EP1468182A1 - Verfahren und vorrichtung zur temperaturbestimmung des kraftstoffs in einem speicher-einspritzsystem - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur temperaturbestimmung des kraftstoffs in einem speicher-einspritzsystem

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EP1468182A1
EP1468182A1 EP03767691A EP03767691A EP1468182A1 EP 1468182 A1 EP1468182 A1 EP 1468182A1 EP 03767691 A EP03767691 A EP 03767691A EP 03767691 A EP03767691 A EP 03767691A EP 1468182 A1 EP1468182 A1 EP 1468182A1
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EP
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fuel
temperature
pressure
sound
speed
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EP03767691A
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Jürgen FRITSCH
Rainer Hirn
Diego Valero-Bertrand
Michael Wirkowski
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Original Assignee
Siemens AG
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    • 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
    • F02D41/30—Controlling fuel injection
    • F02D41/38—Controlling fuel injection of the high pressure type
    • F02D41/3809—Common rail control systems
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2200/00—Input parameters for engine control
    • F02D2200/02—Input parameters for engine control the parameters being related to the engine
    • F02D2200/06—Fuel or fuel supply system parameters
    • F02D2200/0602—Fuel pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F02D2200/00—Input parameters for engine control
    • F02D2200/02—Input parameters for engine control the parameters being related to the engine
    • F02D2200/06—Fuel or fuel supply system parameters
    • F02D2200/0606—Fuel temperature
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2250/00—Engine control related to specific problems or objectives
    • F02D2250/04—Fuel pressure pulsation in common rails

Definitions

  • the invention is based on a method or a device for determining the temperature of fuel in a storage injection system, in particular in a common rail injection system of a motor vehicle, the fuel flowing via a high pressure tank (common rail) to connected injection valves (injectors) of the injection system , which can be controlled by corresponding actuators, and wherein the pressure of the fuel in the high-pressure container is detected by a pressure sensor, according to the preamble of the independent claims 1 and 10.
  • Common rail injection system is called an injection cycle by means of the injection duration, ie is controlled by the opening time of the nozzle needle of the injector, the pressure of the fuel to be injected prevailing in the injector or the rail also being taken into account.
  • the pressure is usually measured with a pressure sensor which is arranged at a suitable point on the high-pressure container (rail).
  • a pressure sensor which is arranged at a suitable point on the high-pressure container (rail).
  • it is more difficult to measure the temperature It is technically difficult to arrange a temperature sensor in the high pressure area.
  • a temperature sensor which also requires a corresponding control device, is relatively expensive and therefore undesirable. In practice, therefore, the installation of the temperature sensor has either been dispensed with, or attempts have been made to roughly estimate the fuel temperature in the high pressure range using other system components.
  • an injection duration is derived from a map, which is based on a corrected static pressure in the high-pressure accumulator.
  • the correction value takes into account the vibration behavior of the fuel as a function of its compressibility, the amount of fuel withdrawn or the activation period from a previous injection process. Furthermore, it is provided to take into account differences in the pressure curve, in particular as a function of the temperature of the fuel. It is also proposed to consider the compressibility of the fuel, which also exerts an influence on the vibration behavior. The compressibility can include recorded by the speed of sound. However, it is not clear from the patent which method is used in particular to determine the temperature of the fuel.
  • the invention has for its object to determine the temperature of the fuel in a memory injection system without a temperature sensor. This object is achieved with the features of claims 1 and 10.
  • the method according to the invention and the device for determining the temperature of the fuel in a storage injection system with the characterizing features of Additional claims 1 and 10 have the advantage that not only the pressure in the high-pressure container can be measured with the existing pressure sensor, but also the pressure wave of the fuel that is triggered during the injection process at an injector is detected. It is considered a particular advantage that this can first be used to determine the speed of sound of the fuel. Since the speed of sound is a function of pressure and temperature, the temperature of the fuel can therefore be inferred when the pressure is known. A separate temperature sensor is not required because the pressure sensor, which is present anyway, provides all the information required for determining the temperature.
  • the temperature of the fuel can be easily determined with a known pressure in the high-pressure container and a known speed of sound, without the need for a separate temperature sensor.
  • the temperature of the fuel can be determined in a simple manner, for example using a diagram in which temperature curves are plotted as a function of the pressure and the speed of sound.
  • the temperature of the fuel can alternatively also be determined using an algorithm that contains the dependence of the three parameters of pressure, temperature and speed of sound as a function.
  • Such functions can be easily programmed and then solved by a computer unit.
  • the properties of the fuel are physically linked, other parameters of the fuel can also be determined if the speed and speed of sound are known to be dependent on pressure and temperature.
  • the density and / or the viscosity of the fuel can be determined, for example, by comparison without the need for additional sensors.
  • a predetermined amount of fuel can advantageously be injected in a precisely metered manner, since the opening duration of the nozzle needle of the injector can be corrected or reliably and precisely controlled with the known and determined values.
  • a computer unit In the device for detecting the temperature of the fuel, a computer unit is advantageously provided which can be controlled by a corresponding software program.
  • a software program is easier to adapt to specified conditions than, for example, a specially coordinated hardware solution. This allows the injection system not only work with high precision, but is also flexible and universally applicable.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a storage injection system with four injectors
  • FIG. 2 shows a diagram on which the principle of the generation of a pressure wave can be recognized
  • FIG. 3 shows a diagram with a current curve for controlling a piezoelectric actuator
  • FIG. 4 shows a diagram associated with FIG. 3 with two temperature curves
  • FIG. 5 shows a further diagram in which temperature curves are plotted as a function of the speed of sound and the pressure
  • Figure 6 shows a circuit arrangement for the temperature determination
  • FIG. 7 shows a flowchart for a software program.
  • a memory injection system (common rail injection system) 1 can be seen in a schematic representation, as can be used, for example, in a four-cylinder diesel engine. It essentially has a high-pressure tank 2, the so-called common rail, in which fuel (in this case diesel oil) is under very high pressure. The high pressure is generated by a fuel pump and a control circuit, which have been omitted in FIG. 1 for reasons of clarity. Essential is that the pressure in the rail 2 is detected by a pressure sensor 4. The pressure sensor 4 supplies a signal to a control circuit which adjusts the pressure in the rail 2 in accordance with the specified conditions.
  • injection valves or injectors 5 are connected, each of which has a nozzle needle at its end, via which the fuel can escape when the injector 5 is activated and is thereby injected into the combustion chamber of the engine.
  • the injectors 5 are actuated by actuators 3, which operate according to the piezoelectric principle, for example, and expand reversibly in the longitudinal axis of the injector 5 when an electrical voltage pulse is applied.
  • the lightning arrow on the left injector 5 of FIG. 1 is intended to indicate that the actuator 3 is controlled in this injector 5.
  • the pressure wave travels the distance s from the injector 5 to the pressure sensor 4, the length of which is known, and arrives at the pressure sensor 4 with a certain delay (running time).
  • the running time of the pressure wave is, in addition to other parameters, essentially dependent on the pressure in the injection system 1 and the temperature of the fuel.
  • the pressure wave is detected by the pressure sensor 4, which forwards its measured value to a corresponding evaluation device for processing (see arrow). Furthermore, a measuring device records the running time of the pressure wave, as will be explained in more detail later. This process is first explained in more detail in the diagram for FIG. 2.
  • the diagram of FIG. 2 shows the basic curve of the pressure P of a pressure wave over the transit time t in the lower curve.
  • the upper curve shows a curve with a drive current pulse as typically is usually used to control the piezoelectric actuator 3.
  • the static pressure value P1 is present in the rail 2.
  • the control pulse for the actuator 3 is switched on, which can be recognized by the positive half-wave of the current pulse.
  • the control pulse has already been switched off at the time t1.
  • the nozzle needle of the injector 5 has been opened and the fuel has been injected, so that the pressure wave shown in the lower curve has formed.
  • a standing wave forms on the right-hand part, on which the frequency can be measured.
  • This standing wave can alternatively be used to determine the speed of sound.
  • FIG. 3 again shows the control current curve for the actuator 3, as has already been explained for FIG. 2. Again, only one injection pulse was shown here.
  • an activation cycle generally consists of a sequence of injection pulses that are switched in a short time interval.
  • the curve T rai ⁇ 2 has a longer transit time t2 than the curve T rai n.
  • a simple evaluation for the temperature determination can take place, for example, in such a way that, starting from a pressure value Pl the running time of the pressure wave at a lower pressure value P2 is recorded by the measuring device. The difference between the two running times t2-tl is then a measure of the temperature of the fuel, based on a reference value.
  • the speed of sound V is plotted on the Y axis and the pressure P on the X axis.
  • the curves a ... h are temperature curves as they can be measured, for example, by empirical measurements as a function of the speed of sound V and the pressure P.
  • diagrams are designed in the form of corresponding tables or as an algorithm.
  • FIG. 6 shows a schematic representation of a circuit diagram for a device with a computer-controlled measuring device 11, with which the running time measurement dt and also the speed of sound V of the fuel can be determined. NEN.
  • the measuring device 11 is connected to the pressure sensor 4, from which it receives the signal of the pressure wave.
  • the measuring device 11 is connected to a computer unit 10, which is designed with a memory 12 and all the necessary units.
  • the computer unit 10 is controlled by a software program that is stored in the memory 12. It is advantageous to use an existing computer unit 10 and memory 12 for this task in order to reduce the effort.
  • the result of the temperature for the fuel is then available at the output T of the computer unit 10 for further use, in particular for controlling the injection duration.
  • FIG. 7 shows a flow diagram for a software program for controlling the computer unit 10.
  • the static pressure value Pl is first stored in the memory 12 (item 21).
  • the running time measurement t or the determination of the difference dt takes place.
  • the determined values are converted into the speed of sound V or the speed difference dV.
  • the temperature T is then determined in position 24 and the result is output in position 25.
  • the program can jump back to position 20 and start a new cycle.

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Abstract

Bei Speicher-Einspritzsystemen (1) für Kraftfahrzeuge besteht das Problem, dass für eine definierte einzuspritzende Kraftstoffmenge nicht nur der vorherrschende Druck, sondern auch die Temperatur des Kraftstoffs berücksichtigt werden müssen. Mit einem installierten Temperatursensor kann die Kraftstofftemperatur nur schwer erfasst werden. Erfindungsgemäß wird daher ein Verfahren beziehungsweise eine Vorrichtung vorgeschlagen, die Temperatur (T) aus dem vom Drucksensor (4) gemessenen Druck (P) und der Schallgeschwindigkeit (V) einer beim Einspritzen entstehenden Druckwelle zu bestimmen.

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zur Temperaturbestimmung des Kraftstoffs in einem Speicher-Einspritzsystem
Die Erfindung -geht aus von einem Verfahren beziehungsweise von einer Vorrichtung zur Temperaturbestimiαung von Kraftstoff in einem Speicher-Einspritzsystem, insbesondere in einem Common Rail Einspritzsystem eines Kraftfahrzeugs, wobei der Kraftstoff über einen Hochdruckbehälter (Common Rail) zu angeschlossenen Einspritzventilen (Injektoren) des Einspritzsystems fließt, die von entsprechenden Aktoren steuerbar sind, und wobei der Druck des Kraftstoffs im Hochdruckbehälter von einem Drucksensor erfasst wird, nach der Gattung der nebengeordneten Ansprüche 1 und 10. Es ist schon bekannt, dass bei einem Speicher-Einspritzsystem, das üblicherweise bei Kraftfahrzeugmotoren auch als Common Rail Einspritzsystem bezeichnet wird, ein Einspritzzyklus mittels der Einspritzdauer, d.h. durch die Öffnungszeit der Düsennadel des Injektors gesteuert wird, wobei auch der im Injektor oder dem Rail vorherrschende Druck des einzuspritzenden Kraftstoffs berücksichtigt wird.
Insbesondere im Hinblick auf strenge Emissionsforderungen und um einen optimalen Wirkungsgrad zu erreichen, sind dabei auch wesentliche Eigenschaften des Kraftstoffs, beispielsweise seine Dichte, Viskosität, Schwingverhalten usw. zu berücksichtigen. Da diese Eigenschaften nicht nur vom vorherrschenden Druck im System, sondern auch von der Temperatur des Kraftstoffs abhängen, wird angestrebt, auch die Temperatur zu erfassen.
Der Druck wird üblicherweise mit einem Drucksensor gemessen, der an geeigneter Stelle am Hochdruckbehälter (Rail) angeordnet ist. Die Erfassung der Temperatur ist jedoch schwieriger durchzuführen. Einen Temperatursensor im Hochdruckbereich anzuordnen, ist technisch schwierig zu realisieren. Zudem ist ein solcher Temperatursensor, der auch eine entsprechende Steuereinrichtung benötigt, relativ teuer und daher unerwünscht. In der Praxis hat man daher auf eine Installation des Temperatursensors entweder verzichtet oder man hat versucht, die Kraftstofftemperatur im Hochdruckbereich durch andere Systemkomponenten grob abzuschätzen. Diese Lösungen werden ebenfalls als nicht befriedigend angesehen, da das Timing für den Verlauf und die Form jeder Einspritzung auf diesem Wege nicht optimal angepasst werden kann.
Aus der Patentschrift DE 197 20 378 C2 ist ein Verfahren zur Bestimmung der Öffnungszeit eines Einspritzventils einer Hochdruckspeicher-Einspritzanlage bekannt. Bei diesem Verfahren wird aus einem Kennfeld eine Einspritzdauer abgeleitet, die auf einen korrigierten statischen Druck im Hochdruckspeicher basiert. Der Korrekturwert berücksichtigt u.a. das Schwingungsverhalten des Kraftstoffs in Abhängigkeit seiner Kompressibilität, die entnommene Kraftstoffmenge oder die Ansteuerdauer aus einem vorhergehenden Einspritzvorgang. Des weiteren ist vorgesehen, Unterschiede im Druckverlauf, insbesondere in Abhängigkeit von der Temperatur des Kraftstoffs zu berücksichtigen. Auch wird vorgeschlagen, die Kompressibilität des Kraftstoffs zu beachten, die auf das Schwingungsverhalten ebenfalls einen Einfluss ausübt. Die Kompressibilität kann dabei u.a. durch die Schallgeschwindigkeit erfasst werden. Der Patentschrift ist jedoch nicht entnehmbar, nach welchem Verfahren insbesondere die Temperatur des Kraftstoffs bestimmt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Speicher- Einspritzsystem die Temperatur des Kraftstoffs ohne einen Temperatursensor zu ermitteln. Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 10 gelöst.
Das erfindungsgemäße Verfahren beziehungsweise die Vorrichtung zur Temperaturbestimmung des Kraftstoffs in einem Speicher-Einspritzsystem mit den kennzeichnenden Merkmalen der nebengeordneten Ansprüche 1 und 10 hat den Vorteil, dass mit dem vorhandenen Drucksensor nicht nur der Druck im Hochdruckbehälter gemessen werden kann, sondern auch die Druckwelle des Kraftstoffs erfasst wird, die beim Einspritzvorgang an einem Injektor ausgelöst wird. Als besonderer Vorteil wird angesehen, dass diese zunächst zur Ermittlung der Schallgeschwindigkeit des Kraftstoffs herangezogen werden kann. Da die Schallgeschwindigkeit eine Funktion von Druck und Temperatur ist, kann somit bei bekanntem Druck auf die Temperatur des Kraftstoffs geschlossen werden. Ein separater Temperatursensor wird nicht benötigt, da der ohnehin vorhandene Drucksensor alle notwendigen Informationen zur Temperaturbestimmung liefert.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des in den nebengeordneten Ansprüche 1 und 10 angeführten Verfahrens beziehungsweise der Vorrichtung angegeben. Als besonders vorteilhaft wird dabei angesehen, dass die Schallgeschwindigkeit aus der Laufzeit der Druckwelle vom Injektor bis zum Drucksensor und dem dabei zurückgelegten Weg berechnet werden kann. Die Messung der Laufzeit der Druckwelle kann mit einfachen Mitteln durchgeführt werden, so dass diese Lösung günstiger ist als ein separater Tenαperatursensor .
Eine vorteilhafte alternative Lösung wird darin gesehen, die Schallgeschwindigkeit aus der Frequenz der Welligkeit der Druckwelle zu bestimmen. Die Welligkeit ergibt sich durch Reflexionen einer stehenden Welle, aus der sich ebenfalls die Schallgeschwindigkeit ermitteln lässt.
Da die Schallgeschwindigkeit des Kraftstoffs eine Funktion des vorherrschenden Drucks und der Temperatur ist, lässt sich bei bekanntem Druck im Hochdruckbehälter und bekannter Schallgeschwindigkeit auf einfache Weise die Temperatur des Kraftstoffs ermitteln, ohne dass ein separater Temperatursensor benötigt wird. Die Temperatur des Kraftstoffs kann auf einfache Art beispielsweise mit einem Diagramm ermittelt werden, bei dem Temperaturkurven in Abhängigkeit vom Druck und der Schallgeschwindigkeit aufgetragen sind.
Eine günstige alternative Lösung für die Temperaturermittlung wird auch in einer Tabelle gesehen, in der Temperaturwerte in Abhängigkeit vom Druck eingetragen sind.
Die Temperatur des Kraftstoffs kann alternativ auch mit einem Algorithmus bestimmt werden, der die Abhängigkeit der drei Parameter Druck, Temperatur und Schallgeschwindigkeit als Funktion enthält. Solche Funktionen lassen sich leicht programmieren und dann von einer Rechnereinheit lösen.
Da die Eigenschaften des Kraftstoffs physikalisch miteinander verknüpft sind, lassen sich bei bekannter Druck- und Temperaturabhängigkeit der Schallgeschwindigkeit auch weitere Parameter des Kraftstoffs bestimmen. Insbesondere kann die Dichte und/oder die Viskosität des Kraftstoffs beispielsweise durch Vergleich bestimmt werden, ohne dass zusätzliche Sensoren erforderlich sind.
Mit Hilfe der ermittelten Temperatur des Kraftstoffs kann eine vorgegebene Kraftstoffmenge in vorteilhafter Weise genau dosiert eingespritzt werden, da mit den bekannten und ermittelten Werten die Öffnungsdauer der Düsennadel des Injektors korrigiert beziehungsweise zuverlässig und exakt gesteuert werden kann.
Bei der Vorrichtung zur Erfassung der Temperatur des Kraftstoffs ist in vorteilhafter Weise eine Rechnereinheit vorgesehen, die von einem entsprechenden Softwareprogramm steuerbar ist. Ein Softwareprogramm ist leichter adaptierbar an vorgegebene Bedingungen als beispielsweise eine speziell abgestimmte Hardware-Lösung. Dadurch kann das Einspritzsystem nicht nur mit hoher Präzision arbeiten, sondern ist auch flexibel und universal verwendbar.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert .
Figur 1 zeigt in schematischer Darstellung ein Speicher- Einspritzsystem mit vier Injektoren,
Figur 2 zeigt ein Diagramm, an dem das Prinzip der Entstehung einer Druckwelle erkennbar ist,
Figur 3 zeigt ein Diagramm mit einer Stromkurve zur Ansteuerung eines piezoelektrischen Aktors,
Figur 4 zeigt ein der Figur 3 zugeordnetes Diagramm mit zwei Temperaturkurven,
Figur 5 zeigt ein weiteres Diagramm, bei dem Temperaturkurven in Abhängigkeit von der Schallgeschwindigkeit und dem Druck aufgetragen sind,
Figur 6 zeigt eine Schaltungsanordnung für die Temperaturermittlung und
Figur 7 zeigt ein Flussdiagramm für ein Softwareprogramm.
Bezüglich der Figur 1 ist in schematischer Darstellung ein Speicher-Einspritzsystem (Common Rail Einspritzsystem) 1 erkennbar, wie es beispielsweise bei einem Vierzylinder- Dieselmotor verwendet werden kann. Im wesentlichen weist es einen Hochdruckbehälter 2, das sogenannte Common Rail auf, in dem sich Kraftstoff (in diesem Fall Dieselöl) unter sehr hohem Druck befindet. Der hohe Druck wird von einer Kraftstoffpumpe und einem Regelkreis erzeugt, die jedoch aus Übersichtlichkeitsgründen in Figur 1 weggelassen wurden. Wesentlich ist, dass der Druck im Rail 2 von einem- Drucksensor 4 erfasst wird. Der Drucksensor 4 liefert ein Signal an eine Steuerschaltung, die den Druck im Rail 2 entsprechend den vorgegebenen Bedingungen nachregelt.
Ausgangsseitig sind vier Einspritzventile oder Injektoren 5 angeschlossen, die an ihrem Ende jeweils eine Düsennadel aufweisen, über die bei Ansteuerung des Injektors 5 der Kraftstoff austreten kann und dabei in den Verbrennungsraum des Motors eingespritzt wird. Die Injektoren 5 werden von Aktoren 3 betätigt, die beispielsweise nach dem piezoelektrischen Prinzip arbeiten und beim Anlegen eines elektrischen Spannungsimpulse sich in der Längsachse des Injektors 5 reversibel ausdehnen.
Durch den Blitzpfeil am linken Injektor 5 von Figur 1 soll angezeigt werden, dass bei diesem Injektor 5 der Aktor 3 angesteuert wird. Dabei entsteht im Innern des Injektors 5 ein Druckabfall des Kraftstoffs, der eine (oder mehrere) Druckwelle (n) auslöst, die in Richtung des Drucksensor 4 läuft. Die Druckwelle durchläuft die Wegstrecke s vom Injektor 5 bis zum Drucksensor 4, deren Länge bekannt ist und trifft mit einer gewissen Verzögerung (Laufzeit) beim Drucksensor 4 ein. Die Laufzeit der Druckwelle ist neben anderen Parametern im wesentlichen abhängig vom Druck im Einspritzsystem 1 und der Temperatur des Kraftstoffs. Die Druckwelle wird vom Drucksensor 4 erfasst, der seinen Messwert an eine entsprechende Auswerteeinrichtung zur Verarbeitung weiterleitet (siehe Pfeil) . Des weiteren erfasst eine Messeinrichtung die Laufzeit der Druckwelle, wie später noch näher erläutert wird. Dieser Vorgang wird zunächst in dem Diagramm zu Figur 2 näher erläutert .
Im Diagramm von Figur 2 ist in der unteren Kurve der prinzipielle Verlauf des Druckes P einer Druckwelle über der Laufzeit t wiedergegeben. Die obere Kurve zeigt im Vergleich hierzu eine Kurve mit einem Ansteuerstromimpuls, wie er typi- scherweise zur Ansteuerung des piezoelektrischen Aktors 3 verwendet wird. Im nicht angesteuerten Zustand liegt im Rail 2 der statische Druckwert Pl an. Zum Zeitpunkt tO wird der Ansteuerimpuls für den Aktor 3 eingeschaltet, was durch die positive Halbwelle des Stromimpulses erkennbar ist. Zum Zeitpunkt tl ist der Ansteuerimpuls bereits abgeschaltet worden. In der Zwischenzeit wurde die Düsennadel des Injektors 5 geöffnet und der Kraftstoff eingespritzt, so dass sich die in der unteren Kurve dargestellte Druckwelle ausgebildet hat. Nach einer Laufzeit der Druckwelle dt = t2-t0 wird die Druckwelle vom Drucksensor 4 durch den beginnenden Druckabfall erkannt. Aus der Laufzeit dt und der bekannten zurückgelegten Wegstrecke s vom Injektor 5 bis zum Drucksensor 4 gemäß Figur 1 lässt sich daraus die Schallgeschwindigkeit in Abhängigkeit vom Druck P und der Temperatur T des Kraftstoffs bestimmen.
Wie der Druckkurve weiter entnehmbar ist, bildet sich im rechten Teil eine stehende Welle aus, an der die Frequenz gemessen werden kann. Diese stehende Welle kann alternativ zur Bestimmung der Schallgeschwindigkeit verwendet werden kann.
In den Figuren 3 und 4 wird die Temperaturabhängigkeit der Druckwelle an Hand der beiden Temperaturen 40 °C und 60 °C genauer erläutert. Figur 3 zeigt noch einmal die Ansteuerstromkurve für den Aktor 3, wie sie bereits zu Figur 2 erläutert wurde. Hier wurde wiederum nur ein Einspritzimpuls dargestellt. In der Praxis besteht in der Regel ein Ansteuerzyklus aus einer Sequenz von Einspritzimpulsen, die in kurzem Zeitabstand geschaltet werden.
Figur 4 zeigt die beiden Druckwellen für die beiden Temperaturen Train = 40 °C (durchgezogenen Kurve) beziehungsweise Traii2 = 60 °C (gepunktete Kurve) , wie sie von dem Drucksensor 4 gemessen werden. Wie in Figur 4 erkennbar ist, weist die Kurve Traiι2 eine längere Laufzeit t2 auf als die Kurve Train . Eine einfache Auswertung für die Temperaturbestimmung kann beispielsweise so erfolgen, dass ausgehend von einem Druck- wert Pl die Laufzeit der Druckwelle bei einem niedrigeren Druckwert P2 von der Messeinrichtung erfasst wird. Die Differenz der beiden Laufzeiten t2-tl ist dann ein Maß für die Temperatur des Kraftstoffs, bezogen auf einen Referenzwert. Wie zuvor schon erläutert wurde, lässt sich aus der Laufzeit t der Druckwelle und der bekannten zurückgelegten Wegstrecke s die Schallgeschwindigkeit V des Kraftstoffs nach der Formel V = s/t berechnen.
Eine alternative Berechnung für die Schallgeschwindigkeit V ergibt sich auch aus der Welligkeit der stehenden Welle, wie den beiden Kurven in Figur 4 entnehmbar ist. Beide Kurven Trai beziehungsweise Traü2 weisen bei genauer Betrachtung eine etwas unterschiedliche Periodendauer auf. Die Periodendauer ist rechnerisch umgekehrt proportional zur Frequenz und somit ebenfalls ein Maß für die Schallgeschwindigkeit V des Kraftstoffs .
An Hand von Figur 5 wird nun erläutert, wie aus der Schallgeschwindigkeit auf die Temperatur des Kraftstoffs geschlossen werden kann.
In dem Diagramm von Figur 5 ist auf der Y-Achse die Schallgeschwindigkeit V und auf der X-Achse der Druck P aufgetragen. Die Kurven a...h sind Temperaturkurven, wie sie beispielsweise durch empirische Messungen in Abhängigkeit von der Schallgeschwindigkeit V und dem Druck P gemessen werden können.
Diese Kurven drücken physikalische Zusammenhänge von Parametern des Kraftstoffs aus, aus denen auch weitere temperaturabhängige Parameter wie die Dichte und/oder die Viskosität des Kraftstoffs bestimmt werden können. So können unterschiedliche Kraftstoffsorten, bei denen bei vergleichbarem Druck und Temperatur, aber unterschiedliche Schallgeschwindigkeiten gemessen wurden, durch einfachen Vergleich leicht unterschieden werden. Die Temperaturkurven a...h wurden mit jeweils 20°C Temperaturdifferenz im Temperaturbereich -20 °C ...+120°C ermittelt. Kurve a wurde bei -20 °C, Kurve b wurde bei 0°C, Kurve c wurde bei +20°C usw. und Kurve h wurde bei +120°C ermittelt. Diese Temperaturkurven werden als Referenzkurven verwendet, um die Temperatur des Kraftstoffs zu bestimmen.
Wie am Beispiel von Figur 4 erläutert wurde, erhält man eine Laufzeitdifferenz t2-tl, die in eine Differenz dV der Schallgeschwindigkeit V umgerechnet wird. Es wird angenommen, dass die Kurve Traiι2 = 60 °C (Figur 4) als Referenzkurve gilt und daraus die Laufzeitdifferenz t2-tl zur Kurve Trailι beziehungsweise daraus die Differenz dV der Schallgeschwindigkeit V berechnet wurden. Man sucht sich jetzt in Figur 5 zu dem gegebenen Druckwert Pl den Schnittpunkt Sl mit der Temperaturkurve e, die als Referenzkurve bei 60 °C bekannt ist, um bei dem vorgegebenen Beispiel zu bleiben. Auf diesen Schnittpunkt Sl wird der aus Figur 4 ermittelte Wert für die Differenz dV der Schallgeschwindigkeit V vertikal aufgetragen. Als Ergebnis erhält man die Kurve d, die der 40°C-Kurve entspricht. Die Temperatur des Kraftstoffs beträgt somit in unserem Beispiel 40°C. Zwischenwerte können natürlich entsprechend interpoliert werden.
Es hat sich herausgestellt, dass es nicht sinnvoll ist, direkt aus Figur 4 die Temperatur des Kraftstoffs zu ermitteln, da hier Einflüsse weiterer Parameter (Dichte, Viskosität usw.) die Temperaturermittlung verfälschen könnten.
In alternativer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, die Diagramme in Form entsprechender Tabellen oder als Algorithmus auszubilden.
Figur 6 zeigt in schematischer Darstellung einen Stromlaufplan für eine Vorrichtung mit einer rechnergesteuerten Messeinrichtung 11, mit der die LaufZeitmessung dt und auch die Schallgeschwindigkeit V des Kraftstoffs bestimmt werden kön- nen. Die Messeinrichtung 11 ist mit dem Drucksensor 4 verbunden, von dem sie das Signal der Druckwelle erhält. Ausgangs- seitig ist die Messeinrichtung 11 mit einer Rechnereinheit 10 verbunden, die mit einem Speicher 12 und allen erforderlichen Einheiten ausgebildet ist. Die Rechnereinheit 10 wird von einem Softwareprogramm gesteuert, das in dem Speicher 12 abgelegt ist. Vorteilhaft ist, eine bereits vorhandene Rechnereinheit 10 und Speicher 12 für diese Aufgabe mitzubenutzen, um den Aufwand zu reduzieren. Am Ausgang T der Rechnereinheit 10 steht dann das Ergebnis der Temperatur für den Kraftstoff für eine weitere Nutzung, insbesondere für die Steuerung der Einspritzdauer zur Verfügung.
Figur 7 zeigt ein Flussdiagramm für ein Softwareprogramm zur Steuerung der Rechnereinheit 10. Nach dem Start des Programms in Position 20 wird zunächst der statische Druckwert Pl im Speicher 12 gespeichert (Pos. 21). In Position 22 erfolgt die LaufZeitmessung t beziehungsweise die Ermittlung der Differenz dt. In Position 23 werden die ermittelten Werte in die Schallgeschwindigkeit V beziehungsweise Geschwindigkeitsdifferenz dV umgerechnet. Danach erfolgt in Position 24 die Temperaturbestimmung T und dessen Ergebnisausgabe in Position 25. Je nach Bedarf kann das Programm wieder auf Position 20 springen und einen neuen Zyklus starten.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Temperaturbestimmung von Kraftstoff in einem Speicher-Einspritzsystem, insbesondere in einem Com- mon-Rail Einspritzsystem (1) eines Kraftfahrzeugs, wobei der Kraftstoff über einen Hochdruckbehälter (Common Rail) (2) zu angeschlossenen Injektoren (5) des Einspritzsystems (1) fließt, die von entsprechenden Aktoren (3) steuerbar sind, und wobei der Druck des Kraftstoffs im Hochdruckbehälter (2) von einem Drucksensor (4) erfasst wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Schallgeschwindigkeit
(V) einer Druckwelle des Kraftstoffs ermittelt wird, die beim Einspritzen von Kraftstoff an einem der Injektoren
(5) ausgelöst und von dem Drucksensor (4) erfasst wird, und dass die Temperatur (T) des Kraftstoffs mit Hilfe der Schallgeschwindigkeit (V) der Druckwelle bestimmt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schallgeschwindigkeit (V) aus der Laufzeit (dt) der Druckwelle vom Injektor (5) bis zum Drucksensor (4) und dem dabei zurückgelegten Weg (s) bestimmt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schallgeschwindigkeit (V) aus der Frequenz der Welligkeit der Druckwelle bestimmt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur (T) des Kraftstoffs aus der Schallgeschwindigkeit (V) unter Berücksichtigung des Drucks (P) im Hochdruckbehälter (2) bestimmt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur (T) des Kraftstoffs mit Hilfe eines Diagramms bestimmt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur (T) des Kraftstoffs mit Hilfe einer Tabelle bestimmt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur (T) des Kraftstoffs mit Hilfe eines Algorithmus bestimmt wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus der bekannten Druck- und Temperaturabhängigkeit der Schallgeschwindigkeit (V) wenigstens ein weiterer Parameter, vorzugsweise die Dichte und/oder die Viskosität des Kraftstoffs abgeleitet wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur (T) des Kraftstoffs zur Ermittlung der Einspritzdauer des Injektors (5) verwendet wird.
10. Vorrichtung zur Temperaturbestimmung des Kraftstoffs in einem Speicher-Einspritzsystem (1) , an dem ein Drucksensor (4) zur Erfassung des Druckes (P) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Messeinrichtung (11) für die LaufZeitmessung einer Druckwelle und eine Rechnereinheit (10) aufweist, und dass die Rechnereinheit (10) ausgebildet ist, aus der Laufzeit (t) die Schallgeschwindigkeit (V) und/oder die Temperatur (T) des Kraftstoffs zu ermittelt.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Rechnereinheit (10) von einem Softwareprogramm steuerbar ist.
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