WO2011092042A1 - Verfahren und vorrichtung zur prüfung eines kraftstoffinjektors - Google Patents

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WO2011092042A1
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fuel
injector
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Jochen Friedmann
Christian Boie
Joerg Staib
Edgar Holl
Bertram Rensch
Gunter Freitag
Daniel Strack
Dirk Freundt
Wolfgang Henner
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Robert Bosch Gmbh
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Definitions

  • An object of the invention is to provide an inexpensive and robust solution for injector testing with increased accuracy.
  • the invention is based on the basic idea that the opening and closing of the injector generates pressure waves in the feed line of the injector and that the injection time (ie the time duration that the injector is open) can be determined by measuring and evaluating the pressure profile in the feed line. There are different methods for this, based on the evaluation of different features in the pressure curve. Since the pressure variation changes due to various influencing factors for each injector type and operating point (temperature, pressure, injection time, etc.) of the injector, there is so far no universally applicable method that provides the best possible result for each type of injector at each operating point.
  • the invention therefore comprises a method for selecting the most suitable method for the specific application from a number of different methods.
  • An inventive method for selecting a method for determining the injection time of individual injections of a fuel! Njektors comprises the steps of driving the fuel injector with various known driving times in the vicinity of a predetermined operating point of the fuel! njektors; detecting the time pressure curve in the supply line for a number of injection events for each actuation period; evaluating the detected temporal pressure profiles with at least two different methods for determining the injection time for each injection event; determining the correlation between the determined injection times and the respective associated drive time; and selecting the method with the highest correlation.
  • the correlation between the injection times and the drive durations can be determined, for example, by calculating the Pearson correlation coefficient. On the match of the absolute values of the injection times and the drive times it does not matter.
  • the method selected in this way shows the best linear relationship, but there may still be zero and / or slope errors.
  • a compensation function is calculated from the value pairs of the activation periods and the determined injection times, eg with the "least squares method". put on.
  • the injection time from the pressure curve can be determined from the gradient and the axis section.
  • a threshold value for the correlation value such that injection times are only determined when the threshold value is exceeded, so that the method has a sufficiently high linear relationship between the injection time and the activation duration.
  • the injection times can be determined even when falling below the threshold and output with a corresponding warning.
  • the invention also relates to a method for determining the injection quantity of individual injection processes of a fuel! njektors, which can be supplied via a supply line with pressurized fuel, with the steps: selecting the most suitable for the respective operating point method for determining the injection time by the method described above; Activation of the fuel! njektors at least one predetermined operating point and simultaneously measuring the occurring during a supply line pressure curve; Determining the injection time of each injection event from the measured pressure profile using the selected method; and determining the injection amount of each injection from the predetermined injection time.
  • the injection time of a single injection process of a fuel injector can be reliably determined with high accuracy even for short injection times.
  • the method is applicable to every type of injector and the entire operating range of the respective injector and covers the entire range of different injectors (car, truck, piezoelectric actuator, solenoid valve).
  • the measuring technique itself limits the pressure range only by the pressure sensor. If necessary, adjust or replace it.
  • the invention also relates to a method for testing a fuel injector comprising the steps of determining the respective injection quantity of a number of individual injection events of a fuel injector at at least one operating point with the method described above and statistically evaluating the injection quantities thus determined.
  • a test method allows a particularly accurate and effective testing of modern high-performance injectors, which are operated with high injection pressures of several thousand bar and short injection times.
  • the method for testing a fuel injector also includes evaluating a scattering amount, such as the standard deviation or the variance of the determined injection quantities. This can further improve the quality of the test.
  • each injection event includes multiple partial injection events.
  • the method is so flexible that it can also evaluate injection events that include multiple partial injection events.
  • the method for evaluating the temporal pressure curve includes the transformation of the detected pressure profile into the frequency domain. By the transformation of the pressure curve in the frequency space, the evaluation of the pressure curve can be improved; In particular, disturbing frequency components can be filtered out before the further evaluation. In a further embodiment, the method for evaluation also includes the inverse transformation of the pressure profile from the frequency into the local time or period.
  • the method for evaluating the temporal pressure curve concludes the determination of maxima, minima and / or turning points of the pressure curve. This makes it particularly effective, reliable and easy to determine the beginning and end of the injection process.
  • the method includes driving the fuel injector with drive durations above and below the operating point.
  • the method includes successively activating the fuel injector with a series of stepping or stepping ascending or descending activation periods.
  • the invention also relates to a device for testing a fuel! njektors.
  • a device for testing a fuel! njektors has at least one receiving device for receiving at least one fuel injector; at least one supply line configured to supply pressurized fluid to the fuel injector; at least one sensor, which is designed to measure the temporal pressure curve; a volume measuring unit configured to detect the flow through the injector; at least one drive device, which is designed to drive the fuel injector; and at least one evaluation unit operatively connected to the volume measurement unit, the sensor, and the driver.
  • the evaluation unit is designed to carry out at least one of the methods according to the invention.
  • the sensor for measuring the temporal pressure curve in the supply line can be a pressure sensor arranged in the supply line or a structure-borne sound sensor which is attached to the supply line and measures the sound which is generated by the pressure fluctuations propagating in the supply line.
  • a structure-borne sound sensor may be formed, for example, as a piezoelectric element.
  • FIG. 1 shows schematically a device according to the invention for testing an injector.
  • FIG. 2 shows a schematic flow diagram of a test method according to the invention.
  • FIG. 3 a shows, by way of example, the activation of an injector during the injection quantity correlation.
  • FIG. 3b shows the injection quantity as a function of the activation duration.
  • FIGS. 4a and 4b show the determined corresponding injection times for different activation periods, wherein two different methods have been used to determine the injection times.
  • FIGS. 5a and 5b show the optimum correlation values determined for different operating points as a function of the activation duration.
  • FIGS. 6a and 6b show, by way of example, the activation of an injector at the operating point and the resulting pressure curve in the supply line.
  • FIGS. 7a to 7d show the measured pressure curve in the time period (FIGS. 7a and 7d) and in the frequency space (FIGS. 7b and 7c).
  • Fig. 8 shows an enlarged section of a processed pressure curve in the period.
  • Fig. 9 shows a number of injections and the associated injection quantities.
  • 1 shows schematically a device according to the invention for testing an injector 2.
  • the injector 2 to be tested is arranged in an injector holder 1 and via a (high-pressure) supply line 4 to a (high) pressure accumulator 6, the fluid to be injected, such as ( Diesel) fuel or a test oil, contains, connected.
  • the injector 2 is electrically actuated by a triggering device 8, for example an engine control unit or a test device, which simulates an engine control unit.
  • a pressure sensor 10 is arranged in the supply line 4 and measures the time pressure curve in the supply line 4.
  • the starting time can also be output directly from the triggering device 8.
  • a measurement data acquisition 14 records the measurement data, in particular the pressure profile and the trigger signal.
  • a volume measuring unit 16 makes it possible to detect the continuous flow or the sum of the injection quantities of several injections. As shown in FIG. 1, the volume measuring unit 16 may be located on the low-pressure side, ie in the outlet of the injector 2 or in the supply line 4 on the high-pressure side. It can also be connected directly to the measurement data acquisition 14.
  • FIG. 2 shows, by way of example, the course of a method according to the invention in a schematic flowchart.
  • a number of injection processes are carried out with different activation periods in the vicinity of an operating point to be measured (test point) and the pressure profiles occurring in the supply line 4 are measured and possibly stored.
  • the pressure curves are evaluated. In this case, either previously stored pressure profiles can be used, or the measured pressure profiles can be evaluated immediately without intermediate storage. In particular, from the pressure curves with different
  • Methods determines the respectively associated injection times (steps 21 1, 212, 213) and the correlation of the thus determined injection times with the associated drive times is calculated (steps 221, 222, 223).
  • the thus determined correlation values are compared with each other, and the method with the best correlation, ie, the highest correlation value, is selected for the evaluation of the following measurement (step 230).
  • a relationship between the injection time and the injection amount is established (step 240).
  • a sum of injection quantities measured with the volume measuring unit 16 can be used for a number of injection events in order to determine the relationship between
  • Injection time and injection quantity to determine.
  • the mean drive times must be different from the corresponding injection quantities.
  • the injection quantities are determined from a continuous flow, which lasts, for example, over 2 to 3 minutes, an average injection quantity is obtained. This eliminates errors due to measured value spreads.
  • the injection time can be considered. It is determined in two points around the operating point of the relationship between injection quantity and injection time and a compensation function by these two points. To calculate the injection quantity from the injection time, interpolation takes place between these points. A linearization is particularly well possible if only a small area around the respective operating point is considered.
  • step 300 the measurement data, i. the temporal pressure fluctuations in the supply line in the control of the injector at the operating point, measured and possibly stored.
  • This can be done before or after the selection of the most suitable method (injection quantity correlation) in steps 100 and 200. This may be done before or after step 100, as well as, after, or during the selection of the most appropriate method (injection amount correlation) in step 200.
  • the data measured at the operating point are evaluated (step 400), in particular the injection times of the individual injection processes are determined from the recorded pressure curves with the method determined during the injection quantity correlation (step 410) and the individual injection quantities are determined from the injection times (step 420). It can be used either on previously stored pressure curves, or the measured
  • Pressure curves can be evaluated directly without intermediate storage.
  • the individual injection quantities are statistically evaluated (step 500) to determine the quality of the injector 2.
  • FIG. 3 a shows by way of example the activation of an injector 2 during the injection quantity correlation.
  • the drive duration T Ans t (y axis) is plotted over different times for the drive phase.
  • the injector 2 is first actuated at the operating point with the control period T B p (phase A). Then the drive time T Ans t is reduced to a duration ⁇ below the operating point T B p and after a stabilization phase, the pressure curve in the supply line 4 is measured and recorded (phase B). At the same time, a flow rate V-1 is measured for a number of injection processes with the activation duration Ti.
  • the drive duration T Ans t is increased stepwise (step-shaped) up to an upper drive time T 2 above the operating point T B p of the injector (phase C).
  • phase D For the upper activation duration T 2 , which is above the operating point T B p, the flow rate V 2 for a number of injections with the activation duration T 2 is measured again after a stabilization phase (phase D).
  • the time pressure curve in the supply line 4 is measured and recorded for a number of injection events that are statistically sufficient to achieve the required accuracy.
  • FIG. 3b shows the measured flow rate Q (y-axis) as a function of the drive time T A (x-axis) for three different drive times, in particular at the operating point (P2), below and above the operating point (P1, P3).
  • FIG. 3b shows that the flow rate can be very well approximated by a straight line as a function of the injection time in the considered region.
  • FIGS. 4a and 4b show the corresponding injection times T E (y-axis) determined from the pressure curves in the supply line for different drive durations T A (x-axis), wherein a different method for determining the injection time T E is used in each of the two figures has been.
  • FIGS. 4 a and 4 b show the optimum correlation values K (y-axis) determined for different operating points as a function of the activation duration T A (x-axis).
  • FIGS. 5a and 5b each show only the correlation values K determined with the optimum method for the respective operating point.
  • the various methods are identified by different symbols of the measuring points.
  • the correlation is better overall at a lower injection pressure (eg in idle mode) and is subject to smaller fluctuations as the triggering time T A changes (FIG. 5 b). as at a higher injection pressure, such as occurs in the partial load range (Fig. 5a).
  • FIGS. 6a and 6b show, by way of example, the activation of an injector at the operating point (FIG. 6a) and the resulting pressure curve p in the supply line 4 (FIG. 6b).
  • the injection time T E associated with a given activation period T A can be calculated. This can be done with different methods, which weight the individual characteristics differently. The method described above is used to select the most appropriate method for each operating point.
  • a method can also involve transforming the measured pressure profile into the frequency domain and further processing it there.
  • Fig. 7a shows by way of example such a pressure curve in the time domain and Fig. 7b shows that, e.g. using a fast Fourier transform (FFT), in the frequency domain converted signal.
  • FFT fast Fourier transform
  • the signal has strong frequency components in the range around 500 Hz, which complicate an evaluation of the much weaker frequency components in the range of higher frequencies.
  • Fig. 7d shows the processed signal transformed back into the period.
  • the electrical drive signal is shown as a dashed line.
  • Fig. 8 shows an enlarged section of the processed signal in the period, ie the pressure p (y-axis) in the supply line 4 as a function of time t (x-axis).
  • the beginning (BIP) and the end (EIP) of the injection process are determined on the basis of given characteristics, here characteristic inflection points.
  • the injection time TIP is the difference between the time between the end (EIP) and the start (BIP) of the injection process.
  • Fig. 9 shows a number of injections (x-axis) and the associated injection quantities (y-axis), which scatter by a normalized to 1 mean value MW.
  • the mean value MW can be compared with a desired value specified for the respective operating point and it can be evaluated whether individual injection quantities exceed or fall short of a predetermined upper limit OG or lower limit UG. Also, the variance of the scattering injection quantities can be determined and compared with a predetermined setpoint.

Abstract

Ein Verfahren zur Auswahl einer Methode zur Bestimmung der Einspritzzeit einzelner Einspritzvorgänge eines Kraftstoffinjektors (2), der über eine Zuleitung (4) mit unter Druck stehendem Kraftstoff versorgbar ist, umfasst die Schritte: Ansteuern des Kraftstoffinjektors (2) mit verschiedenen, bekannten Ansteuerdauern um einen vorgegebenen Betriebspunkt des Kraftstoffinjektors (2); Erfassen (100) des zeitlichen Druckverlaufs in der Zuleitung (4) für eine Anzahl von Einspritzvorgängen; Auswerten (200) der erfassten zeitlichen Druckverläufe mit wenigstens zwei verschiedenen Methoden (211, 212, 213) zur Bestimmung der Einspritzzeit aus dem jeweilgen Druckverlauf; Bestimmen der Korrelation (221, 222, 223) zwischen den bestimmten Einspritzzeiten und der jeweiligen Ansteuerdauer; Auswählen (230) der Methode mit der höchsten Korrelation.

Description

Beschreibung Titel Verfahren und Vorrichtung zur Prüfung eines Kraftstoffiniektors
Stand der Technik
Zur Kraftstoffversorgung von Verbrennungsmotoren werden zunehmend Spei- chereinspritzsysteme eingesetzt, bei denen mit sehr hohen Einspritzdrücken gearbeitet wird. Bei diesen Speichereinspritzsystemen wird Kraftstoff mittels einer Hochdruckpumpe in einen Hochdruckspeicher gefördert, von dem aus der Kraftstoff über Injektoren in die Brennkammern des Verbrennungsmotors eingespritzt wird. Insbesondere für Dieselmotoren werden Injektoren verwendet, die ein Ein- spritzventil besitzen, das hydraulisch von einem Servoventil geöffnet und geschlossen wird, um den zeitlichen Verlauf des Einspritzvorgangs in die Brennkammer festzulegen. Das Servoventil wird hierbei von einem magnetischen oder piezoelektrischen Aktor betätigt. Immer schärfer werdende Emissionsgesetzgebungen weltweit und die stetige Erhöhung des Wirkungsgrades der Motoren ha- ben bei diesen Common-Rail-Systemen zur Folge, dass eine größere Anzahl an
Teileinspritzungen je Einspritzvorgang bzw. je Arbeitszyklus des Verbrennungsmotors benötigt, die Kraftstoffmenge der einzelnen Einspritzung immer kleiner und die Varianz der Einspritzmenge zwischen mehreren Einspritzvorgängen bzw. Arbeitszyklen enger toleriert wird. Dies stellt auch neue Anforderungen an Ver- fahren und Vorrichtungen zur Injektorprüfung.
Offenbarung der Erfindung
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine kostengünstige und robuste Lösung zur Injektorprüfung mit erhöhter Genauigkeit bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch erfindungsgemäße Verfahren und eine erfindungsgemäße Vorrichtung gelöst. Die Erfindung beruht auf dem Grundgedanken, dass das Offnen und Schließen des Injektors Druckwellen in der Zuleitung des Injektors erzeugt und die Einspritzzeit (d.h. die Zeitdauer, die der Injektor geöffnet ist) durch Messen und Auswerten des Druckverlaufs in der Zuleitung bestimmbar ist. Dafür gibt es unterschiedliche Methoden, die auf der Auswertung verschiedener Merkmale im Druckverlauf beruhen. Da sich der Druckverlauf aufgrund verschiedener Einflussfaktoren für jeden Injektortyp und Betriebspunkt (Temperatur, Druck, Einspritzzeit usw.) des Injektors ändert, gibt es bisher keine universell anwendbare Methode, die für jeden Injektortyp an jedem Betriebspunkt das bestmögliche Ergebnis liefert. Die Erfindung umfasst daher ein Verfahren zur Auswahl der für den jeweiligen konkreten Anwendungsfall am besten geeigneten Methode aus einer Anzahl verschiedener Methoden.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Auswahl einer Methode zur Bestimmung der Einspritzzeit einzelner Einspritzvorgänge eines Kraftstoff! njektors, der über eine Zuleitung mit unter Druck stehendem Kraftstoff versorgbar ist, umfasst die Schritte des Ansteuerns des Kraftstoffinjektors mit verschiedenen, bekannten Ansteuerdauern in der Umgebung eines vorgegebenen Betriebspunktes des Kraftstoff! njektors; des Erfassens des zeitlichen Druckverlaufs in der Zuleitung für eine Anzahl von Einspritzvorgängen für jede Ansteuerdauer; des Auswertens der erfassten zeitlichen Druckverläufe mit wenigstens zwei verschiedenen Methoden zur Bestimmung der Einspritzzeit für jeden Einspritzvorgang; des Bestimmens der Korrelation zwischen den bestimmten Einspritzzeiten und der jeweils zugehörigen Ansteuerdauer; und des Auswählens der Methode mit der höchsten Korrelation.
Die Korrelation zwischen den Einspritzzeiten und den Ansteuerdauern kann beispielsweise durch Berechnen des Pearsonschen Korrelationskoeffizienten bestimmt werden. Auf die Übereinstimmung der Absolutwerte der Einspritzzeiten und der Ansteuerdauern kommt es dabei nicht an.
Die derart ausgewählte Methode zeigt den besten linearen Zusammenhang, es können aber noch Nullpunkts- und/oder Steigungsfehler vorliegen. Um den Zusammenhang zwischen den Einspritzzeiten und der Ansteuerdauern exakt zu bestimmen, wird aus den Wertepaaren der Ansteuerdauern und den ermittelten Einspritzzeiten, z.B. mit der "Methode kleinster Quadrate", eine Ausgleichsfunkti- on gelegt. Im Falle einer Ausgleichsgeraden lässt sich aus der Steigung und dem Achsabschnitt die Einspritzzeit aus dem Druckverlauf ermitteln. Eine solche Linearisierung ist besonders gut möglich, wenn jeweils nur ein relativ kleiner Bereich um den jeweiligen Betriebspunkt des Injektors betrachtet wird.
Es ist auch möglich, einen Schwellwert für den Korrelationswert derart festzulegen, dass Einspritzzeiten nur dann bestimmt werden, wenn der Schwellwert überschritten ist, so dass die Methode einen genügend hohen linearen Zusammenhang zwischen der Einspritzzeit und der Ansteuerdauer aufweist. Alternativ können die Einspritzzeiten auch bei Unterschreiten des Schwellwertes bestimmt und mit einer entsprechenden Warnung ausgegeben werden.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Bestimmung der Einspritzmenge einzelner Einspritzvorgänge eines Kraftstoff! njektors, der über eine Zuleitung mit unter Druck stehendem Kraftstoff versorgbar ist, mit den Schritten: Auswählen der für den jeweiligen Betriebspunkt am besten geeigneten Methode zur Bestimmung der Einspritzzeit durch das zuvor beschriebene Verfahren; Ansteuern des Kraftstoff! njektors an wenigstens einem vorgegebenen Betriebspunkt und gleichzeitiges Messen des dabei in einer Zuleitung auftretenden Druckverlaufs; Bestimmen der Einspritzzeit jedes einzelnen Einspritzvorgangs aus dem gemessenen Druckverlauf mit der ausgewählten Methode; und Bestimmen der Einspritzmenge jedes einzelnen Einspritzvorgangs aus der zuvor bestimmten Einspritzzeit.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann die Einspritzzeit eines einzelnen Einspritzvorgangs eines Kraftstoffinjektors zuverlässig mit hoher Genauigkeit auch für kurze Einspritzzeiten bestimmt werden.
Das Verfahren ist auf jeden Injektortyp und im gesamten Betriebsbereich des jeweiligen Injektors anwendbar und deckt den gesamten Mengenbereich unterschiedlicher Injektoren (PKW, LKW, Piezoaktor, Magnetventil) ab. Die Messtechnik selbst schränkt den Druckbereich lediglich durch den Drucksensor ein. Dieser ist gegebenenfalls anzupassen oder auszuwechseln.
Durch die Verwendung eines häufig schon vorhandenen Drucksensors in der Zuleitung werden die Anschaffungs- und Unterhaltskosten reduziert. Das Verfahren ist unempfindliche gegenüber der Einbaulage des Injektors und einfach in der Handhabung, da weder eine aufwendige Mechanik noch der Aufbau eines Gegendrucks erforderlich sind. Das Verfahren ermöglicht eine einfache Nachrüstung vorhandener Systeme mit kontinuierlicher Durchflussmessung und ist werkstatttauglich, da es robust und schmutzunempfindlich ist.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Prüfen eines Kraftstoffinjektors mit den Schritten: Bestimmen der jeweiligen Einspritzmenge einer Anzahl einzelner Einspritzvorgänge eines Kraftstoffinjektors an wenigstens einem Betriebspunkt mit dem zuvor beschriebenen Verfahren und statistisches Auswerten der so bestimmten Einspritzmengen. Ein solches Prüfverfahren ermöglicht eine besonders genaue und effektive Prüfung moderner Hochleistungsinjektoren, die mit hohen Einspritzdrücken von mehreren tausend bar und kurzen Einspritzzeiten betrieben werden.
In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren zum Prüfen eines Kraftstoffinjektors auch die Auswertung eines Streumaßes, wie z.B. der Standardabweichung oder der Varianz, der ermittelten Einspritzmengen. Dadurch kann die Qualität der Prüfung noch weiter verbessert werden.
In einer Ausführungsform schließt jeder Einspritzvorgang mehrere Teileinspritzvorgänge ein. Das Verfahren ist so flexibel, dass es auch Einspritzvorgänge, die mehrere Teileinspritzvorgänge umfassen, auswerten kann.
In einer Ausführungsform schließt die Methode zur Auswertung des zeitlichen Druckverlaufs die Transformation des erfassten Druckverlaufs in den Frequenzraum ein. Durch die Transformation des Druckverlaufs in der Frequenzraum kann die Auswertung des Druckverlaufs verbessert werden; insbesondere können störende Frequenzanteile vor der weiteren Auswertung herausgefiltert werden. In einer weiteren Ausführungsform schließt die Methode zur Auswertung auch die Rücktransformation des Druckverlaufs aus dem Frequenz- in den Orts- bzw. Zeitraum mit ein.
In einer Ausführungsform schließt die Methode zur Auswertung des zeitlichen Druckverlaufs die Bestimmung von Maxima, Minima und/oder Wendepunkten des Druckverlaufs ein. Dadurch lassen sich der Beginn und das Ende des Einspritzvorgangs besonders effektiv, zuverlässig und einfach bestimmen.
In einer Ausführungsform schließt das Verfahren ein, den Kraftstoffinjektor mit Ansteuerdauern oberhalb und unterhalb des Betriebspunktes anzusteuern. Insbesondere schließt das Verfahren ein, den Kraftstoffinjektor sukzessiv mit einer Reihe treppen- bzw. stufenförmig auf- oder absteigender Ansteuerdauern anzusteuern. Mit einer solchen treppenförmigen Ansteuerung lässt sich die Korrelation zwischen der Ansteuerdauer und der aus dem Druckverlauf bestimmten Einspritzzeit besonders gut bestimmen und die für den jeweiligen Injektor am betrachteten Betriebspunkt am besten geeignete Methode zur Auswertung des Druckverlaufs kann besonders effektiv ausgewählt werden.
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Prüfung eines Kraftstoff! njektors. Eine solche Vorrichtung hat wenigstens eine Aufnahmevorrichtung zur Aufnahme wenigstens eines Kraftstoffinjektors; wenigstens eine Zuleitung, die ausgebildet ist, um dem Kraftstoffinjektor unter Druck stehendes Fluid zuzuführen; wenigstens einen Sensor, der zur Messung des zeitlichen Druckverlaufs ausgebildet ist; eine Volumenmesseinheit, die eingerichtet ist, den Durchfluss durch den Injektor zu erfassen; wenigstens einer Ansteuereinrichtung, die zum Ansteuern des Kraftstoffinjektors ausgebildet ist; und wenigstens einer Auswerteinheit, die funktional mit der Volumenmesseinheit, dem Sensor und der Ansteuereinrichtung verbunden ist. Die Auswerteinheit ist ausgebildet, wenigstens eines der erfindungsgemäßen Verfahren auszuführen.
Der Sensor zur Messung des zeitlichen Druckverlaufs in der Zuleitung kann ein in der Zuleitung angeordneter Drucksensor oder ein an der Zuleitung angebrachter Körperschallsensor sein, der den Schall misst, der von den sich in der Zuleitung ausbreitenden Druckschwankungen erzeugt wird. Ein solcher Körperschallsensor kann beispielsweise als piezoelektrisches Element ausgebildet sein. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der beigefügten Figuren näher erläutert:
Figur 1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Prüfen eines Injektors.
Figur 2 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Prüfverfahrens.
Fig. 3a zeigt beispielhaft die Ansteuerung eines Injektors während der Einspritzmengenkorrelation.
Fig. 3b zeigt die Einspritzmenge als Funktion der Ansteuerdauer.
Die Figuren 4a und 4b zeigen für verschiedene Ansteuerdauern die ermittelten korrespondierenden Einspritzzeiten, wobei zur Ermittlung der Einspritzzeiten zwei verschiedene Methoden verwendet worden sind.
Die Figuren 5a und 5b zeigen die für verschiedene Betriebspunkte ermittelten optimalen Korrelationswerte als Funktion der Ansteuerdauer.
Die Figuren 6a und 6b zeigen beispielhaft die Ansteuerung eines Injektors am Betriebspunkt und den sich daraus ergebenden Druckverlauf in der Zuleitung.
Die Figuren 7a bis 7d zeigen den gemessenen Druckverlauf im Zeitraum (Fig. 7a und 7d) und im Frequenzraum (Fig. 7b und 7c).
Fig. 8 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt eines bearbeiteten Druckverlaufs im Zeitraum.
Fig. 9 zeigt eine Anzahl von Einspritzungen und die zugehörigen Einspritzmengen. Figur 1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Prüfen eines Injektors 2. Der zu prüfende Injektor 2 ist in einer Injektorhalterung 1 angeordnet und über eine (Hochdruck- )Zuleitung 4 an einen (Hoch-)Druckspeicher 6, der ein einzuspritzendes Fluid, wie z.B. (Diesel-)Kraftstoff oder ein Prüföl, enthält, ange- schlössen. Der Injektor 2 wird von einer Auslöseeinrichtung 8, z.B. einem Motorsteuergerät oder einem Prüfgerät, welches ein Motorsteuergerät simuliert, elektrisch angesteuert. Ein Drucksensor 10 ist in der Zuleitung 4 angeordnet und misst den zeitlichen Druckverlauf in der Zuleitung 4. Ein Triggersensor 12, der als Stromsensor ausgebildet sein kann, detektiert den Startzeitpunkt des elektri- sehen Ansteuersignais als Trigger. Alternativ kann der Startzeitpunkt auch direkt von der Auslöseeinrichtung 8 ausgegeben werden. Eine Messdatenerfassung 14 zeichnet die Messdaten, insbesondere den Druckverlauf und das Triggersignal auf. Eine Volumenmesseinheit 16 ermöglicht es, den kontinuierlichen Durchfluss oder die Summe der Einspritzmengen mehrerer Einspritzungen zu erfassen. Die Volumenmesseinheit 16 kann sich, wie in der Fig. 1 dargestellt, auf der Niederdruckseite, also im Ablauf des Injektors 2 oder in der Zuleitung 4 auf der Hochdruckseite befinden. Sie kann auch direkt an die Messdatenerfassung 14 angebunden sein. Figur 2 zeigt in einem schematischen Ablaufdiagramm beispielhaft den Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
In einem ersten Schritt 100 wird eine Anzahl von Einspritzvorgängen mit verschiedenen Ansteuerdauern in der Umgebung eines zu messenden Betriebs- punktes (Prüfpunktes) vorgenommen und die dabei in der Zuleitung 4 auftretenden Druckverläufe werden gemessen und ggf. gespeichert. In der folgenden Auswertung (Schritt 200) werden die Druckverläufe ausgewertet. Dabei kann entweder auf zuvor gespeicherte Druckverläufe zurückgegriffen werden, oder die gemessenen Druckverläufe können sofort ohne Zwischenspeicherung ausgewer- tet werden. Insbesondere werden aus den Druckverläufen mit verschiedenen
Methoden die jeweils zugehörigen Einspritzzeiten bestimmt (Schritte 21 1 , 212, 213) und die Korrelation der so ermittelten Einspritzzeiten mit den zugehörigen Ansteuerdauern wird berechnet (Schritte 221 , 222, 223). Die derart bestimmten Korrelationswerte werden miteinander verglichen und die Methode mit der besten Korrelation, d.h. dem höchsten Korrelationswert, wird für die Auswertung der folgenden Messung ausgewählt (Schritt 230). Für die so ausgewählte Methode wird eine Beziehung zwischen der Einspritzzeit und der Einspritzmenge aufgestellt (Schritt 240). Dazu kann ein mit der Volumenmesseinheit 16 gemessene Summe von Einspritzmengen für eine Anzahl an Einspritzvorgängen herangezogen werden, um den Zusammenhang zwischen
Einspritzzeit und Einspritzmenge zu ermitteln. Damit eine proportionale Beziehung zwischen Einspritzmengen und Einspritzzeit berechnet werden kann, müssen sich die mittleren Ansteuerdauern zu den korrespondierenden Einspritzmengen unterscheiden.
Wenn die Einspritzmengen aus einem kontinuierlichen Durchfluss, der beispielsweise über 2 bis 3 Minuten andauert, bestimmt werden, erhält man eine mittlere Einspritzmenge. Dadurch werden Fehler durch Messwertstreuungen eliminiert. Alternativ kann auch die Einspritzzeit betrachtet werden. Es wird in zwei Punkten um den Betriebspunkt der Zusammenhang zwischen Einspritzmenge und Einspritzzeit festgestellt und eine Ausgleichsfunktion durch diese beiden Punkte gelegt. Zur Berechnung der Einspritzmenge aus der Einspritzzeit wird zwischen diesen Punkten interpoliert. Eine Linearisierung ist besonders gut möglich, wenn nur ein kleiner Bereich um den jeweiligen Betriebspunkt betrachtet wird.
Im Schritt 300 werden die Messdaten, d.h. die zeitlichen Druckschwankungen in der Zuleitung bei der Ansteuerung des Injektors am Betriebspunkt, gemessen und ggf. gespeichert. Dies kann vor oder nach der Auswahl der am besten ge- eigneten Methode (Einspritzmengenkorrelation) in den Schritten 100 und 200 geschehen. Dies kann vor oder nach dem Schritt 100 sowie von, nach oder während der Auswahl der am besten geeigneten Methode (Einspritzmengenkorrelation) im Schritt 200 geschehen. Die im Betriebspunkt gemessenen Daten werden ausgewertet (Schritt 400), insbesondere werden aus den aufgenommenen Druckverläufen mit der während der Einspritzmengenkorrelation ermittelten Methode die Einspritzzeiten der einzelnen Einspritzvorgänge bestimmt (Schritt 410) und aus den Einspritzzeiten die individuellen Einspritzmengen ermittelt (Schritt 420). Dabei kann entweder auf zuvor gespeicherte Druckverläufe zurückgegriffen werden, oder die gemessenen
Druckverläufe können direkt ohne Zwischenspeicherung ausgewertet werden. Die individuellen Einspritzmengen werden statistisch ausgewertet (Schritt 500), um die Qualität des Injektors 2 zu bestimmen.
Fig. 3a zeigt beispielhaft die Ansteuerung eines Injektors 2 während der Einspritzmengenkorrelation. In dem in der Fig. 3a gezeigten Diagramm ist die Ansteuerdauer TAnst (y-Achse) für verschiedene Ansteuerphasen über der Zeit t aufgetragen.
Der Injektor 2 wird zunächst am Betriebspunkt mit der Ansteuerdauer TBp angesteuert (Phase A). Dann wird die Ansteuerdauer TAnst auf eine Dauer ΤΊ unterhalb des Betriebspunktes TBp verringert und nach einer Stabilisierungsphase der Druckverlauf in der Zuleitung 4 gemessen und aufgezeichnet (Phase B). Gleichzeitig wird eine Durchflussmenge V-ι für eine Anzahl von Einspritzvorgängen mit der Ansteuerdauer Ti gemessen.
Später wird die Ansteuerdauer TAnst schrittweise (treppenförmig) bis zu einer oberen Ansteuerdauer T2 oberhalb des Betriebspunktes TBp des Injektors erhöht (Phase C).
Für die obere Ansteuerdauer T2, die oberhalb des Betriebspunktes TBp liegt, wird nach einer Stabilisierungsphase erneut die Durchflussmenge V2 für eine Anzahl von Einspritzungen mit der Ansteuerdauer T2 gemessen (Phase D).
Für jede Ansteuerdauer TAnst wird der zeitliche Druckverlauf in der Zuleitung 4 für eine Anzahl von Einspritzvorgängen, die statistisch ausreichend ist, um die geforderte Genauigkeit zu erreichen, gemessen und aufgezeichnet.
Aus den für die Ansteuerdauern ΤΊ und T2 gemessenen Durchflussmengen V-ι , V2 wird mit Hilfe einer Ausgleichsgeraden (lineare Näherung) die Beziehung zwischen der Einspritzzeit und der Einspritzmenge ermittelt.
Fig 3b zeigt die gemessene Durchflussmenge Q (y-Achse) als Funktion der Ansteuerdauer TA (x-Achse) für drei verschiedene Ansteuerdauern, insbesondere am Betriebspunkt (P2), unterhalb und oberhalb des Betriebspunktes (P1 , P3). Die Figur 3b zeigt, dass sich die Durchflussmenge als Funktion der Einspritzzeit im betrachteten Bereich sehr gut durch eine Gerade approximieren lässt.
Die Figuren 4a und 4b zeigen für verschiedenen Ansteuerdauern TA (x-Achse) die aus den Druckverläufen in der Zuleitung ermittelten korrespondierenden Einspritzzeiten TE (y-Achse), wobei in jeder der beiden Figuren eine andere Methode zur Ermittlung der Einspritzzeit TE verwendet worden ist.
Aus den Figuren 4a und 4b ist deutlich erkennbar, dass die mit der ersten Me- thode (Fig. 4a) ermittelten Einspritzzeiten TE eine deutlich bessere Korrelation mit den Ansteuerdauern TA aufweisen, als die mit der zweiten Methode (Fig. 4b) ermittelten Einspritzzeiten TE. Für die Auswertung der Messdaten am Betriebspunkt ist daher in diesem Fall die erste Methode (Fig. 4a) vorzuziehen. Die Figuren 5a und 5b zeigen die für verschiedene Betriebspunkte ermittelten optimalen Korrelationswerte K (y-Achse) als Funktion der Ansteuerdauer TA (x- Achse).
Die Daten der Figur 5a wurden bei einem Einspritzdruck von 1000 bar, wie er z.B. im Teillastbetrieb des Motors auftritt, und die Daten der Figur 5b wurden bei einem Einspritzdruck von 400 bar, wie er z.B. im Leerlauf auftritt, aufgenommen.
In den Figuren 5a und 5b sind jeweils nur die mit der für den jeweiligen Betriebspunkt optimalen Methode bestimmten Korrelationswerte K gezeigt. Die verschie- denen Methoden sind dabei durch verschiedene Symbole der Messpunkte kenntlich gemacht.
Die in den Fig. 5a und 5b dargestellten Daten zeigen, dass die optimale Methode, d.h. die Methode mit der besten Korrelation zwischen der Ansteuerdauer und der Einspritzzeit, sowohl vom Einspritzdruck als auch von der Ansteuerdauer abhängig ist. Die optimale Methode ist daher für jeden Injektor und für jeden Betriebspunkt neu zu bestimmen.
Die Ergebnisse zeigen weiter, dass in diesem Beispiel die Korrelation bei einem niedrigeren Einspritzdruck (z.B. im Leerlaufbetrieb) insgesamt besser ist und bei sich ändernder Ansteuerdauer TA geringeren Schwankungen unterliegt (Fig. 5b) als bei einem höheren Einspritzdruck, wie er z.B. im Teillastbereich auftritt (Fig. 5a).
Die Figuren 6a und 6b zeigen beispielhaft die Ansteuerung eines Injektors am Betriebspunkt (Fig. 6a) und den sich daraus ergebenden Druckverlauf p in der Zuleitung 4 (Fig. 6b).
Aus Merkmalen dieses Druckverlaufs, wie z.B. Maxima, Minima und/oder Wendepunkten, kann die zu einer vorgegebenen Ansteuerdauer TA gehörige Einspritzzeit TE berechnet werden. Dies kann mit verschiedenen Methoden geschehen, welche die einzelnen Merkmale unterschiedlich gewichten. Mit dem zuvor beschriebenen Verfahren wird die für den jeweiligen Betriebspunkt am besten geeignete Methode ausgewählt.
Eine Methode kann dabei auch beinhalten, den gemessenen Druckverlauf in den Frequenzraum zu transformieren und dort weiter zu bearbeiten.
Fig. 7a zeigt beispielhaft einen solchen Druckverlauf im Orts- bzw. Zeitraum und Fig. 7b zeigt das, z.B. mit Hilfe einer Fast-Fourier-Transformation (FFT), in den Frequenzraum überführte Signal. Das Signal weist starke Frequenzanteile im Bereich um 500 Hz auf, welche eine Auswertung der deutlich schwächeren Frequenzanteile im Bereich höherer Frequenzen erschweren.
In dem in Fig. 7c gezeigten Frequenzspektrum sind niederfrequente Anteile (< 1000 Hz) herausgefiltert, so dass die höherfrequenten Anteile (> 1000 Hz) deutlich besser erkennbar und auswertbar sind.
Fig. 7d zeigt das in den Zeitraum zurücktransformierte bearbeitete Signal. Zum Vergleich ist auch das elektrische Ansteuersignal als gestrichelte Linie gezeigt.
Fig. 8 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt des bearbeiteten Signals im Zeitraum, d.h. den Druck p (y-Achse) in der Zuleitung 4 als Funktion der Zeit t (x-Achse). Der Beginn (BIP) und das Ende (EIP) des Einspritzvorgangs werden anhand vorgegebener Merkmale, hier charakteristischer Wendepunkte, bestimmt. Die Einspritzzeit TIP ergibt sich als Differenz der Zeit zwischen dem Ende (EIP) und dem Beginn (BIP) des Einspritzvorgangs. Fig. 9 zeigt eine Anzahl von Einspritzungen (x-Achse) und die zugehörigen Einspritzmengen (y-Achse), welche um einen auf 1 normierten Mittelwert MW streuen. Zur Auswertung kann der Mittelwert MW mit einem für den jeweiligen Be- triebspunkt vorgegebenen Sollwert verglichen werden und es kann untersucht werten, ob einzelne Einspritzmengen eine vorgegebene Obergrenze OG bzw. Untergrenze UG über- bzw. unterschreiten. Auch kann die Varianz der streuenden Einspritzmengen ermittelt und mit einem vorgegeben Sollwert verglichen werden.

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren (200) zur Auswahl einer Methode zur Bestimmung der Einspritzzeit einzelner Einspritzvorgänge eines Kraftstoff! njektors (2), der durch eine Zuleitung (4) mit unter Druck stehendem Kraftstoff versorgbar ist, mit den Schritten:
- Ansteuern des Kraftstoffinjektors (2) mit verschiedenen, bekannten Ansteuerdauern um einen vorgegebenen Betriebspunkt des Kraftstoff! njektors (2);
- Erfassen (100) des zeitlichen Druckverlaufs in der Zuleitung (4) für eine Anzahl von Einspritzvorgängen;
- Auswerten (21 1 , 212, 213) der erfassten zeitlichen Druckverläufe mit wenigstens zwei verschiedenen Methoden zur Bestimmung der jeweiligen Einspritzzeit;
- Bestimmen der Korrelation (221 , 222, 223) zwischen den bestimmten Einspritzzeiten und der jeweiligen Ansteuerdauer;
- Auswählen (230) der Methode mit der höchsten Korrelation.
2. Verfahren zur Bestimmung der Einspritzmenge einzelner Einspritzvorgänge eines Kraftstoffinjektors (2), der über eine Zuleitung (4) mit unter Druck stehendem Kraftstoff versorgbar ist, mit den Schritten:
- Auswählen (200) der für den jeweiligen Betriebspunkt am besten geeigneten Methode zur Bestimmung der Einspritzzeit durch ein Verfahren nach Anspruch 1 ;
- Ansteuern (300) des Kraftstoff! njektors (2) an wenigstens einem vorgegebenen Betriebspunkt und Messen des dabei in einer Zuleitung (4) auftretenden Druckverlaufs;
- Bestimmen (410) der Einspritzzeit jedes einzelnen Einspritzvorgangs aus dem gemessenen Druckverlauf mit der ausgewählten Methode; - Bestimmen (420) der Einspritzmenge jedes einzelnen Einspritzvorgangs aus der Einspritzzeit.
3. Verfahren zum Prüfen eines Kraftstoffinjektors (2) mit den Schritten:
- Bestimmen der jeweiligen Einspritzmenge einer Anzahl von einzelnen Einspritzvorgängen eines Kraftstoffinjektors (2) an wenigstens einem Betriebspunkt mit dem Verfahren nach Anspruch 2;
- statistisches Auswerten der so bestimmten Einspritzmengen.
4. Verfahren zum Prüfen eines Kraftstoffinjektors (2) nach Anspruch 3, wo bei der Schritt des statistischen Auswertens die Auswertung eines Streumaßes der ermittelten Einspritzmengen einschließt.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Ansteuern des Kraftstoff! njektors (2) einschließt, den Kraftstoff! njektor (2) mit Ansteuerdauern oberhalb und unterhalb des Betriebspunktes anzusteuern.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Ansteuern des Kraftstoff! njektors (2) einschließt, den Kraftstoff! njektor (2) mit trep- penförmig an- oder absteigenden Ansteuerdauern anzusteuern.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei jeder der Einspritzvorgänge mehrere Teileinspritzvorgänge einschließt.
8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei wenigstens eine Methode (21 1 , 212, 213) zur Auswertung des zeitlichen Druckverlaufs die Transformation des erfassten Druckverlaufs in den Frequenzraum einschließt.
9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei bei wenigstens eine Methode (21 1 , 212, 213) zur Auswertung des zeitlichen Druckverlaufs die Bestimmung von Maxima, Minima und/oder Wendepunkten des Druckverlaufs einschließt.
10. Vorrichtung zur Prüfung eines Kraftstoff! njektors (2) mit
- wenigstens einer Aufnahmevorrichtung (1 ) zur Aufnahme wenigstens eines Kraftstoffinjektors (2);
- wenigstens einer Zuleitung (4), die ausgebildet ist, um dem Kraftstoffinjektor (2) im Betrieb ein unter Druck stehendes Fluid zuzuführen;
- wenigstens einem Sensor (10), der zur Messung des zeitlichen Druckverlaufs in der Zuleitung (4) ausgebildet ist;
- wenigstens eine Volumenmesseinheit (16) die eingerichtet ist, den Durchfluss durch den Injektor (2) zu erfassen;
- wenigstens einer Ansteuereinnchtung (8), die zum Ansteuern des Kraftstoffinjektors (2) ausgebildet ist;
- wenigstens einer Auswerteinheit (14), die funktional mit der Volumenmesseinheit (16), dem Sensor (10) und der Ansteuereinnchtung (8) verbunden und ausgebildet ist, im Betrieb wenigstens eines der Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche auszuführen.
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