WO2016162161A1 - Verfahren zum betreiben eines kraftstoffinjektors - Google Patents

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Erik Tonner
Fabian FISCHER
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Robert Bosch Gmbh
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    • F02D2250/04—Fuel pressure pulsation in common rails

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a fuel injector according to the preamble of independent claim 1. Furthermore, the present invention relates to a computer program which is set up to carry out each step of the method according to the invention, as well as a machine-readable storage medium on which the computer program according to the invention is stored. Finally, the invention relates to an electronic control unit which is set up to carry out the method for operating a fuel injector.
  • DE 10 2012 206 586 A1 discloses a method for operating a fuel injector with at least one injection opening controlled by an injector needle and with a control chamber for the injector needle which communicates with a high-pressure side and a low-pressure side of the fuel injector, wherein a closing pressure in the control chamber by means of a control valve, in which the Injektornadel is placed in a shut-off the injection port closing position and an opening pressure are adjustable, wherein the Injektornadel passes into an opening releasing the injection opening, and wherein by means of a sensor pressure changes during opening and / or closing the Injektornadel be determined.
  • a dynamic pressure in the fuel injector is detected by means of the sensor, which is preferably a force and / or pressure sensor.
  • the sensor which is preferably a force and / or pressure sensor.
  • a pressure sensor which is usually designed as a piezoelectric sensor or as a strain gauge, is used to detect an opening or closing Vor- Ganges the injector needle, the pressure in the high-pressure bore measured and recorded. From the signal curve, the times for opening and / or closing the injector needle or the control valve are determined. Now, the time between the event of the opening and closing of the injector needle or the control valve and its detection is dependent on the duration of a pressure wave from the event to the sensor. This wave time depends in turn on various factors.
  • the method having the features of claim 1 has the advantage that an accurate determination of the temperature of the fuel is possible. This temperature can be used to correct the measuring closing times or opening times. As a result, a much more precise control of the internal combustion engine is possible. This is essentially achieved in that, based on a signal from the sensor, the temperature of the fuel is determined. In particular, the temperature of the fuel in the fuel injector is determined.
  • the rise behavior and / or the decay behavior of the signal of the sensor in the fuel injector or the frequency behavior of the signal of the sensor after opening and / or closing is used as the variable characterizing the pressure change. According to the invention, it has been recognized that these quantities are representative of the temperature of the fuel injector.
  • the duration of the increase or the decrease is determined. This size can be determined with little effort from the signal waveform of the sensor.
  • the evaluation is particularly simple if the beginning and the end of the drop and / or the rise of the signal is evaluated.
  • the invention relates to program code together with processing instructions for creating a computer program executable on a controller, in particular source code with compiling and / or linking instructions, the program code providing the computer program for performing all the steps of one of the described methods, if according to the processing instructions is converted into an executable computer program, that is in particular compiled and / or linked.
  • This program code can be given in particular by source code, which can be downloaded for example from a server on the Internet.
  • FIG. 1 schematically shows a fuel injector in which the method according to the invention is used
  • a fuel injector is shown very schematically and omits features which are not relevant for the present invention, as is shown in detail in the non-prepublished application DE 10 2014 204 746 A1. to which reference is made in the present case and which is included in the present application in this respect.
  • a nozzle needle hereinafter also called Injektornadel 25
  • injection openings 15 are closed and released in their raised position, the injection openings 15 for injecting fuel into a combustion chamber of the internal combustion engine (not shown) are.
  • the fuel is supplied from a high pressure accumulator 58, also referred to as a common rail, via an inlet bore 37 to a high pressure chamber 17.
  • the injector needle 25 is by means of a piezoelectric actuator 50 via a coupler piston 35 known per se and in the non-prepublished application DE 10 2014
  • the piezoelectric actuator 50 is controlled by a control unit 90.
  • connecting lines 51, 52 are guided to the piezoelectric actuator 50.
  • the pressure prevailing in the inlet bore 37 of the fuel is detected by means of a sensor 60, which is arranged in the upper region of the housing 11 of the piezo fuel injector.
  • This sensor 60 may be, for example, a piezo sensor.
  • a sensor in the form of a DMS (DehnMessStAINs) is conceivable.
  • This pressure wave passes along the high pressure bore 57 to the sensor 60. To detect the exact needle opening time, this wave travel time must be taken into account.
  • FIG. 2 shows the profile of the output signal of the sensor 60 at a constant operating point.
  • the course of the sensor signal is plotted during an injection process.
  • the injection begins and the injector opens. This has the consequence that the
  • the signal is shown enlarged during the end of the injection. At a time Tl, the signal starts to rise and at time T2, the rise of the signal ends.
  • both the oscillation of the signal and the steepness of the rise between the times T1 and T2 depend on the property of the fuel.
  • this is in particular the temperature of the fuel.
  • the frequency of the vibration increases with increasing temperature.
  • the procedure according to the invention is described using the example of the closing of the needle at the end of the injection.
  • the rise of the signal is evaluated.
  • the procedure can also be carried out at the beginning of the injection.
  • each occurring vibration is evaluated.
  • the rising behavior or the decay behavior can also be evaluated.
  • FIG. 3a A first embodiment for determining the temperature is shown in FIG. 3a.
  • the output signal of the sensor 60 passes to an evaluation unit 110. This acts on a map 120 with a frequency F. the map 120 outputs a temperature T to a controller 100th
  • the output signal of the sensor 60 reaches the evaluation unit 110.
  • This evaluation unit 110 subjects the signal to a frequency analysis, for example a Fourier transformation.
  • the evaluation 110 determines the first maximum starting from the large to the low frequencies. This first maximum, ie this characteristic frequency F, is fed to the map 120, in which quenz the temperature T is stored. This temperature T is then used by the controller 100 to control fuel metering, particularly the fuel injector.
  • FIG. 3b A further embodiment of the determination of the temperature is shown in FIG. 3b.
  • the output signal of the sensor 60 reaches a first determination 130 and a second determination 140.
  • the first determination 130 determines the time Tl at which the rise of the signal of the sensor begins.
  • the second determination 140 determines the end of the rise of the signal.
  • the two output signals of the first and second determination reaches a node 150 at whose output the difference between the two times and thus the duration of the rise of the signal is applied.
  • This signal with respect to the duration of the increase is supplied to a map 160 by the temperature T of the injector is stored, this also passes to the controller 100 and is used there to control the fuel injection.
  • the beginning T1 can be determined by the signal rising more than a predetermined value.
  • the first maximum of the signal may preferably be considered. This can be relatively easily evaluated by the zero of the first derivative of the signal.
  • the first derivative in the time interval between T1 and T2 can also be used as the input variable for the map 160.
  • This size is also a measure of the increase and thus a measure of the temperature of the fuel.

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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffinjektors mit zumindest einer von einer Injektornadel (25) gesteuerten Einspritzöffnung beschrieben. Mittels eines Sensors (60) werden Druckänderungen beim Öffnen und/oder Schließen der Injektornadel (25) oder eines Schaltventils ermittelt. Ausgehend von einem Signal des Sensors (60) wird die Temperatur des Kraftstoffinjektors ermittelt.

Description

Beschreibung
Titel
Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffinjektors Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffinjektors nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs 1. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Computerprogramm, welches eingerichtet ist jeden Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen, sowie ein maschinenlesbares Speichermedium, auf welchem das erfindungsgemäße Computerprogramm ge- speichert ist. Schließlich betrifft die Erfindung ein elektronisches Steuergerät, welches eingerichtet ist, das Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffinjektors auszuführen.
Stand der Technik
Aus der DE 10 2012 206 586 AI ist ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffinjektors mit zumindest einer von einer Injektornadel gesteuerten Einspritzöffnung und mit einem mit einer Hochdruckseite und einer Niederdruckseite des Kraftstoffinjektors kommunizierenden Steuerraum für die Injektornadel, wobei in dem Steuerraum mittels einer Steuerventils ein Schließdruck, bei dem die Injektornadel in eine die Einspritzöffnung absperrende Schließlage gestellt wird und ein Öffnungsdruck einstellbar sind, bei dem die Injektornadel in eine die Einspritzöffnung freigebende Offenlage übergeht, und wobei mittels eines Sensors Druckänderungen beim Öffnung und/oder Schließen der Injektornadel ermittelt werden.
Um mit geringem Aufwand eine präzise Einspritzmengensteuerung eines solchen Kraftstoffinjektors zu ermöglichen, wird mittels des Sensors der bevorzugt ein Kraft- und/oder Drucksensor ist, ein dynamischer Druck in dem Kraftstoffinjektor erfasst. Über einen solchen Drucksensor, der gewöhnlich als Piezosensor oder als DMS ausgebildet ist, wird zur Erkennung eines Öffnungs- oder Schließvor- ganges der Injektornadel der Druck in der Hochdruckbohrung gemessen und aufgezeichnet. Aus dem Signalverlauf werden die Zeitpunkte für das Öffnen und/oder Schließen der Injektornadel oder des Steuerventils ermittelt. Nun ist die Zeit zwischen dem Ereignis des Öffnens- Schließens der Injektornadel oder des Steuerventils und dessen Detektion abhängig von der Laufzeit einer Druckwelle vom Ereignis zum Sensor. Diese Wellenlaufzeit ist wiederum abhängig von verschiedenen Faktoren. Dies sind beispielsweise der Druck des Kraftstoffs und die Kraftstoffsorte, sowie die Temperatur des Kraftstoffs. Kleine Ungenauigkeit der Detektion des Öffnungs-/Schließvorgangs können eine darauf aussetzende Regelung ungenau machen, was sich nachteilig auf den Betrieb der Brennkraftmaschine und insbesondere auf deren Emissionen auswirken kann.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist den Vorteil auf, dass eine genaue Ermittlung der Temperatur des Kraftstoffs möglich ist. Diese Temperatur lässt sich zur Korrektur der den messenden Schließzeiten oder Öffnungszeiten heranziehen. Dadurch ist eine wesentliche genauere Steuerung der Brennkraftmaschine möglich. Dies wird im Wesentlichen dadurch erreicht, dass ausgehend von einem Signal des Sensors, die Temperatur des Kraftstoffs ermittelt wird. Insbesondere wird die Temperatur des Kraftstoffs im Kraftstoffinjektor ermittelt.
Besonders vorteilhaft ist, wenn das Anstiegsverhalten und/oder desAbfallverhal- ten des Signal des Sensors im Kraftstoffinjektor oder das Frequenzverhalten des Signals des Sensors nach dem Öffnen und/oder dem Schließen als das die Druckänderung charakterisierenden Größe verwendet wird. Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass diese Größen repräsentativ sind für die Temperatur des Kraftstoffinjektors.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Dauer des Anstiegs oder des Abfalls ermittelt wird. Diese Größe lässt sich mit geringem Aufwand aus dem Signalverlauf des Sensors ermitteln. Besonders einfach ist die Auswertung, wenn der Beginn und das Ende des Abfalls und/oder des Anstiegs des Signals ausgewertet wird.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung Programmcode zusammen mit Verarbeitungsanweisungen zum Erstellen eines auf einem Steuergerät ablauffähigen Computerprogramms, insbesondere Sourcecode mit Compilier- und/oder Verlinkungsanweisungen, wobei der Programmcode das Computerprogramm zur Ausführung aller Schritte eines der beschriebenen Verfahren ergibt, wenn er gemäß der Verarbeitungsanweisungen in ein ablauffähiges Computerprogramm umgewandelt wird, also insbesondere kompiliert und/oder verlinkt wird. Dieser Programmcode kann insbesondere durch Quellcode gegeben sein, welche beispielsweise von einem Server im Internet herunterladbar ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 schematisch einen Kraftstoffinjektor, bei dem das erfindungsgemäße Verfahren zur Anwendung kommt,
Figur 2
Das Ausgangssignal des Sensors über der Zeit aufgetragen und Figur 3
Zwei Blockdiagramme der erfindungsgemäßen Vorgehensweise. Ausführungsbeispiele der Erfindung
In Figur 1 ist höchst schematisch und unter Weglassung für die vorliegende Erfindung nicht relevanter Merkmale ein Kraftstoffinjektor dargestellt, wie er im Detail aus der nicht vorveröffentlichten Anmeldung DE 10 2014 204 746 AI hervor- geht, auf die vorliegend Bezug genommen wird und die insoweit in vorliegende Anmeldung einbezogen wird. In einem Injektorgehäuse 11 ist eine Düsennadel, nachfolgend auch Injektornadel 25 genannt, angeordnet, in deren abgesenkter Stellung (wie dargestellt) Einspritzöffnungen 15 verschlossen sind und in deren angehobener Position die Einspritzöffnungen 15 zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum der Brennkraftmaschine (nicht dargestellt) freigegeben sind. Der Kraftstoff wird von einem auch als Common-Rail bezeichneten Hochdruckspeicher 58 über eine Zulaufbohrung 37 einem Hochdruckraum 17 zugeführt. Die Injektornadel 25 wird mittels eines Piezoaktors 50 über einen Kopplerkolben 35 auf an sich bekannte und in der nicht vorveröffentlichten Anmeldung DE 10 2014
204 746 AI beschriebenen Weise betätigt. Der Piezoaktor 50 wird von einem Steuergerät 90 angesteuert. Hierzu sind Anschlussleitungen 51, 52 zum Piezoaktor 50 geführt. Der in der Zulaufbohrung 37 herrschende Druck des Kraftstoffs wird mittels eines Sensors 60 erfasst, der im oberen Bereich des Gehäuses 11 des Piezokraftstoffinjektors angeordnet ist.
Dieser Sensor 60 kann beispielsweise ein Piezo-Sensor sein. Darüber hinaus ist auch ein Sensor in Form eines DMS (DehnMessStreifens) denkbar. Ein Ereignis, wie zum Beispiel das Nadelöffnen löst nun eine Druckwelle aus.
Diese Druckwelle läuft die Hochdruckbohrung 57 entlang zum Sensor 60. Um den genauen Nadelöffnungszeitpunkt zu detektieren, muss diese Wellenlaufzeit berücksichtigt werden. Eine durch z.B. das Nadelöffnen ausgelöste Druckwelle läuft die Hochdruckbohrung 37 entlang zum Sensor 60. Die Zeit, welche die Welle unterwegs ist, hängt von der Länge der Strecke und der Schallgeschwindigkeit des Mediums in der Hochdruckbohrung 37 ab. Die Schallgeschwindigkeit ist abhängig z.B. von der Temperatur, dem Druck und den Kraftstoffeigenschaften wie Kompressionsmo- dul und Dichte des Kraftstoffs.
In der Figur 2 ist der Verlauf des Ausgangssignals des Sensors 60 bei einem konstanten Betriebspunkt dargestellt. In der ersten Teilfigur ist der Verlauf des Sensorsignals während eines Einspritzvorgangs aufgetragen. Zum Zeitpunkt T3 beginnt die Einspritzung und der Injektor öffnet. Dies hat zur Folge, dass das
Signal des Sensors stark abfällt. Nach Abfall des Signals bildet sich eine Schwingung mit einer bestimmten Frequenz des Signals aus. Allmählich geht das Sensorsignal wieder aus seinen Ausgangswert zurück. Zum Zeitpunkt T4 endet die Kraftstoffeinspritzung und der Injektor schließt. Dies hat zur Folge, dass das Sensorsignal sich wieder abrupt ändert und stark ansteigt. Es bildet sich wieder eine Schwingung aus und das Signal fällt wieder auf seinen Ausgangswert zurück.
In der zweiten Teilfigur ist das Signal während des Endes der Einspritzung vergrößert dargestellt. Zu einem Zeitpunkt Tl beginnt das Signal anzusteigen und zum Zeitpunkt T2 endet der Anstieg des Signals.
Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass sowohl die Schwingung des Signals als auch die Steilheit des Anstiegs zwischen den Zeitpunkten Tl und T2 von der Eigenschaft des Kraftstoffs abhängig ist. Als Eigenschaft des Kraftstoffs, die Ein- fluss auf diese Größen besitzen, ist dies insbesondere die Temperatur des Kraftstoffs. So wurde beispielsweise erkannt, dass die Frequenz der Schwingung mit steigender Temperatur ansteigt.
Die erfindungsgemäße Vorgehensweise wird am Beispiel des Nadelschließens am Ende der Einspritzung beschrieben. Hierbei wird der Anstieg des Signals ausgewertet. Die Vorgehensweise kann aber auch beim Beginn der Einspritzung durchgeführt werden. Erfindungsgemäß wird jeweils die auftretende Schwingung ausgewertet. Bei einer Ausführungsform kann auch das Anstiegsverhalten oder das Abfallverhalten ausgewertet werden.
Eine erste Ausgestaltung zur Ermittlung der Temperatur ist in Figur 3a dargestellt. Das Ausgangsignal des Sensors 60 gelangt zu einer Auswerteeinheit 110. Diese beaufschlagt ein Kennfeld 120 mit einer Frequenz F. das Kennfeld 120 gibt eine Temperatur T an eine Steuerung 100.
Bei dieser Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Ausgangssignal des Sensors 60 zu der Auswerteeinheit 110 gelangt. Diese Auswerteeinheit 110 unterzieht das Signal einer Frequenzanalyse z.B. einer Fouriertransformation. Die Auswertung 110 ermittelt ausgehend von dem großen zu den kleinen Frequenzen hin das erste Maximum. Dieses erste Maximum, d. h. diese charakteristische Frequenz F wird dem Kennfeld 120 zugeleitet, in dem abhängig von der Fre- quenz die Temperatur T abgelegt ist. Diese Temperatur T wird dann von der Steuerung 100 zur Steuerung der Kraftstoffzumessung, insbesondere des Kraftstoffinjektors verwendet.
Bei einer Ausgestaltung kann auch vorgesehen sein, dass nicht die höchste Frequenz sondern eine andere charakteristische Frequenz verwendet wird. So kann auch die niedrigste Frequenz verendet werden.
Eine weitere Ausgestaltung der Ermittlung der Temperatur ist in Figur 3b dargestellt. Das Ausgangssignal des Sensors 60 gelangt zu einer ersten Ermittlung 130 und einer zweiten Ermittlung 140. Die erste Ermittlung 130 bestimmt den Zeitpunkt Tl bei dem der Anstieg des Signals des Sensors beginnt. Die zweite Ermittlung 140 bestimmt das Ende des Anstiegs des Signals. Die beiden Ausgangssignale der ersten und zweiten Ermittlung gelangt zu einem Verknüpfungspunkt 150 an dessen Ausgang die Differenz zwischen den beiden Zeitpunkten und damit die Dauer des Anstiegs des Signals anliegt. Dieses Signal bezüglich der Dauer des Anstiegs wird einem Kennfeld 160 zugeführt, indem die Temperatur T des Injektors abgelegt ist, Diese gelangt ebenfalls zur Steuerung 100 und wird dort zu Steuerung der Kraftstoffeinspritzung verwendet.
Zur Bestimmung des Beginns und des Endes des Anstiegs können unterschiedliche Verfahren verwendet werden. Es kann beispielsweise der Beginn Tl dadurch ermittelt werden, wenn das Signal mehr als ein vorgegebener Wert ansteigt. Als Ende des Anstiegs T2 kann vorzugsweise das erste Maximum des Signals angesehen werden. Dies kann relativ einfach durch die Nullstelle der ersten Ableitung des Signals ausgewertet werden.
Anstelle der Dauer des Anstiegs kann auch die erste Ableitung im Zeitabschnitt zwischen Tl und T2 als Eingangsgrößer für das Kennfeld 160 verwendet werden. Auch diese Größe ist ein Maß für den Anstieg und damit ein Maß für die Temperatur des Kraftstoffes.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffinjektors mit einer von einer Injektornadel (25) gesteuerten Einspritzöffnung, wobei mittels eines Sensors (60) Druckänderungen beim Öffnen und/oder Schließen der Injektornadel (25) oder eines Schaltventils ermittelt werden, dadurch gekennzeichnet, dass ausgehend von einem Signal des Sensors (60), die Temperatur des Kraftstoffs ermittelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur ausgehend von einem Anstiegsverhalten und/oder einem Abfallverhalten des Signals ermittelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur ausgehend von der Dauer des Anstiegs und/oder der Dauer des Abfalls des Signals des Sensors ermittelt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur ausgehend von dem Beginn und dem Ende des Anstiegs und/oder des Abfalls des Signals ermittelt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ausgehend von dem Frequenzverhalten der sich nach dem Öffnen und/oder dem Schließen ausbildenden Schwingung des Signals die Temperatur ermittelt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ausgehend von einer charakteristischen Frequenz des Fourierspektrums die Temperatur bestimmt wird.
7. Computerprogramm, das ausgebildet ist, alle Schritte eines der Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 auszuführen.
8. Maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 7 gespeichert ist.
9. Steuergerät , das ausgebildet ist, alle Schritte eines der Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 auszuführen.
10. Programmcode zusammen mit Verarbeitungsanweisungen zum Erstellen eines auf einem Steuergerät ablauffähigen Computerprogramms, wobei der Programmcode das Computerprogramm nach Anspruch 7 ergibt, wenn sie gemäß der Verarbeitungsanweisungen in ein ablauffähiges Computerprogramm umgewandelt werden.
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