EP1396625B1 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung eines Injektors - Google Patents

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EP1396625B1
EP1396625B1 EP03015277A EP03015277A EP1396625B1 EP 1396625 B1 EP1396625 B1 EP 1396625B1 EP 03015277 A EP03015277 A EP 03015277A EP 03015277 A EP03015277 A EP 03015277A EP 1396625 B1 EP1396625 B1 EP 1396625B1
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EP
European Patent Office
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temperature
injector
actuator
variable
energy
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EP03015277A
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English (en)
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EP1396625A3 (de
EP1396625A2 (de
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Johannes-Joerg Rueger
Andreas Huber
Udo Schulz
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/20—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/20—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils
    • F02D41/2096—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils for controlling piezoelectric injectors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/20—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils
    • F02D2041/202—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils characterised by the control of the circuit
    • F02D2041/2065—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils characterised by the control of the circuit the control being related to the coil temperature

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for controlling an injector.
  • electrical energy is the energy which is the difference between the energy supplied during charging and discharged during discharging, this difference being reduced by the mechanical energy required by the injector.
  • the electrical energy supplied to the injector is determined based on first operating parameters (AN, U, N).
  • first operating parameters are preferably the number of actuations AN per time unit, the rotational speed N and / or the actuator voltage U.
  • other variables can also be used.
  • the heat transfer factor is determined on the basis of second operating parameters (P).
  • P second operating parameters
  • the rail pressure or the rail pressure and other sizes is used.
  • FIGS. 1 and 2 each show a block diagram of an embodiment according to the invention.
  • Piezo injectors usually have a hydraulic coupler to decouple the actuator and the actual control valve from each other. This ensures that the different thermal behavior of the two elements does not affect the opening behavior of the control valve.
  • pressure is built up in the coupler to position the control valve. About leakage gaps while a part of the fuel located in the coupler is pushed out of this.
  • Such piezoelectric actuators have, depending on the choice of the piezoceramic used, a temperature-dependent lifting capacity. As a result of the changed lifting capacity, the drive voltage of the actuator is tracked. This means that when controlling the actuator, the temperature of the actuator must be taken into account. The problem is the determination of the temperature, since this is usually not measured directly on the actuator or only with considerable technical effort, a measurement is possible.
  • the power loss QZ corresponds to the actuator energy supplied by energy losses.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of the procedure according to the invention.
  • the heat energy QZ supplied to the actuator is stored as a function of different input variables.
  • the heat transfer factor KW is stored as a function of various operating parameters. These two quantities reach a node 115 whose output signal DT corresponds to the temperature difference between the output of the piezoelectric actuator and the piezoelectric actuator. This signal reaches the point of connection 120, at whose second input the output signal of a third characteristic field 130 is present. The output of the third map 130 corresponds to the fuel temperature TD. By linking the two temperature values, the temperature of the actuator TA results. This signal passes from the node 120 to a controller 140, which further processes this signal TA.
  • quantities are supplied to the first map 100 as input variables which influence the energy input into the actuator per unit of time.
  • This size corresponds to the energy losses.
  • the speed is used.
  • the voltage U, which is applied to the actuator is preferably additionally or alternatively used.
  • the number of cylinders, the rail pressure and / or the number of partial injections can additionally be supplied to the first characteristic map.
  • the heat QZ which is supplied to the actuator is stored in the first characteristic map 100. This is essentially the product of the loss energy for a drive and the number of drives per time. In determining the loss energy, the difference between the energy supplied during the charging process and the energy dissipated during the discharge process is usually corrected in order to determine the mechanical energy requirement per activation.
  • the heat transfer factor is usually stored in the second map 110 as a function of the rail pressure P and a constant K.
  • the constant K essentially takes into account the geometry and material parameters that determine the heat transfer between the actuator module and the fuel.
  • the rail pressure P influences the flow rate of the fuel, which in turn affects the heat transfer.
  • the third map 130 basically includes a fuel temperature correction model to which the fuel temperature TK and the rotational speed are supplied. Furthermore, other variables, such as the ambient temperature and / or the driving speed can be taken into account.
  • the actual map or this correction model is provided when the fuel temperature TD is not measured directly, but is determined based on other temperature values, such as the fuel temperature in the rail.
  • the corresponding quantities can also be determined in another way on the basis of the input variables.
  • connection point 115 By quotient formation in the connection point 115, the temperature difference between the actuator temperature and the fuel temperature is obtained on the basis of the heat which is supplied to the injector and the heat transfer factor KW. By linking in the connection point 120, this results in the actual actuator temperature TA. This is then taken into account by the controller 140 in the control of the actuators.
  • the variables which are supplied to the first, the second and the third map can be detected directly by means of sensors or are present in the control unit 140 for controlling the internal combustion engine.
  • FIG. 2 shows a further embodiment of the procedure according to the invention. This is a simplified embodiment in which a constant value is used for the heat transfer factor KW and a measured value for the temperature TD of the fuel.
  • the heat energy QZ results from Multiplication of the number of drives per unit time with the energy loss per control, which is preferably specified depending on the drive voltage U.
  • a node 200 occurs, to which the number ON of the drives per time and the output of a characteristic 210 are supplied.
  • the characteristic curve 210 determines the loss energy per actuation based on at least the actuator voltage U.
  • the second characteristic field 110 is replaced by a read-only memory 220 and the third characteristic field 130 by a sensor 230 which immediately provides a signal which determines the temperature at the output of the sensor Determined actuator.
  • block 110 may optionally be replaced by read-only memory 220, correction module 130 by sensor 230, and / or first map 100 by blocks 200 and 210.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)

Description

    Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung eines Injektors.
  • Aus der nicht vorveröffentlichten EP 11 38 914 ist ein Verfahren zur Steuerung eines Injektors bekannt, bei dem die Temperatur berücksichtigt wird. Dabei wird die Temperatur des Aktors ausgehend von der elektrischen und der thermischen Energiebilanz ermittelt. Die Erfassung der hierfür notwendigen Größen ist sehr aufwendig und kostspielig.
    • Vorteile der Erfindung
  • Dadurch, dass die Temperatur des Aktors ausgehend von der elektrischen Energie, die dem Injektor zugeführt wird, einem Wärmeübergangsfaktor und der Kraftstofftemperatur ermittelt wird, ist eine recht einfache und zuverlässige Ermittlung der Aktortemperatur möglicht. Als elektrische Energie wird dabei die Energie bezeichnet die der Differenz zwischen der beim Laden zugeführten und beim Entladen abgeführten Energie, wobei diese Differenz um die mechanische Energie vermindert wird, die der Injektor benötigt.
  • Besonders vorteilhaft ist es, wenn die obigen Größen aus anderen Größen, die in der Steuereinheit vorliegen bzw. für andere Steueraufgaben benötigt werden zur Ermittlung der elektrischen Energie, des Wärmeübergangsfaktors und/oder der Kraftstofftemperatur verwendet werden.
  • Vorzugsweise wird dabei die elektrische Energie, die dem Injektor zugeführt wird ausgehend von ersten Betriebsparametern (AN, U, N) ermittelt. Diese ersten Betriebskenngrößen sind vorzugsweise die Anzahl der Ansteuerungen AN pro Zeiteinheit, die Drehzahl N und/oder die Aktorspannung U. Neben einzelnen oder mehreren dieser Größen können auch noch weitere Größen verwendet werden.
  • Der Wärmeübergangsfaktor wird ausgehend von zweiten Betriebsparametern (P) ermittelt. Vorzugsweise wird der Raildruck oder der Raildruck und weitere Größen verwendet.
    • Zeichnung
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen erläutert.
  • Die Figuren 1 und 2 zeigen jeweils ein Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen Ausführungsform.
  • Im Folgenden wird die erfindungsgemäße Vorgehensweise anhand eines Piezoinjektors beschrieben. Piezoinjektoren weisen üblicher Weise einen hydraulischen Koppler auf, um den Aktor und das eigentliche Steuerventil voneinander zu entkoppeln. Damit wird gewährleistet, dass sich das unterschiedliche thermische Verhalten der beiden Elemente nicht auf das Öffnungsverhalten des Steuerventils auswirkt. Bei der Ansteuerung des Aktors wird Druck im Koppler aufgebaut, um das Steuerventil zu positionieren. Über Leckspalte wird dabei ein Teil des im Koppler befindlichen Kraftstoffs aus diesem herausgedrückt. Solche Piezoaktoren weisen, je nach Wahl der verwendeten Piezokeramik, ein temperaturabhängiges Hubvermögen auf. Als Folge des geänderten Hubvermögens wird die Ansteuerspannung des Aktors nachgeführt. Dies bedeutet, bei der Ansteuerung des Aktors ist die Temperatur des Aktors zu berücksichtigen. Problematisch ist die Ermittlung der Temperatur, da diese in der Regel nicht unmittelbar am Aktor messbar ist bzw. nur mit einem erheblichen technischen Aufwand eine Messung möglich ist.
  • Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass es einen linearen Zusammenhang zwischen der Verlustleistung QZ des Piezoaktors und der Temperaturdifferenz zwischen der Aktortemperatur TA und der Kraftstofftemperatur TD am Leckageanschluss des Injektors besteht. Im Umkehrschluss kann aus der Verlustleistung QZ, sowie der Temperatur TD des Kraftstoffrückflusses im Bereich des umströmten Aktormoduls des Rails auf die Aktortemperatur TA berechnet werden. Hierbei gilt die folgende Beziehung: TA = QZ / KW + TD
    Figure imgb0001
  • Die Verlustleistung QZ entspricht dem Aktor durch Energieverluste zugeführte Energie.
  • In Figur 1 ist eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorgehensweise dargestellt. In einem ersten Kennfeld 100 ist abhängig von verschiedenen Eingangsgrößen, die dem Aktor zugeführte Wärmeenergie QZ abgelegt. In einem zweiten Kennfeld 110 ist der Wärmeübergangsfaktor KW abhängig von verschiedenen Betriebskenngrößen abgelegt. Diese beiden Größen gelangen zu einem Verknüpfungspunkt 115, dessen Ausgangssignal DT der Temperaturdifferenz zwischen dem Ausgang des Piezoaktors und dem Piezoaktor entspricht. Dieses Signal gelangt zu dem Verknüpfungspunkt 120, an dessen zweiten Eingang das Ausgangssignal eines dritten Kennfeldes 130 anliegt. Das Ausgangssignal des dritten Kennfeldes 130 entspricht der Kraftstofftemperatur TD. Durch Verknüpfen der beiden Temperaturwerte ergibt sich die Temperatur des Aktors TA. Dieses Signal gelangt von dem Verknüpfungspunkt 120 zu einer Steuerung 140, die dieses Signal TA weiter verarbeitet.
  • Als Eingangsgrößen werden dem ersten Kennfeld 100 insbesondere Größen zugeführt, die den Energieeintrag in den Aktor pro Zeiteinheit beeinflussen. Diese Größe entspricht den Energieverlusten. Als solche Größe wird u.a. die Drehzahl verwendet. Als weitere wesentliche Größe wird vorzugsweise zusätzlich oder alternativ die Spannung U, die am Aktor anliegt, verwendet. Neben diesen Größen können ergänzend die Anzahl der Zylinder, der Raildruck und/oder die Anzahl der Teileinspritzungen dem ersten Kennfeld zugeführt werden. Ausgehend von diesen Größen ist in dem ersten Kennfeld 100 die Wärme QZ, die dem Aktor zugeführt wird, abgelegt. Hierbei handelt es sich im wesentlichen um das Produkt der Verlustenergie für eine Ansteuerung und der Anzahl der Ansteuerungen pro Zeit. Bei der Ermittlung der Verlustenergie wird üblicherweise die Differenz zwischen der beim Ladevorgang zugeführten Energie und der beim Entladevorgang abgeführten Energie korrigiert, um den mechanischen Energiebedarf pro Ansteuerung, bestimmt.
  • Der Wärmeübergangsfaktor ist in dem zweiten Kennfeld 110 üblicherweise abhängig vom Raildruck P und einer Konstanten K abgelegt. Die Konstante K berücksichtigt im Wesentlichen die Geometrie und Materialkenngrößen, die den Wärmeübergang zwischen dem Aktormodul und dem Kraftstoff bestimmen. Der Raildruck P beeinflusst die Strömungsgeschwindigkeit des Kraftstoffes, die wiederum den Wärmeübergang beeinflusst.
  • Das dritte Kennfeld 130 beinhaltet im Wesentlichen ein Korrekturmodell für die Kraftstofftemperatur, dem die Kraftstofftemperatur TK und die Drehzahl zugeführt werden. Des weiteren können noch andere Größen, wie beispielsweise die Umgebungstemperatur und/oder die Fahrgeschwindigkeit berücksichtigt werden. Das Istkennfeld bzw. dieses Korrekturmodell ist vorgesehen, wenn die Kraftstofftemperatur TD nicht unmittelbar gemessen, sondern ausgehend von anderen Temperaturwerten, wie beispielsweise der Kraftstofftemperatur im Rail ermittelt wird.
  • Alternativ zu den Kennfeldem 100, 110 und 130 können die entsprechenden Größen auch in anderer Weise ausgehend von den Eingangsgrößen bestimmt werden.
  • Durch Quotientenbildung im Verknüpfungspunkt 115 ergibt sich ausgehend von der Wärme, die dem Injektor zugeführt wird, und dem Wärmeübergangsfaktor KW die Temperaturdifferenz zwischen der Aktortemperatur und der Kraftstofftemperatur. Durch Verknüpfung in dem Verknüpfungspunkt 120 ergibt sich hieraus die tatsächliche Aktortemperatur TA. Diese wird dann von der Steuerung 140 bei der Ansteuerung der Aktoren berücksichtigt.
  • Die Größen, die dem ersten, dem zweiten und dem dritten Kennfeld zugeführt werden, können zum einen mittels Sensoren direkt erfasst werden bzw. liegen in der Steuereinheit 140 zur Steuerung der Brennkraftmaschine vor.
  • In Figur 2 ist eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorgehensweise dargestellt. Hierbei handelt es sich um eine vereinfachte Ausführungsform, bei der für den Wärmeübergangsfaktor KW ein konstanter Wert und für die Temperatur TD des Kraftstoffes ein Messwert verwendet wird. Die Wärmeenergie QZ ergibt sich durch Multiplikation der Anzahl der Ansteuerungen pro Zeiteinheit mit der Verlustenergie pro Ansteuerung, die vorzugsweise abhängig von der Ansteuerspannung U vorgegeben wird.
  • Bereits in Figur 1 beschriebene Elemente sind mit entsprechenden Bezugszeichen bezeichnet. An Stelle des ersten Kennfeldes 100 tritt im Wesentlichen ein Verknüpfungspunkt 200, dem zum einen die Anzahl AN der Ansteuerungen pro Zeit und das Ausgangssignal einer Kennlinie 210 zugeführt wird. Die Kennlinie 210 ermittelt die Verlustenergie pro Ansteuerung ausgehend von wenigstens der Aktorspannung U. Des weiteren ist das zweite Kennfeld 110 durch einen Festwertspeicher 220 und das dritte Kennfeld 130 durch einen Sensor 230 ersetzt, der unmittelbar ein Signal bereit stellt, das die Temperatur am Ausgang des Aktors ermittelt.
  • Diese beiden Ausführungsformen können beliebig miteinander kombiniert werden. So kann wahlweise der Block 110 durch den Festwertspeicher 220, das Korrekturmodul 130 durch den Sensor 230 und/oder das erste Kennfeld 100 durch die Blöcke 200 und 210 ersetzt werden.

Claims (6)

  1. Verfahren zur Steuerung eines Injektors, bei dem eine Temperaturgröße (TA), die die Temperatur des Injektors charakterisiert, bei der Steuerung berücksichtigt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ausgehend von einer ersten Größe (QZ), die die elektrische Energie charakterisiert, die dem Injektor zugeführt wird, einem Wärmeübergangsfaktor (KW), und einer zweiten Größe, die die Kraftstofftemperatur (TD) charakterisiert, die Temperaturgröße (TA) ermittelt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ausgehend von ersten Betriebsparametern (AN, U, N) die erste Größe (QZ) ermittelt wird.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ausgehend von zweiten Betriebsparametern (P) der Wärmeübergangsfaktor (KW) ermittelt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Größe ausgehend von einem Messwert der Temperatur (TK) und wenigstens einem weiteren Betriebsparameter (N) ermittelt wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Größe (TD) mittels eines Sensors erfasst wird.
  6. Vorrichtung zur Steuerung eines Injektors, bei der eine Temperaturgröße (TA), die die Temperatur des Injektors charakterisiert, bei der Steuerung berücksichtigt wird, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, die ausgehend von einer ersten Größe (QZ), die die elektrischen Energie charakterisiert, die dem Injektor zugeführt wird, einem Wärmeübergangsfaktor (KW), und einer zweiten Größe, die die Kraftstofftemperatur (TD) charakterisiert, die Temperaturgröße (TA) ermitteln.
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