WO2016162180A1 - Verfahren und vorrichtung zum betreiben eines injektors - Google Patents

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WO2016162180A1
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Hans-Jörg Wiehoff
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Continental Automotive Gmbh
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
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Definitions

  • the invention relates to a method and a corresponding device for operating an injector.
  • the invention further relates to a computer program and a computer program product for operating an injector and to a system for operating an internal combustion engine.
  • nozzle needle which is slidably mounted in the fuel injector and opens or closes an opening cross-section or one or a plurality of spray holes of a nozzle assembly of the fuel injector as a function of its stroke.
  • An actuation of the nozzle needle is effected for example by means of a piezoelekt ⁇ step actuator that the nozzle needle is actuated mechanically or hydraulically.
  • the object underlying the invention is to provide a method and a corresponding device for operating an injector, which enable a precise and / or variable mass flow control of a fluid to be injected by the injector.
  • the object is solved by the features of the independent claims.
  • Advantageous developments of the invention are characterized in the subclaims.
  • the invention is characterized according to a first and second aspect by a method and a corresponding device for operating an injector.
  • the injector has one
  • the injector has an actuator which is designed to actuate the closure element as a function of a predetermined electrical activation. Depending on a predetermined desired injection mass flow for the injector and / or depending on a predetermined desired injection volume flow and / or depending on a predetermined desired speed change of the closure element during opening and / or closing of the
  • Injectors are determined reference reference coordinates for a stroke of the closure element. Furthermore, depending on the determined reference reference coordinates one or more determined and provided electrical control variables for controlling the actuator.
  • an injection quantity is dependent on an injection duration, an injection pressure, a stroke of the closure element and a geometry of the fuel injector.
  • the desired injection mass flow for the injector and / or the nominal injection volume flow for the injector and / or the desired speed change of the closure element during opening and / or closing of the injector can be set variably. This allows a freely definable injection profile formation. This allows a fully variable control of the injection mass flow through a continuous adjustment of the stroke of the nozzle needle or a nozzle opening cross section.
  • internal operating point-dependent conditions such as the temperature of the fuel and a Injek ⁇ tor-inherent pressure state are considered. ⁇ advantageous way can legally characterized map complex structures strongly be simplified and / or a calibration effort can be significantly reduced.
  • Engine formed and the desired reference coordinates are determined depending on a current fuel pressure in the injector. Taking into account the current fuel pressure in the injector when determining the desired reference coordinates for a stroke of the closure element allows a precise Ab ⁇ line of manipulated variables to an improved control of the injector, so that an improved mixture preparation in the cylinders can be achieved.
  • the desired reference coordinates are determined as a function of a combustion back pressure.
  • the desired reference coordinates of the fuel pressure in the injector is corrected with the combustion back pressure. The thus corrected fuel pressure is also considered more inherent
  • the combustion back pressure is the pressure prevailing in the combustion chamber of the cylinder. Pressure is also referred to as combustion chamber pressure.
  • the combustion pressure can be determined as a function of a given combustion chamber pressure model. This can advantageously contribute to improving the activation of the injector, so that improved mixture preparation in the cylinders can be achieved.
  • the fuel pressure in the injector is determined depending on a predetermined model for a pressure propagation in the injector. Since the fuel pressure in the injector can not be measured or can not be measured with sufficient accuracy, it is estimated using the given model. This allows a sufficiently accurate provision of this operating size.
  • the injector preferably comprises a Dü ⁇ senraum, which is connected via a fuel line with a high-pressure accumulator. Alternatively, it is possible that the fuel line is connected to an injection pump.
  • the fuel pressure in the injector may vary depending on a
  • Fuel temperature in the fuel line and / or a cylinder pressure can be determined.
  • the desired reference coordinates for the stroke of the closure element are determined depending on a
  • the material property of the fuel preferably comprises a density and / or viscosity of the fuel.
  • the material property of the fuel in the injector is determined depending on a fuel pressure in the injector and a fuel temperature in the injector. Considering the material property of the fuel and / or the fuel temperature in the injector when .
  • the injector comprises an injection nozzle with a nozzle body in which the closure element is mounted at least partially displaceable, and the desired reference ⁇ coordinates for the stroke of the closure element are determined depending on a predetermined permeable opening cross-section the injection nozzle, which forms when opening the injection nozzle between the opening closure element and the nozzle body.
  • the flow-through opening cross-section is preferably fully variable predetermined.
  • the at least one control variable is dependent on it averages ⁇ provided correction values, the coordinates depending on a comparison of the determined target with reference currently determined and / or detected
  • the invention is characterized by a computer program for operating an injector, wherein the computer program is designed to carry out the method for operating an injector and / or an advantageous embodiment of the method for operating an injector on a data processing device.
  • the invention is characterized by a computer program product comprising executable program code, the program code being executed by a Data processing device of the method for operating an injector and / or an advantageous embodiment of the Ver ⁇ procedure for operating an injector executes.
  • the computer program comprises a medium which can be read by the data processing device and on which the program code is stored.
  • the invention is characterized by a system for operating an internal combustion engine comprising a pilot control module, a characterization module and a state control module.
  • the pilot module is designed to carry out a method for operating an injector and / or an advantageous embodiment of the method for operating an injector.
  • the characterization module comprises at least one predefined model and is designed to determine predetermined state variables of the injector as a function of predetermined input variables and to provide them for the pilot control module .
  • the state control module is designed to determine corrective values as a function of a comparison of the desired reference coordinates determined by the pilot control module with actual coordinates for the stroke of the closure element currently determined and / or detected by the characterization module and to provide the correction values for the pilot control module.
  • the characterization module is formed a current
  • Fuel injection pressure to determine depending on the
  • the cha- rakter Deutschensmodul configured to determine the current stroke of the Ver ⁇ circuit elements and / or a deflection of the actuator and / or a closing and opening speed and / or an off ⁇ steering speed of the actuator depending on an actual current and voltage to the actuator.
  • FIG. 1 shows an exemplary block diagram for a program system for operating an internal combustion engine
  • FIG. 3 shows an exemplary block diagram for a pre-control program module of a pre ⁇ control function block, an exemplary flowchart of STEU ⁇ er program module, an exemplary, approximate course of an opening cross section of the injector depending on a stroke of a closure element,
  • Figure 6 shows an example course a volumetric flow and a mass flow depending on the stroke of the closure element , 7 shows an exemplary profile of the mass flow from ⁇ dependent from a rail pressure
  • FIG. 8 shows an exemplary profile of the mass flow as a function of a hydraulic injection time
  • Closure element and Figure 10 shows an exemplary course of the approximated
  • Target mass flow and the desired stroke profile of the closure element in comparison to real measured values are
  • FIG. 1 shows an exemplary block diagram for a program system 1 for operating an internal combustion engine, in which a variable, in particular fully variable, specification of a
  • Fluid mass flow and / or fluid volume flow for an injector of the internal combustion engine is possible.
  • the program system 1 comprises a characterization function block 5, a pre-control function block 7 and a state control function block 9.
  • the injector is preferably designed as fuel injector 10 for an internal combustion engine.
  • the injector may be configured to inject another fluid, such as water, oil, a gas, or another process fluid.
  • FIG. 2 shows by way of example a fuel injector 10.
  • the fuel injector 10 comprises a drive module 12 and an injection module 14.
  • the drive module 12 and the injection module 14 are coupled in a fluid-tight manner, for example by means of a clamping nut 30.
  • the drive module 12 has an injector housing 20, in which an actuator 22 is provided, preferably as
  • Piezo-actuator is formed.
  • An electromagnetic actuator (not shown) is alternatively applicable.
  • the fuel injector 10 includes a closure member 42 actuated by the actuator 22.
  • the closure element 42 is preferably actuated directly by the actuator 22.
  • the closure element 42 may be integrally formed materially Bezie ⁇ hung as integral.
  • the closure element 42 is in a recess 44 of an injection body 40
  • the closure element 42 is an outwardly opening nozzle needle; an inwardly opening nozzle needle is alternatively applicable (not shown). Furthermore, the closure element 42 may be a register or vario-injection needle (not shown).
  • the characterization function block 5 of the program system 1 shown in FIG. 1 includes, for example, models for estimating state variables of the injector which are not or only very inaccurately measurable, for example a fuel temperature in the injector and / or a fuel pressure in the injector and / or one current course of the stroke H of the closure element.
  • the pilot control function block 7 is designed to carry out a method for operating an injector, in which
  • Reference reference coordinates for the stroke H of the closure element be determined and at least one electrical control variable for controlling the actuator 22 of the injector is provided.
  • the electrical control variable comprises a current with which the actuator 22 is acted upon.
  • the pre-control function block 7 includes, for example, an adaptive pre ⁇ tax structure.
  • the state control function block 9 is designed, for example, to compare the desired reference coordinates for the stroke H of the closure element determined by the pre-control function block 7 with associated internal state coordinates and to provide correction values for the at least one control variable
  • Control of the actuator 22 to provide The corresponding internal state coordinates, in particular a current lift of the closure element and / or a deflection of the actuator 22 and / or a closing and opening speed and a displacement speed of the actuator 22 will play as riding provided account when ⁇ by the characterization function block. 5
  • the pilot control function block 7 preferably comprises a
  • Control program module 100 which is designed to carry out the method for operating an injector when executed on a data processing unit, for example on a computer unit of a motor controller.
  • the control program module 100 of FIG. 1 is configured as a function of a predetermined nominal injection mass flow for the injector and / or as a function of a nominal injection volume flow for the injector and / or as a function of a predefined nominal change in velocity of the closure element during opening and / or closing Close the injector to the reference reference coordinates for the stroke H of the closure element determine and depending on the determined reference reference coordinates to determine the at least one electrical control variable for controlling the actuator 22 and provide.
  • the pilot function block 7 is provided one or more further ⁇ A gear sizes for the control program module 100th
  • the further input variables for the first program module of the pre-control function block 7 and, for example, for the state control function block 9 are predetermined, for example, via an application interface.
  • the input variables are provided, for example, by the motor controller.
  • the further input variables include, for example, one or more desired specifications, for example a desired injection mass and / or a desired injection angle and / or one
  • the further input variables may include, for example, one or more metrologically recorded state variables, for example a rotational speed of the internal combustion engine and / or a rail pressure and / or a combustion chamber pressure and / or a fuel temperature in a return line.
  • the further input variables include, for example, one or more estimated state variables which are estimated by means of predefined models, since these can not be measured or only with very high technical outlay.
  • estimated input variables are, for example, a current stroke profile of the closure element, a fuel temperature in the injector and / or an inherent injector pressure. Determining the desired reference coordinates for the stroke H of the closure element as a function of the metrologically detected and / or estimated input variables makes it possible to take into account current, operating point-dependent states of the internal combustion engine and / or of the injector in determining the desired reference coordinates.
  • the estimated input variables are provided, for example, by the characterization function block 5.
  • the characterization function block 5 comprises for example a pressure characterization program module 101 and an op ⁇ tional Hub characterticians program module 102 and optional temperature characterization program module 103.
  • the pressure characterization program module 101 is formed Example ⁇ as to determine an actual fuel injection pressure depending on the fuel pressure in the injector and a combustion back pressure and / or a fuel mass flow in the injector and / or a fuel mass in the injector and / or to determine a compression modulus depending on a current rail pressure and / or a fuel temperature in a fuel supply and / or cylinder pressure.
  • the fuel pressure in the injector is corrected with the combustion back pressure.
  • the stroke characterization program module 102 is configured, for example, a current stroke of the closure element and / or a deflection of the actuator 22 and / or a closing and opening speed and / or a deflection speed. to determine actuator 22 depending on a current current and voltage application of the actuator 22nd
  • the temperature characterization program module 103 is designed, for example, to determine a fuel temperature in the injector.
  • the fuel temperature in the injector is preferably determined based on a predetermined thermal resistance model.
  • the fuel temperature in the injector is determined, for example, as a function of the fuel pressure in the injector and / or the fuel temperature in the injector and / or a coolant temperature in the internal combustion engine and / or an oil temperature in the internal combustion engine and / or an on-control frequency of the injector.
  • Figure 3 shows an example of a block diagram for the STEU ⁇ er-program module 100 of the pilot-control function block 7.
  • the program module 100 includes, for example, two radio ⁇ tion units 110, 120 on.
  • a first functional unit 110 is designed, for example, as a function of at least one predetermined one
  • Target injection mass flow for the injector and / or a
  • the first functional unit 110 is designed to provide a reference movement sequence, also reference trajectory called to determine the closure element and ready ⁇ deliver.
  • the second functional unit 120 is designed to determine one or more electrical control variables for controlling the actuator 22, depending on the determined nominal reference coordinates.
  • control variables in the form of current and / or charge polygon data for the actuator 22 are determined as a function of the determined reference trajectories.
  • a mechanical stroke is transformed into an electrical energy and a hydraulic opening and closing time into an electrical current supply time by means of an inverse observation of the electromechanical system model (inverted model).
  • Figure 4 shows an exemplary flow diagram of the STEU ⁇ er-program module 100th
  • the control program module 100 is started in a step S1.
  • input variables provided by the engine control unit are read in.
  • the provided input variables include, for example, one or more desired specifications, for example a desired injection mass and / or a desired injection angle and / or a nominal injection pressure.
  • the provided input variables include, for example, one or more metrologically detected state variables, for example a rotational speed of the internal combustion engine and / or a rail pressure.
  • the provided input variables comprise, for example, one or more estimated state variables, for example a fuel temperature in the injector and / or a fuel pressure in the injector.
  • the injection quantity is correlated with an injection duration, which in turn is dependent on an injection pressure, a stroke H of the closure element and a geometry of the fuel injector
  • an opening cross-section of the injector is determined as a function of the stroke H of the closure element.
  • the opening cross section can be approximately calculated, for example, by means of a lateral surface of a truncated cone.
  • the lateral surface can, for example, according to Eq. 1 to be determined:
  • M is the lateral surface
  • D NS the diameter of
  • FIG. 5 shows by way of example an idealized profile of the opening cross-section A as a function of the stroke H of the closure element .
  • a volume flow Q is determined in a step S5 as a function of the determined opening cross section.
  • Q A v Eq. 2
  • Q is the volume flow, A the cross-sectional area and v the mean flow velocity, rh the mass flow and p the density.
  • the density can be determined depending on the rail pressure P ra n and the temperature T of the fuel.
  • FIG. 6 shows an exemplary waveform of the volume flow Q and the mass flow rh dependent on the stroke H of ⁇ closure elements at a constant pressure of 20 MPa.
  • the mass flow rh is determined as a function of the rail pressure in a step S7 on the basis of the continuity equation for incompressible liquids and the regularity Bernulli's for constant densities.
  • a reference trajectory for the stroke H of the closure element is determined in each case. Taking into account the respective nominal mass flows and the
  • Target gradient it is possible to tune the target reference coordinates for the stroke H of the closure element (time and amplitude) to be ⁇ .
  • Target injection profiles are approximated, for example, via parabolas (ballistic injection forms) and / or trapezoids (partial strokes) and / or sigmoidal and / or s-shaped profiles.
  • parabolas ballistic injection forms
  • trapezoids partial strokes
  • sigmoidal and / or s-shaped profiles By a concatenation of the approximation forms quasi arbitrary course forms can be given, for example boat course shapes.
  • FIG. 9 shows, by way of example, three reference trajectories R 1, R 2, R 3.
  • the dashed line represents the stroke H of the shutter member and the solid line represents the injection time of the shutter member.
  • Fuel mass is the same in all three cases.
  • the courses differ in each case in the amplitudes.
  • Figure 10 shows an example of a curve of the approximated target injection mass flow and the stroke characteristic of the target Ver ⁇ circuit elements as compared to the real measured values.
  • Reference reference coordinates to electrical coordinates transfe- depends on internal state variables. This step can be carried out, for example, in a subroutine.
  • Steps S2 to S13 are repeatedly executed repeatedly during an operating time of the injector, for example.

Abstract

Der Injektor weist ein verschiebliches Verschlusselement zum Freigeben und Schließen zumindest einer Einspritzöffnung des Injektors auf. Ferner weist der Injektor einen Aktuator (22) auf, der ausgebildet ist, das Verschlusselement abhängig von einer vorgegebenen elektrischen Ansteuerung zu betätigen. Abhängig von einem vorgegebenen Soll-Einspritzmassenstrom für den Injektor und/oder abhängig von einem Soll-Einspritzvolumenstrom und/oder abhängig von einer vorgegebenen Soll-Geschwindigkeitsänderung des Verschlusselements beim Öffnen und/oder Schließen des Injektors werden Soll-Referenzkoordinaten für einen Hub (H) des Verschlusselements ermittelt. Des Weiteren werden abhängig von den ermittelten Soll-Referenzkoordinaten eine oder mehrere elektrische Ansteuergrößen zur Steuerung des Aktuators (22) ermittelt und bereitgestellt.

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines Injektors Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine korrespondierende Vorrichtung zum Betreiben eines Injektors. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Computerprogramm und ein Computerprogrammprodukt zum Betreiben eines Injektors sowie ein System zum Betreiben einer Brennkraftmaschine.
Immer strengere, gesetzliche Vorschriften bezüglich zulässiger Schadstoffemissionen von Verbrennungsmotoren für Kraftfahrzeuge machen es erforderlich, mittels Kraftstoffinj ektoren eine verbesserte Gemischaufbereitung in den Zylindern der Ver- brennungsmotoren zu erzielen. Bei derzeitigen KraftstoffInjektoren erfolgt eine Steuerung einer Einspritzung von Kraftstoff mittels einer Düsennadel, die im Kraftstoffinj ektor verschieblich gelagert ist und einen Öffnungsquerschnitt oder ein beziehungsweise eine Mehrzahl von Spritzlöchern einer Düsenbaugruppe des Kraftstoffinj ektors in Abhängigkeit von ihrem Hub freigibt beziehungsweise verschließt. Eine Ansteuerung der Düsennadel erfolgt beispielsweise mittels eines piezoelekt¬ rischen Aktors, welcher die Düsennadel mechanisch oder hydraulisch betätigt.
Für Kraftstoffinj ektoren gelten sehr hohe Anforderungen an eine Genauigkeit und Robustheit der Einspritzmenge unter allen Betriebsbedingungen und über die gesamte Lebensdauer des Kraftstoffinj ektors . Eine Abweichung einer Ist-Einspritzmenge von einer Soll-Einspritzmenge eines Kraftstoffinj ektors hat immer negative Auswirkungen auf eine Verbrennung hinsichtlich der dabei entstehenden Schadstoffemissionen und eines Verbrauchs des Verbrennungsmotors. Referenzkoordinaten zur Ansteuerung von Kraftstoffinj ektoren werden heute meistens über Kennfelder für Ansteuerdauer und Ansteuerenergien (Zeitsollwerte, Energie-, Strom und/oder Spannungssollwerte) bestimmt. So sind bestimmte Referenzko- ordinaten bezogen auf einen Einspritzverlauf starr und ermöglichen keine dynamischen betriebspunktabhängigen Vorgaben von Nadelhüben.
Die Aufgabe, die der Erfindung zu Grunde liegt, ist es, ein Verfahren und eine korrespondierende Vorrichtung zum Betreiben eines Injektors zu schaffen, die eine präzise und/oder variable Massenstromsteuerung eines von dem Injektor einzuspritzenden Fluids ermöglichen. Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die Erfindung zeichnet sich gemäß einem ersten und zweiten Aspekt aus durch ein Verfahren und eine korrespondierende Vorrichtung zum Betreiben eines Injektors. Der Injektor weist ein
verschiebliches Verschlusselement zum Freigeben und Schließen zumindest einer Einspritzöffnung des Injektors auf. Ferner weist der Injektor einen Aktuator auf, der ausgebildet ist, das Verschlusselement abhängig von einer vorgegebenen elektrischen Ansteuerung zu betätigen. Abhängig von einem vorgegebenen Soll-Einspritzmassenstrom für den Injektor und /oder abhängig von einem vorgegebenen Soll-Einspritzvolumenstrom und/oder abhängig von einer vorgegebenen Soll-Geschwindigkeitsänderung des Verschlusselements beim Öffnen und/oder Schließen des
Injektors werden Soll-Referenzkoordinaten für einen Hub des Verschlusselements ermittelt. Des Weiteren werden abhängig von den ermittelten Soll-Referenzkoordinaten eine oder mehrere elektrische Ansteuergrößen zur Steuerung des Aktuators ermittelt und bereitgestellt.
Dies ermöglicht eine dynamische Bestimmung von Soll-Referenz- koordinaten für einen Hubverlauf des Verschlusselements. Ab¬ hängig von Injektor-inhärenten Volumen- und Massenströmen, die abhängig von vorgegebenen Modellen ermittelbar sind, können die Soll-Referenzkoordinaten für den Hubverlauf des Verschlusselements ermittelt werden.
Hierbei macht es sich zu Nutze, dass eine Einspritzmenge abhängig von einer Einspritzdauer, einem Einspritzdruck, einem Hub des Verschlusselements und einer Geometrie des Kraftstoffinj ektors ist. Durch Vorgabe des Soll-Einspritzmassenstrom für den In- jektor und/oder des Soll-Einspritzvolumenstroms und/oder der Soll-Geschwindigkeitsänderung des Verschlusselements beim Öffnen und/oder Schließen des Injektors ist es möglich, Soll-Referenzkoordinaten für den Hub des Verschlusselements zu ermitteln. Die Geschwindigkeitsänderung des Verschlusselements wird auch als Gradient des Verschlusselements bezeichnet.
Der Soll-Einspritzmassenstrom für den Injektor und/oder der Soll-Einspritzvolumenstrom für den Injektor und/oder die Soll-Geschwindigkeitsänderung des Verschlusselements beim Öffnen und/oder Schließen des Injektors kann variabel vorgegeben werden. Damit ist eine frei definierbare Einspritzverlaufs- formung möglich. Dies ermöglicht eine vollvariable Steuerung des Einspritzmassenstroms durch eine kontinuierliche Verstellung des Hubs der Düsennadel beziehungsweise eines Düsenöffnungs- querschnitts . Bereits bei der Ermittlung der Soll-Referenzkoordinaten können interne betriebspunktabhängige Zustände, wie zum Beispiel die Temperatur des Kraftstoffs und ein Injek¬ tor-inhärenter Druckzustand, berücksichtigt werden. Vorteil¬ hafterweise können dadurch komplexe Kennfeldstrukturen stark vereinfacht werden und/oder ein Kalibrationsaufwand erheblich reduziert werden. Im Vergleich zu Konzepten, die Signale aus einem Piezo-Aktuator zur Identifikation einzelner Punkte einer Düsennadelposition während eines Einspritzvorgangs nutzen, ist eine verbesserte Kontrolle einer Absolutposition des Verschluss¬ elements unter Berücksichtigung einer Vielzahl von Störgrößen möglich. Die Feedback-Signale aus dem Piezo-Aktuator unterliegen einem hohen Störgrößeneinfluss , da der Piezo-Inj ektor zeitgleich als Aktuator und Sensor genutzt wird. Des Weiteren lassen diese Signal-basierten Ansätze keine Aussage über das dynamische Verhalten des Verschlusselements zu, das heißt es ist nicht möglich, Bewegungsverläufe des Nadelhubs zu charakterisieren, womit eine Generierung von absoluten Positionswerten nicht in ausreichendem Maße möglich ist.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten und zweiten Aspekt ist der Injektor als Kraftstoffinj ektor für eine
Brennkraftmaschine ausgebildet und die Soll-Referenzkoordinaten werden ermittelt abhängig von einem aktuellen Kraftstoffdruck in dem Injektor. Ein Berücksichtigen des aktuellen Kraftstoffdrucks in dem Injektor beim Ermitteln der Soll-Referenzkoordinaten für einen Hub des Verschlusselements ermöglicht eine präzise Ab¬ leitung von Stellgrößen zu einer verbesserten Ansteuerung des Injektors, so dass eine verbesserte Gemischaufbereitung in den Zylindern erreicht werden kann.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten und zweiten Aspekt werden die Soll-Referenzkoordinaten ermittelt abhängig von einem Verbrennungsgegendruck. Vorzugweise wird zum Ermitteln der Soll-Referenzkoordinaten der Kraftstoffdruck im Injektor korrigiert mit dem Verbrennungsgegendruck. Der so korrigierte Kraftstoffdruck wird auch als inhärenter
Injektordruck bezeichnet. Der Verbrennungsgegendruck ist der Druck, der im Brennraum des Zylinders herrscht Der Verbren- nungsdruck wird auch als Brennraumdruck bezeichnet. Der Verbrennungsdruck kann abhängig von einem vorgegeben Brennraum- druckmodell ermittelt werden. Vorteilhafterweise kann dies einen Beitrag dazu leisten, eine Ansteuerung des Injektors zu ver- bessern, so dass eine verbesserte Gemischaufbereitung in den Zylindern erreicht werden kann.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten und zweiten Aspekt wird der Kraftstoffdruck in dem Injektor ermittelt abhängig von einem vorgegebenen Modell für eine Druckausbreitung im Injektor. Da der Kraftstoffdruck im Injektor nicht oder nicht ausreichend genau messtechnisch erfasst werden kann, wird dieser mittels des vorgegebenen Modells geschätzt. Dies ermöglicht eine ausreichend genaue Bereitstellung dieser Betriebsgröße. Der Injektor umfasst vorzugsweise einen Dü¬ senraum, der über eine Kraftstoffleitung mit einem Hochdruckspeicher verbunden ist. Alternativ ist es möglich, dass die Kraftstoffleitung mit einer Einspritzpumpe verbunden ist. Der Kraftstoffdruck in dem Injektor kann abhängig von einem
Kraftstoffdruck in der Kraftstoffleitung und/oder einer
Kraftstofftemperatur in der Kraftstoffleitung und/oder einem Zylinderdruck ermittelt werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten und zweiten Aspekt werden die Soll-Referenzkoordinaten für den Hub des Verschlusselements ermittelt abhängig von einer
Stoffeigenschaft des Kraftstoffes in dem Injektor und/oder einer Kraftstofftemperatur in dem Injektor. Die Stoffeigenschaft des Kraftstoffes umfasst vorzugsweise eine Dichte und/oder Vis- kosität des Kraftstoffes. Vorzugsweise wird die Stoffeigenschaft des Kraftstoffes im Injektor ermittelt abhängig von einem Kraftstoffdruck in dem Injektor und einer Kraftstofftemperatur in dem Injektor. Ein Berücksichtigen der Stoffeigenschaft des Kraftstoffes und/oder der Kraftstofftemperatur im Injektor beim ,
b
Ermitteln der Soll-Referenzkoordinaten für den Hub des Verschlusselements ermöglicht die Ableitung von Stellgrößen zur Ansteuerung des Injektors weiter zu verbessern. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten und zweiten Aspekt umfasst der Injektor eine Einspritzdüse mit einem Düsenkörper, in dem das Verschlusselement zumindest teilweise verschieblich gelagert ist, und die Soll-Referenz¬ koordinaten für den Hub des Verschlusselements werden ermittelt abhängig von einem vorgegebenen durchströmbaren Öffnungsquerschnitt der Einspritzdüse, der sich beim Öffnen der Einspritzdüse zwischen dem sich öffnenden Verschlusselement und dem Düsenkörper ausbildet. Der durchströmbare Öffnungsquerschnitt ist vorzugsweise voll variable vorgebbar.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten und zweiten Aspekt wird die zumindest eine Ansteuergröße er¬ mittelt abhängig von bereitgestellten Korrekturwerten, die abhängig von einem Vergleich der ermittelten Soll-Referenz- koordinaten mit aktuell ermittelten und/oder erfassten
Ist-Koordinaten für den Hub des Verschlusselements ermittelt werden. Dies ermöglicht vorteilhafterweise eine Zustandsre- gelung über einen Rückführungskreis. Gemäß einem dritten Aspekt zeichnet sich die Erfindung aus durch ein Computerprogramm zum Betreiben eines Injektors, wobei das Computerprogramm ausgebildet ist, das Verfahren zum Betreiben eines Injektors und/oder eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens zum Betreiben eines Injektors auf einer Datenve- rarbeitungsvorrichtung durchzuführen.
Gemäß einem vierten Aspekt zeichnet sich die Erfindung aus durch ein Computerprogrammprodukt, das ausführbaren Programmcode umfasst, wobei der Programmcode bei Ausführung durch eine Datenverarbeitungsvorrichtung des Verfahren zum Betreiben eines Injektors und/oder eine vorteilhafte Ausgestaltung des Ver¬ fahrens zum Betreiben eines Injektors ausführt. Das Computerprogramm umfasst insbesondere ein von der Datenverarbeitungsvorrichtung lesbares Medium, auf dem der Programmcode gespeichert ist.
Gemäß einem fünften Aspekt zeichnet sich die Erfindung aus durch ein System zum Betreiben einer Brennkraftmaschine das ein Vorsteuermodul, ein Charakterisierungsmodul und ein Zu- standskontrollmodul umfasst. Das Vorsteuermodul ist ausgebildet ein Verfahren zum Betreiben eines Injektors und/oder eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens zum Betreiben eines Injektors auszuführen. Das Charakterisierungsmodul umfasst zumindest ein vorgegebenes Modell und ist ausgebildet abhängig von vorgegebenen Eingangsgrößen vorgegebene Zustandsgrößen des Injektors zu ermitteln und für das Vorsteuermodul bereitzu¬ stellen. Das Zustandskontrollmodul ist ausgebildet Korrek- turwerte zu ermitteln abhängig von einem Vergleich der von dem Vorsteuermodul ermittelten Soll-Referenzkoordinaten mit von dem Charakterisierungsmodul aktuell ermittelten und/oder erfassten Ist-Koordinaten für den Hub des Verschlusselements und die Korrekturwerte für das Vorsteuermodul bereitzustellen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem fünften Aspekt ist das Charakterisierungsmodul ausgebildet einen aktuellen
Kraftstoffeinspritzdruck zu ermitteln abhängig von dem
Kraftstoffdruck in dem Injektor und einem Verbrennungsgegendruck und/oder einen Kraftstoffmassenstrom im Injektor und/oder eine Kraftstoffmasse im Injektor und/oder ein Kompressionsmodul zu ermitteln abhängig von einem aktuellen Raildruck und/oder einer Kraftstofftemperatur in einer KraftstoffZuleitung und/oder einem Zylinderdruck. Alternativ oder zusätzlich ist das Cha- rakterisierungsmodul ausgebildet, den aktuellen Hub des Ver¬ schlusselements und/oder eine Auslenkung des Aktuators und/oder eine Schließ- und Öffnungsgeschwindigkeit und/oder eine Aus¬ lenkungsgeschwindigkeit des Aktuators zu ermitteln abhängig von einer aktuellen Strom- und Spannungsbeaufschlagung des Aktuators .
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 ein beispielhaftes Blockdiagramm für ein Programmsystem zum Betreiben einer Brennkraftmaschine,
Figur 2 eine Schnittansicht eines beispielhaften Kraft¬ stoffinjektors,
Figur 3 ein beispielhaftes Blockdiagramm für ein Vor- steuer-Programmmodul eines Vor¬ steuer-Funktionsblocks , ein beispielhaftes Ablaufdiagramm des Steu¬ er-Programmmoduls , einen beispielhaften, näherungsweisen Verlauf eines Öffnungsquerschnitts des Injektors abhängig von einem Hub eines Verschlusselements, Figur 6 einen beispielhaften Verlauf eines Volumenstroms und eines Massenstroms abhängig von dem Hub des Ver¬ schlusselements, Figur 7 einen beispielhaften Verlauf des Massenstroms ab¬ hängig von einem Raildruck,
Figur 8 einen beispielhaften Verlauf des Massenstroms ab- hängig von einer hydraulischen Einspritzzeit,
Figur 9 beispielhafte Referenztraj ektorien für den Hub des
Verschlusselements und Figur 10 einen beispielhaften Verlauf des approximierten
Soll-Massenstroms und des Soll-Hubverlaufs des Verschlusselements im Vergleich zu realen Messwerten.
Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figuren- übergreifend mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Figur 1 zeigt ein beispielhaftes Blockdiagramm für ein Programmsystem 1 zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, bei dem eine variable, insbesondere vollvariable, Vorgabe eines
Fluid-Massenstroms und/oder Fluid-Volumenstroms für einen Injektor der Brennkraftmaschine möglich ist.
Das Programmsystem 1 umfasst einen Charakterisie- rungs-Funktionsblock 5, einen Vorsteuer-Funktionsblock 7 und einen Zustandskontroll-Funktionsblock 9.
Der Injektor ist vorzugsweise als Kraftstoffinj ektor 10 für einen Verbrennungsmotor ausgebildet. Alternativ kann der Injektor ausgebildet sein, ein anderes Fluid, wie zum Beispiel Wasser, Öl, ein Gas oder ein anderes Prozessfluid einzuspritzen.
Figur 2 zeigt beispielhaft einen Kraftstoffinj ektor 10. Der Kraftstoffinj ektor 10 umfasst ein Antriebsmodul 12 und ein Einspritzmodul 14. Das Antriebsmodul 12 und das Einspritzmodul 14 sind beispielsweise mittels einer Spannmutter 30 fluiddicht gekoppelt. Das Antriebsmodul 12 weist ein Injektorgehäuse 20 auf, in dem ein Aktuator 22 vorgesehen ist, der bevorzugt als
Piezo-Aktuator ausgebildet ist. Auch ein elektromagnetischer Aktuator (nicht dargestellt) ist alternativ anwendbar.
Der Kraftstoffinj ektor 10 umfasst ein Verschlusselement 42, das von dem Aktuator 22 betätigt wird. Das Verschlusselement 42 wird vorzugsweise direkt von dem Aktuator 22 betätigt.
Das Verschlusselement 42 kann stofflich einstückig bezie¬ hungsweise integral ausgebildet sein. Das Verschlusselement 42 ist in einer Ausnehmung 44 eines Einspritzkörpers 40
verschieblich und abschnittsweise gelagert.
Vorliegend ist das Verschlusselement 42 eine nach außen öffnende Düsennadel; eine nach innen öffnende Düsennadel ist alternativ anwendbar (nicht dargestellt) . Ferner kann das Verschlusselement 42 eine Register- oder Vario-Einspritznadel sein (nicht dar¬ gestellt) .
Der in Figur 1 gezeigte Charakterisierungs-Funktionsblock 5 des Programmsystems 1 umfasst beispielsweise Modelle zur Schätzung von Zustandsgrößen des Injektors, die nicht oder nur sehr ungenau messbar sind, zum Beispiel eine Kraftstofftemperatur in dem Injektor und/oder ein Kraftstoffdruck in dem Injektor und/oder einen aktuellen Verlauf des Hubs H des Verschlusselements.
Der Vorsteuer-Funktionsblock 7 ist ausgebildet, ein Verfahren zum Betreiben eines Injektors auszuführen, bei dem
Soll-Referenzkoordinaten für den Hub H des Verschlusselements ermittelt werden und zumindest eine elektrische Ansteuergröße zur Steuerung des Aktuators 22 des Injektors bereitgestellt wird.
Vorzugsweise umfasst die elektrische Ansteuergröße einen Strom, mit dem der Aktuator 22 beaufschlagt wird. Der Vorsteuer- Funktionsblock 7 umfasst beispielsweise eine adaptive Vor¬ steuerstruktur .
Der Zustandskontroll-Funktionsblock 9 ist beispielsweise ausgebildet, die von dem Vorsteuer-Funktionsblock 7 ermittelten Soll-Referenzkoordinaten für den Hub H des Verschlusselements mit zugehörigen internen Zustandskoordinaten zu vergleichen und Korrekturwerte für die zumindest eine Ansteuergröße zur
Steuerung des Aktuators 22 bereitzustellen. Die zugehörigen internen Zustandskoordinaten, insbesondere ein aktueller Hub des Verschlusselements und/oder eine Auslenkung des Aktuators 22 und/oder eine Schließ- und Öffnungsgeschwindigkeit und eine Auslenkungsgeschwindigkeit des Aktuators 22 werden bei¬ spielsweise von dem Charakterisierungs-Funktionsblock 5 be- reitgestellt.
Der Vorsteuer-Funktionsblock 7 umfasst vorzugsweise ein
Steuer-Programmmodul 100, das ausgebildet ist, bei seiner Ausführung auf einer Datenverarbeitungseinheit, beispielsweise auf einer Rechnereinheit einer Motorsteuerung, das Verfahren zum Betreiben eines Injektors auszuführen.
Das Steuer-Programmmodul 100 von Figur 1 ist ausgebildet, abhängig von einem vorgegebenen Soll-Einspritzmassenstrom für den Injektor und/oder abhängig von einem Soll-Einspritzvolumenstrom für den Injektor und/oder abhängig von einer vorgegebenen Soll-Geschwindigkeitsänderung des Verschlusselements beim Öffnen und/oder Schließen des Injektors die Soll-Referenzkoordinaten für den Hub H des Verschlusselements zu ermitteln und abhängig von den ermittelten Soll-Referenzkoordinaten die zumindest eine elektrische Ansteuergröße zur Steuerung des Aktuators 22 zu ermitteln und breitzustellen . Vorzugsweise werden für das Steuer-Programmmodul 100 des Vorsteuer-Funktionsblocks 7 eine oder mehrere weitere Ein¬ gangsgrößen bereitgestellt.
Die weiteren Eingangsgrößen für das erste Programmodul des Vorsteuer-Funktionsblocks 7 und beispielsweise für den Zu- standskontroll-Funktionsblock 9 werden beispielsweise über eine Applikationsschnittstelle vorgegeben. Die Eingangsgrößen werden beispielsweise von der Motorsteuerung bereitgestellt. Die weiteren Eingangsgrößen umfassen beispielsweise eine oder mehrere Soll-Vorgaben, zum Beispiel eine Soll-Einspritzmasse und/oder einen Soll-Einspritzwinkel und/oder einen
Soll-einspritzdruck . Alternativ oder zusätzlich können die weiteren Eingangsgrößen beispielsweise eine oder mehrere messtechnisch erfasste Zu- standsgrößen, zum Beispiel eine Drehzahl der Brennkraftmaschine und/oder einen Raildruck und/oder einen Brennraumdruck und/oder eine Kraftstofftemperatur in einer Rücklaufleitung umfassen.
Die weiteren Eingangsgrößen umfassen beispielsweise eine oder mehrere geschätzte Zustandsgrößen, die mittels vorgegebener Modelle geschätzt werden, da diese nicht oder nur mit sehr hohem technischen Aufwand gemessen werden können. Solche geschätzten Eingangsgrößen sind zum Beispiel ein aktueller Hubverlauf des Verschlusselements, eine Kraftstofftemperatur im Injektor und/oder ein inhärenter Injektordruck. Ein Ermitteln der Soll-Referenzkoordinaten für den Hub H des Verschlusselements abhängig von den messtechnisch erfassten und/oder geschätzten Eingangsgrößen ermöglicht, dass aktuelle, betriebspunktabhängige Zustände der Brennkraftmaschine und/oder des Injektors bei der Ermittlung der Soll-Referenzkoordinaten berücksichtigt werden können.
Die geschätzten Eingangsgrößen werden beispielsweise von dem Charakterisierungs-Funktionsblock 5 bereitgestellt. Hierzu umfasst der Charakterisierungs-Funktionsblock 5 beispielsweise ein Druckcharakterisierungs-Programmmodul 101 sowie ein op¬ tionales Hubcharakterisierungs-Programmmodul 102 und optionales Temperaturcharakterisierungs-Programmmodul 103. Das Druckcharakterisierungs-Programmmodul 101 ist beispiels¬ weise ausgebildet, einen aktuellen Kraftstoffeinspritzdruck zu ermitteln abhängig von dem Kraftstoffdruck in dem Injektor und einem Verbrennungsgegendruck und/oder einen Kraftstoffmas- senstrom im Injektor und/oder eine Kraftstoffmasse im Injektor und/oder ein Kompressionsmodul zu ermitteln abhängig von einem aktuellen Raildruck und/oder einer Kraftstofftemperatur in einer KraftstoffZuleitung und/oder einem Zylinderdruck. Vorzugsweise wird zur Ermittlung des aktuellen Kraftstoffeinspritzdrucks der Kraftstoffdruck in dem Injektor korrigiert mit dem Verbren- nungsgegendruck .
Ein mögliches Verfahren zur Ermittlung des inhärenten
Injektordrucks ist in DE 10 2011 007 393 B3 offenbart. Das Hubcharakterisierungs-Programmmodul 102 ist beispielsweise ausgebildet, einen aktuellen Hub des Verschlusselements und/oder eine Auslenkung des Aktuators 22 und/oder eine Schließ- und Öffnungsgeschwindigkeit und/oder eine Auslenkungsgeschwin- digkeit des Aktuators 22 zu ermitteln abhängig von einer aktuellen Strom- und Spannungsbeaufschlagung des Aktuators 22.
Das Temperaturcharakterisierungs-Programmmodul 103 ist bei- spielsweise ausgebildet eine Kraftstofftemperatur im Injektor zu ermitteln .
Die Kraftstofftemperatur in dem Injektor wird vorzugsweise auf Basis eines vorgegebenen thermischen Widerstandsmodells er- mittelt. Die Kraftstofftemperatur in dem Injektor wird beispielsweise abhängig von dem Kraftstoffdruck in dem Injektor und/oder der Kraftstofftemperatur in dem Injektor und/oder einer Kühlmitteltemperatur in der Brennkraftmaschine und/oder einer Öltemperatur in der Brennkraftmaschine und/oder einer An- Steuerfrequenz des Injektors ermittelt.
Figur 3 zeigt beispielhaft ein Blockdiagramm für das Steu¬ er-Programmmodul 100 des Vorsteuer-Funktionsblocks 7. Das Steuer-Programmmodul 100 weist beispielsweise zwei Funk¬ tionseinheiten 110, 120 auf.
Eine erste Funktionseinheit 110 ist beispielsweise ausgebildet, abhängig von zumindest von einem vorgegebenen
Soll-Einspritzmassenstrom für den Injektor und/oder einem
Soll-Einspritzvolumenstrom für den Injektor und/oder abhängig von einer Soll-Geschwindigkeitsänderung des Verschlusselements beim Öffnen und/oder Schließen des Injektors
Soll-Referenzkoordinaten für den Hub H des Verschlusselements zu ermitteln.
Insbesondere ist die erste Funktionseinheit 110 ausgebildet, einen Referenz-Bewegungsablauf, auch Referenz-Traj ektorie genannt, für das Verschlusselement zu ermitteln und bereit¬ zustellen .
Die zweite Funktionseinheit 120 ist ausgebildet, abhängig von den ermittelten Soll-Referenzkoordinaten eine oder mehrere elektrische Ansteuergrößen zur Steuerung des Aktuators 22 zu ermitteln .
Beispielsweise werden abhängig von den ermittelten Refe- renz-Traj ektorien Ansteuergrößen in Form von Strom- und/oder Ladungspolygondaten für den Aktuator 22 ermittelt.
Bei Injektoren, die einen elektrisch angetriebenen Aktuator aufweisen, erfolgt eine Transformation der elektrischen An- Steuergrößen in mechanische Stellgrößen üblicherweise mittels eines vorgegebenen elektromechanischen Streckenmodells für den Inj ektor .
In der zweiten Funktionseinheit 120 wird mittels einer inversen Betrachtung des elektromechanischen Streckenmodells (invertiertes Modell) ein mechanischer Hub in eine elektrische Energie und eine hydraulische Öffnungs- und Schließzeit in eine elektrische Bestromungszeit transformiert. Figur 4 zeigt ein beispielhaftes Ablaufdiagramm des Steu¬ er-Programmmoduls 100.
Das Steuer-Programmmodul 100 wird in einem Schritt Sl gestartet. In einem Schritt S2 werden beispielsweise von der Motorsteuerung bereitgestellte Eingangsgrößen eingelesen. Die bereitgestellten Eingangsgrößen umfassen beispielsweise eine oder mehrere Soll-Vorgaben, zum Beispiel eine Soll-Einspritzmasse und/oder einen Soll-Einspritzwinkel und/oder einen Soll-einspritzdruck . Die bereitgestellten Eingangsgrößen umfassen beispielsweise eine oder mehrere messtechnisch erfasste Zustandsgrößen, zum Beispiel eine Drehzahl der Brennkraftmaschine und/oder einen Raildruck. Die bereitgestellten Eingangsgrößen umfassen bei- spielsweise eine oder mehrere geschätzte Zustandsgrößen, zum Beispiel eine Kraftstofftemperatur im Injektor und/oder einen Kraftstoffdruck im Injektor.
Die Einspritzmenge ist mit einer Einspritzdauer korreliert, die wiederum abhängig ist von einem Einspritzdruck, eines Hubs H des Verschlusselements und einer Geometrie des Kraftstoffinj ektors
10.
In einem Schritt S3 wird daher ein Öffnungsquerschnitt des Injektors abhängig vom Hub H des Verschlusselements ermittelt. Bei einem Injektor mit einer nach außen öffnenden Düse kann der Öffnungsquerschnitt beispielsweise mittels einer Mantelfläche eines Kegelstumpfes näherungsweise berechnet werden. Die Mantelfläche kann beispielsweise gemäß Gl. 1 ermittelt werden :
Figure imgf000018_0001
Hierbei ist M die Mantelfläche, DNS der Durchmesser der
Grundfläche des Kegelstumpfes, r der Radius der Deckfläche und m eine Länge einer Mantellinie.
Figur 5 zeigt beispielhaft einen idealisierten Verlauf des Öffnungsquerschnitts A abhängig von dem Hub H des Ver¬ schlusselements . In dem in Figur 4 gezeigten Ablaufdiagramm für das Steuer-Programmmodul 100 wird in einem Schritt S5 abhängig von dem ermittelten Öffnungsquerschnitt ein Volumenstrom Q ermittelt. Q = A v Gl. 2
Der Massenstrom rh wird beispielsweise gemäß Gl. 3 ermittelt. m = Q-p Gl. 3
Q ist der Volumenstrom, A die Querschnittsfläche und v die mittlere Strömungsgeschwindigkeit, rh der Massenstrom und p die Dichte. Die Dichte kann ermittelt werden abhängig von dem Raildruck Pran und der Temperatur T des Kraftstoffes.
Figur 6 zeigt beispielhaft den Verlauf des Volumenstroms Q und des Massenstroms rh abhängig von dem Hub H des Verschluss¬ elements bei einem konstanten Druck von 20 MPa. In dem in Figur 4 gezeigten Ablaufdiagramm für das Steuer-Programmmodul 100 wird in einem Schritt S7 auf Basis der Kontinuitätsgleichung für inkompressible Flüssigkeiten und der Gesetzmäßigkeit Bernulli' s für konstante Dichten der Massenstrom rh abhängig von dem Raildruck ermittelt.
Der Verlauf der Masse m abhängig von dem Raildruck ist beispielhaft in Figur 7 für verschiedene Nadelhübe gezeigt.
In einem Schritt S9 wird die Einspritzmasse m abhängig von einer hydraulischen Einspritzzeit thyl ermittelt unter Zuhilfenahme von Gl. 4 und unter Berücksichtigung von nominellen Werten für den Massenstrom rh und die Geschwindigkeitsänderung des Verschlusselements beim Öffnen und/oder Schließen des Injektors m = = A - v■ p Gl. 4
dt
Der Verlauf der Masse m abhängig von der hydraulischen Ein- spritzzeit thyl ist beispielhaft in Figur 8 für verschiedene Drücke in dem Injektor gezeigt.
In einem Schritt Sil wird jeweils eine Referenz-Traj ektorie für den Hub H des Verschlusselements ermittelt. Unter Berück- sichtigung der jeweiligen Soll-Massenströme und der
Soll-Gradienten ist es möglich, die Soll-Referenzkoordinaten für den Hub H des Verschlusselements (Zeit und Amplitude) zu be¬ stimmen. Soll-Einspritzverläufe werden beispielsweise über Parabeln (ballistische Einspritzformen) und/oder Trapeze (Teilhübe) und/oder sigmoidaler und/oder s-förmige Verläufe approximiert. Durch eine Verkettung der Approximationsformen können quasi beliebige Verlaufsformen vorgegeben werden, zum Beispiel Bootsverlaufsformen. In Figur 9 sind beispielhaft 3 Referenztraj ektorien Rl, R2, R3 gezeigt. Die gestrichelte Linie repräsentiert den Hub H des Verschlusselements und die durchgezogene Linie repräsentiert die Einspritzzeit des Verschlusselements. Die eingespritzte
Kraftstoffmasse ist in allen drei Fällen gleich. Die Verläufe unterscheiden sich jeweils in den Amplituden.
Figur 10 zeigt beispielhaft einen Verlauf des approximierten Soll-Einspritzmassenstroms und des Soll-Hubverlaufs des Ver¬ schlusselements im Vergleich zu realen Messwerten.
In einem Schritt S13 werden die ermittelten
Soll-Referenzkoordinaten in elektrische Koordinaten transfe- riert abhängig von internen Zustandsgrößen. Dieser Schritt kann beispielsweise in einem Unterprogramm durchgeführt werden.
Die Schritte S2 bis S13 werden beispielsweise während einer Betriebszeit des Injektors fortlaufend wiederholt ausgeführt.
Nach einer Beendigung der Betriebszeit des Injektors wird das Programm in einem Schritt S15 beendet.
Bezugs zeichenliste
1 Programmsystem
5 Charakterisierungs-Funktionsblock
7 Vorsteuer-Funktionsblock
9 ZuStandskontroll-Funktionsblock
10 Kraftstoffinj ektor
12 Antriebsmodul
14 Einspritzmodul
20 Injektorgehäuse
22 Aktuator
30 Spannmutter
40 Einspritzkörper
42 Verschlusselement
44 Ausnehmung
100 Steuer-Programmmodul
101 Druckcharakterisierungs-Programmmodul
102 Hubcharakterisierungs-Programmmodul
103 Temperaturcharakterisierungs-Programmmodul 110 erste Funktionseinheit
120 zweite Funktionseinheit
A Öffnungsquerschnitt
H Hub
m Einspritzmasse
m Einspritzmassenstrom
Q Volumenstrom
Rl, Referenztraj ektorie
R2, R3
S1...S15 Programmschritte
thyl Hydraulische Einspritzzeit

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Betreiben eines Injektors, der ein
verschiebliches Verschlusselement (42) zum Freigeben und Schließen zumindest einer Einspritzöffnung des Injektors und einen Aktuator (22) aufweist, der ausgebildet ist, das Verschlusselement (42) abhängig von einer vorgegebenen elektrischen Ansteuerung zu betätigen, bei dem
- abhängig von einem vorgegebenen
Soll-Einspritzmassenstrom für den Injektor und/oder abhängig von einem vorgegebenen Soll-Einspritzvolumenstrom für den Injektor und/oder abhängig von einer vorgegebenen Soll-Geschwindigkeitsänderung des Verschlusselements beim Öffnen und/oder Schließen des Injektors
Soll-Referenzkoordinaten für einen Hub (H) des Verschlusselements (42) ermittelt werden und
- abhängig von den ermittelten Soll-Referenzkoordinaten eine oder mehrere elektrische Ansteuergrößen zur Steuerung des Aktuators (22) ermittelt und bereitgestellt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
bei dem der Injektor als Kraftstoffinj ektor (10) für eine Brennkraftmaschine ausgebildet ist und die
Soll-Referenzkoordinaten ermittelt werden abhängig von einem aktuellen Kraftstoffdruck in dem Injektor.
3. Verfahren nach Anspruch 2,
bei dem die Soll-Referenzkoordinaten ermittelt werden abhängig von einem Verbrennungsgegendruck.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3,
bei dem der Kraftstoffdruck in dem Injektor ermittelt wird abhängig von einem vorgegebenen Modell für eine Druckausbreitung im Injektor. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
bei dem die Soll-Referenzkoordinaten für den Hub (H) des Verschlusselements (42) ermittelt werden abhängig von einer Stoffeigenschaft des Kraftstoffes in dem Injektor und/oder einer Kraftstofftemperatur in dem Injektor.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
bei dem der Injektor eine Einspritzdüse mit einem Dü¬ senkörper umfasst, in dem das Verschlusselement (42) zumindest teilweise verschieblich gelagert ist, und die Soll-Referenzkoordinaten für den Hub (H) des Verschlusselements (42) ermittelt werden abhängig von einem vorgegebenen durchströmbaren Öffnungsquerschnitt der Einspritzdüse, der sich beim Öffnen der Einspritzdüse zwischen dem sich öffnenden Verschlusselement (42) und dem Düsenkörper ausbildet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
bei dem die zumindest eine Ansteuergröße ermittelt wird abhängig von bereitgestellten Korrekturwerten, die abhängig von einem Vergleich der ermittelten
Soll-Referenzkoordinaten mit aktuell ermittelten und/oder erfassten Ist-Koordinaten für den Hub (H) des Verschlusselements (42) ermittelt werden.
Vorrichtung zum Betreiben Injektors,
der ein in dem Injektor verschiebliches Verschlusselement (42) zum Einspritzen eines Fluids aufweist und der einen Aktuator (22) aufweist, der ausgebildet ist, das Ver¬ schlusselement (42) abhängig von einer vorgegebenen elektrischen Ansteuerung zu betätigen, wobei die Vorrichtung dazu ausgebildet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 auszuführen.
9. Computerprogramm zum Betreiben eines Injektors,
wobei das Computerprogramm ausgebildet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 bei seiner Ausführung auf einer Datenverarbeitungsvorrichtung durchzuführen.
10. Computerprogrammprodukt umfassend ausführbaren Pro¬ grammcode, wobei der Programmcode bei Ausführung durch eine Datenverarbeitungsvorrichtung das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 ausführt.
11. System zum Betreiben einer Brennkraftmaschine das ein Vorsteuermodul, ein Charakterisierungsmodul und
ein Zustandskontrollmodul umfasst, wobei
- das Vorsteuermodul ausgebildet ist ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 auszuführen,
- das Charakterisierungsmodul zumindest ein vorgegebenes Modell umfasst und ausgebildet ist abhängig von vorge¬ gebenen Eingangsgrößen vorgegebene Zustandsgrößen des Injektors zu ermitteln und für das Vorsteuermodul be¬ reitzustellen und
- das Zustandskontrollmodul ausgebildet ist, Korrektur¬ werte zu ermitteln abhängig von einem Vergleich der von dem Vorsteuermodul ermittelten Soll-Referenzkoordinaten mit von dem Charakterisierungsmodul aktuell ermittelten und/oder erfassten Ist-Koordinaten für den Hub (H) des Verschlusselements und die Korrekturwerte für das Vor¬ steuermodul bereitzustellen.
12. System nach Anspruch 11, wobei das Charakterisierungsmodul ausgebildet ist
- einen aktuellen Kraftstoffeinspritzdruck zu ermitteln abhängig von dem Kraftstoffdruck in dem Injektor und einem Verbrennungsgegendruck und/oder einen Kraftstoffmassen- strom im Injektor und/oder eine Kraftstoffmasse im Injektor und/oder ein Kompressionsmodul zu ermitteln abhängig von einem aktuellen Raildruck und/oder einer Kraftstofftem- peratur in einer KraftstoffZuleitung und/oder einem Zylinderdruck und/oder
- den aktuellen Hub des Verschlusselements und/oder eine
Auslenkung des Aktuators (22) und/oder eine Schließ- und Öffnungsgeschwindigkeit und/oder eine Auslenkungsge¬ schwindigkeit des Aktuators (22) zu ermitteln abhängig von einer aktuellen Strom- und Spannungsbeaufschlagung des Aktuators (22) .
PCT/EP2016/055819 2015-04-09 2016-03-17 Verfahren und vorrichtung zum betreiben eines injektors WO2016162180A1 (de)

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Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4840060A (en) * 1987-03-12 1989-06-20 Daimler-Benz Aktiengesellschaft Arrangement for the determination of the injection progress in an internal combustion engine
US6491027B1 (en) * 1999-09-23 2002-12-10 Siemens Aktiengesellschaft Method of driving a capacitive actuator of a fuel injection valve of an internal combustion engine
WO2003023212A1 (de) * 2001-09-05 2003-03-20 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zum ansteuern eines piezobetriebenen kraftstoff-einspritzventils
DE102005024876A1 (de) * 2005-05-31 2006-12-14 Siemens Ag Verfahren und Vorrichtung zum Steuern eines Einspritzventils
DE102005054739A1 (de) * 2005-11-17 2007-05-24 Robert Bosch Gmbh Injektor zur Einspritzung von Kraftstoff in Brennräume von Brennkraftmaschinen, insbesondere piezoaktorgesteuerter Common-Rail-Injektor
EP1844228A1 (de) * 2005-01-31 2007-10-17 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren und vorrichtung zum steuern einer brennkraftmaschine
US20080006243A1 (en) * 2006-07-04 2008-01-10 Denso Corporation Fuel injection system designed to enhance uniformity of size of atomized particles of fuel
WO2011072293A2 (en) * 2009-12-11 2011-06-16 Purdue Research Foundation Flow rate estimation for piezo-electric fuel injection
DE102011007393B3 (de) 2011-04-14 2012-09-13 Continental Automotive Gmbh Verfahren zur Detektion eines Düsenraumdrucks in einem Injektor und Einspritzsystem
DE102012204278A1 (de) * 2012-03-19 2013-09-19 Continental Automotive Gmbh Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffeinspritzsystems und Kraftstoffeinspritzsystem mit Einspritzventil mit Regelung der Bewegung des Verschlusselementes
US20140346244A1 (en) * 2011-05-12 2014-11-27 Peter Matthias Ruße Control Method For An Injection Valve And Injection System

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10317684B4 (de) 2003-04-17 2015-02-12 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Steuergerät zum Betreiben einer Brennkraftmaschine
DE102005054239A1 (de) 2005-11-14 2007-05-16 Infineon Technologies Ag Adaptive DC-Offset-Kompensation in einem Funkempfänger
DE102012109655B4 (de) 2012-10-10 2019-12-12 Denso Corporation Verfahren zur Bestimmung einer Kraftstoff-Injektionsrate

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4840060A (en) * 1987-03-12 1989-06-20 Daimler-Benz Aktiengesellschaft Arrangement for the determination of the injection progress in an internal combustion engine
US6491027B1 (en) * 1999-09-23 2002-12-10 Siemens Aktiengesellschaft Method of driving a capacitive actuator of a fuel injection valve of an internal combustion engine
WO2003023212A1 (de) * 2001-09-05 2003-03-20 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zum ansteuern eines piezobetriebenen kraftstoff-einspritzventils
EP1844228A1 (de) * 2005-01-31 2007-10-17 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren und vorrichtung zum steuern einer brennkraftmaschine
DE102005024876A1 (de) * 2005-05-31 2006-12-14 Siemens Ag Verfahren und Vorrichtung zum Steuern eines Einspritzventils
DE102005054739A1 (de) * 2005-11-17 2007-05-24 Robert Bosch Gmbh Injektor zur Einspritzung von Kraftstoff in Brennräume von Brennkraftmaschinen, insbesondere piezoaktorgesteuerter Common-Rail-Injektor
US20080006243A1 (en) * 2006-07-04 2008-01-10 Denso Corporation Fuel injection system designed to enhance uniformity of size of atomized particles of fuel
WO2011072293A2 (en) * 2009-12-11 2011-06-16 Purdue Research Foundation Flow rate estimation for piezo-electric fuel injection
DE102011007393B3 (de) 2011-04-14 2012-09-13 Continental Automotive Gmbh Verfahren zur Detektion eines Düsenraumdrucks in einem Injektor und Einspritzsystem
US20140346244A1 (en) * 2011-05-12 2014-11-27 Peter Matthias Ruße Control Method For An Injection Valve And Injection System
DE102012204278A1 (de) * 2012-03-19 2013-09-19 Continental Automotive Gmbh Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffeinspritzsystems und Kraftstoffeinspritzsystem mit Einspritzventil mit Regelung der Bewegung des Verschlusselementes

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