WO2016192879A1 - Verfahren und vorrichtung zum kalibrieren eines common-rail-injektors - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a method for calibrating a common rail inj ector and to an on ⁇ device for carrying out such a method.
  • a common rail system it is necessary to inject the discharged fuel amount with a high accuracy.
  • Typical values in relation to the tolerance range are in a range of +/- 0.3 mm 3 / stk.
  • standard servo-operated injectors such as those produced in series production today, are such
  • a typical method to significantly improve injection accuracy is to measure the individual characteristics of the injector during its manufacture and, depending thereon, derive a series of codes (or a so-called data matrix code). During manufacture of the associated vehicle, these codes are read into the engine control unit of the vehicle. With this information, the control of the injector is adjusted to reduce the deviation of the injected fuel amount.
  • Such a method is known for example from DE 10 2007 018 627 AI.
  • the injector is in a variety of operating points (combination of operating time and rail pressure) measured.
  • the difference between the expected injection quantity and the measured injection quantity is coded for each measurement point.
  • These codes are multiplied by correlation factors and used to tune the operating time (electrical operation time of the injector) to the despre ⁇ injection quantity.
  • the individual injection quantity of a fuel injector is detected at several test points within a test stand.
  • the deviation of the respective injection quantity from the nominal value is determined.
  • These data are conveniently placed on an injector during injector production.
  • the data is transmitted to the control unit via suitable systems, for example via a diagnostic interface .
  • the problem with this known method is that no information is obtained about the reasons why the injected fuel quantity deviates from the setpoint. This may be due to different reasons, such as deviations of the actuator of the injector, such as too weak or too strong actuator, geometric deviations, for example, too small or too large needle seat diameter, or hydraulic deviations, such as different throttle characteristics. These deviations lead to different effects with respect to the injection rate.
  • the missing information leads to inaccuracies in the hydraulic separation between two injections (the information is missing when opening and closing the needle), resulting in increased tolerances in multiple injections.
  • the known method is based on Korrelati ⁇ ons districten. These correlation factors must be optimized using a representative database of injectors (typically about 100 injectors) and add extra calibration effort.
  • the present invention has for its object to provide a method of the type described above, which can be carried out in a particularly simple manner.
  • This object is achieved in a method of the type indicated by the following steps: measuring the nozzle needle opening time of the injector;
  • the method according to the invention relates to a servo-operated injector.
  • the method can be used to replace the known injector coding method.
  • the physical background of the method according to the invention is the correlation between the electrical actuation time (or servo valve Opening period) and the injection rate.
  • the behavior of the servo valve can be described in two states: open or closed.
  • the behavior of the nozzle needle can also be reproduced in two states: opening or closing. During these two states, the needle speed is constant.
  • the nozzle needle begins its opening phase with a predetermined delay, which mainly depends on the inlet / outlet throttling and the needle seat diameter.
  • a predetermined delay which mainly depends on the inlet / outlet throttling and the needle seat diameter.
  • the Be ⁇ actuation of the servo valve can be compensated to reduce the tolerance of the individual reflectors Inj.
  • the first correction step is to shift the opening of the servo valve by shifting the electrical operation of the injector.
  • the betae ⁇ actuation period is adjusted to compensate for the different recording duration Nadelöff-.
  • nozzle needle opening time used here as well as the associated nominal value comparison should also include the corresponding activation time start (beginning of the electrical actuation) of the injector.
  • the measurement of the nozzle needle opening time and the injected fuel quantity is carried out prior to installation of the injector in a motor vehicle and the measured values are read when installing the injector in a motor vehicle in an engine control unit of the motor vehicle, so that the control unit during operation of the force ⁇ vehicle performs the appropriate shift and change the values.
  • the measurement on the injector is preferably carried out at a predetermined number of operating pressures, typically three pressures are sufficient.
  • the nozzle needle opening time is preferably determined by measuring the injection rate.
  • the opening ⁇ time of the nozzle needle is in the inventive method preferably in a first correction stage displaced by displacement of the electrical actuator of the injector and is adapted to the duration of the electrical actuator to compensate for the different nozzle needle opening timing in a second correction step.
  • the detection of the opening of the servo valve can be carried out, for example, as described in DE 10 2013 223 750 B3.
  • the invention further relates to a device for calibrating a common rail injector, which is characterized ⁇ characterized in that it comprises a control unit for performing a method of the type described above.
  • Figure 1 in two graphs depicting the simplified ⁇ a lung injector function in a comparison see a Nenninjektor and an injector with early opening timing, wherein in the upper
  • FIG. 2 shows a corresponding representation as in FIG. 1, here, however, with compensated start of injection
  • Figure 3 is a corresponding view as Figure 1 and
  • FIG. 2 with compensated start of injection and compensated actuation time.
  • Figure 1 shows the stroke of the nozzle needle of the corresponding individual injector, which differs from the stroke of a Nenninjektors by the nozzle needle opening time start and the nozzle needle opening time.
  • the individual injector has an earlier needle opening time than the nominal injector and a longer nozzle needle opening time.
  • the calibration performed according to the invention is intended to adapt to the needle stroke of the nominal injector.
  • the nozzle needle opening time and the amount of fuel injected with the injector are measured in a test stand.
  • the corresponding course of the needle stroke for this individual injector is shown in FIG.
  • FIG. 3 therefore shows the final stage of the calibration, wherein the The course of the needle stroke of the individual injector coincides with that of the nominal injector.

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Abstract

Es werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Kalibrieren eines Common-Rail-Injektors beschrieben. Bei dem Verfahren werden der Düsennadelöffnungszeitpunkt und die Düsennadelöffnungszeit des individuellen Injektors ermittelt, und die erhaltenen Werte werden mit entsprechenden Nennwerten verglichen. Durch Verschieben des Beginns der elektrischen Betätigung des Injektors und Ändern der ermittelten elektrischen Betätigungsdauer auf die entsprechenden Nennwerte wird der Injektor kalibriert. Das Verfahren ist besonders einfach durchführbar.

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zum Kalibrieren eines Com- mon-Rail-Injektors
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Kalibrieren eines Common-Rail-Inj ektors sowie auf eine Vor¬ richtung zur Durchführung eines derartigen Verfahrens. Bei einem Common-Rail-System ist es erforderlich, die abgegebene Kraftstoffmenge mit einer hohen Genauigkeit einzuspritzen. Typische Werte in Bezug auf den Toleranzbereich liegen dabei in einem Bereich von +/- 0,3 mm3/stk. Standardmäßige servo- betriebene Injektoren, wie sie heutzutage in der Serienpro- duktion hergestellt werden, stellen jedoch eine derartige
Genauigkeit nicht zur Verfügung. Vielmehr liegt hier der Toleranzbereich auf signifikante Weise über dem vorstehend an¬ gegebenen Wert. Bei der Einspritzgenauigkeit handelt es sich jedoch um ein Schlüsselmerkmal eines Einspritzsystems, da hiervon das Emissionsverhalten, das Fahrverhalten und auch die Verbrennungsgeräusche direkt abhängig sind.
Ein typisches Verfahren, um die Einspritzgenauigkeit auf signifikante Weise zu verbessern, besteht darin, die indivi- duellen Eigenschaften des Injektors während dessen Herstellung zu messen und in Abhängigkeit hiervon eine Reihe von Codes (oder einen sogenannten Datenmatrixcode) abzuleiten. Während der Herstellung des zugehörigen Fahrzeuges werden diese Codes in die Motorsteuereinheit des Fahrzeuges eingelesen. Mit diesen In- formationen wird die Steuerung des Injektors angepasst, um die Abweichung der eingespritzten Kraftstoffmenge zu reduzieren.
Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise aus der DE 10 2007 018 627 AI bekannt. Hierbei wird der Injektor bei einer Vielzahl von Betriebspunkten (Kombination aus Betätigungszeit und Raildruck) gemessen. Die Differenz zwischen der erwarteten Einspritzmenge und der gemessenen Einspritzmenge wird für jeden Messpunkt codiert. Diese Codes werden mit Korrelationsfaktoren multipliziert und dazu verwendet, um die Betätigungsdauer (elektrische Betätigungsdauer des Injektors) auf die einzu¬ spritzende Menge abzustimmen.
Dabei wird insbesondere die individuelle Einspritzmenge eines Kraftstoffinj ektors an mehreren Prüfpunkten innerhalb eines PrüfStandes erfasst. Die Abweichung der jeweiligen Einspritzmenge vom Sollwert wird ermittelt. Diese Daten werden bei der Injektorfertigung in geeigneter Form auf einem Injektor angebracht. Bei der Motormontage und/oder bei der Fahrzeug- montage werden die Daten über geeignete Systeme, beispielsweise über eine Diagnoseschnittstelle, in die Steuereinheit über¬ tragen .
Problematisch bei diesem bekannten Verfahren ist jedoch, dass keine Informationen über die Gründe erhalten werden, warum die eingespritzte Kraftstoffmenge von der Sollmenge abweicht. Hierfür können unterschiedliche Gründe maßgeblich sein, beispielsweise Abweichungen des Aktuators des Injektors, wie ein zu schwacher oder zu starker Aktuator, geometrische Abweichungen, beispielsweise ein zu kleiner oder zu großer Nadelsitzdurchmesser, oder hydraulische Abweichungen, wie beispielsweise verschiedene Drosselcharakteristika . Diese Abweichungen führen zu unterschiedlichen Auswirkungen in Bezug auf die Einspritzrate. Die fehlenden Informationen führen zu Ungenauig- keiten bei der hydraulischen Trennung zwischen zwei Ein- spritzvorgängen (die Informationen fehlen beim Öffnen und Schließen der Nadel) , was zu erhöhten Toleranzen bei Mehrfacheinspritzungen führt. Des Weiteren basiert das bekannte Verfahren auf Korrelati¬ onsfaktoren. Diese Korrelationsfaktoren müssen anhand einer repräsentativen Datenbasis von Injektoren (typischerweise etwa 100 Injektoren) optimiert werden und führen zu einem zusätzlichen Kalibrierungsaufwand.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art zur Verfügung zu stellen, das auf besonders einfache Weise durchgeführt werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren der angegebenen Art durch die folgenden Schritte gelöst: Messen des Düsennadelöffnungszeitpunktes des Injektors;
Messen der mit dem Injektor eingespritzten Kraftstoffmenge und hieraus Ermitteln der Düsennadelöffnungszeit und daraus der elektrischen Betätigungsdauer des Injektors;
Vergleichen der erhaltenen Werte mit entsprechenden Nennwerten;
Verschieben des Beginns der elektrischen Betätigung des Injektors zur Verschiebung des Düsennadelöffnungszeitpunktes auf den entsprechenden Nennwert; und
Ändern der ermittelten elektrischen Betätigungsdauer des Injektors auf den entsprechenden Nennwert. Das erfindungsgemäße Verfahren bezieht sich auf einen servo- betriebenen Injektor. Durch das Verfahren kann das bekannte Injektorcodierungsverfahren ersetzt werden. Der physikalische Hintergrund des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Korrelation zwischen der elektrischen Betätigungszeit (oder Servoventil- Öffnungsdauer) und der Einspritzrate. In einem vereinfachten Injektormodell kann das Verhalten des Servoventils mit zwei Zuständen beschrieben werden: Offen oder geschlossen. Auch das Verhalten der Düsennadel kann mit zwei Zuständen wiedergegeben werden: Öffnen oder Schließen. Während dieser beiden Zustände ist die Nadelgeschwindigkeit konstant.
Während des offenen Zustandes des Servoventils beginnt die Düsennadel ihre Öffnungsphase mit einer vorgegebenen Verzö- gerung, die hauptsächlich von der Einlass/Auslassdrosselung und dem Nadelsitzdurchmesser abhängt. Wenn das Servoventil schließt, wird der Druck in der Steuerkammer erhöht und führt zum Beginn der Schließphase. Die hieraus resultierende eingespritzte Menge ist in Korrelation mit der Zeit, in der die Düsennadel geöffnet ist.
Durch Messen des Öffnungszeitpunktes der Düsennadel und durch Vergleich dieses Messwertes mit einem Nennwert kann die Be¬ tätigung des Servoventils kompensiert werden, um die Toleranz der individuellen Inj ektoren zu verringern . Die erste Korrekturstufe besteht hierbei darin, das Öffnen des Servoventils durch Verschieben der elektrischen Betätigung des Injektors zu verschieben. In einer zweiten Korrekturstufe wird die Betä¬ tigungsdauer zum Kompensieren der abweichenden Nadelöff- nungsdauer angepasst. Auf der Basis dieses vereinfachten
Injektormodells wird kein Korrelationsfaktor benötigt. Vielmehr wird die Öffnungszeitdifferenz (d T OPPl) direkt dazu verwendet, um den elektrischen Beginn der Einspritzung (d SOI) zu verschieben und die elektrische Betätigungsdauer (d TI) zu ver- ändern. d T OPPl = d SOI = d TI Mit diesem Verfahren wird die eingespritzte Kraftstoffmenge korrigiert. Ferner wird die Phasenabfolge der Einspritzung korrigiert, und es muss keine weitere Kalibrierungsarbeit durchgeführt werden.
Die hier verwendete Bezeichnung „Düsennadelöffnungszeitpunkt" sowie der zugehörige Nennwertvergleich sollen auch den entsprechenden Ansteuerzeitbeginn (Beginn der elektrischen Betätigung) des Injektors umfassen.
In Weiterbildung der Erfindung wird die Messung des Düsenna- delöffnungszeitpunktes und der eingespritzten Kraftstoffmenge vor dem Einbau des Injektors in ein Kraftfahrzeug durchgeführt und werden die gemessenen Werte beim Einbau des Injektors in ein Kraftfahrzeug in eine Motorsteuereinheit des Kraftfahrzeuges eingelesen, damit die Steuereinheit im Betrieb des Kraft¬ fahrzeuges die entsprechende Verschiebung und Änderung der Werte durchführt . Dabei wird die Messung am Injektor vorzugsweise bei einer vorgegebenen Anzahl von Betriebsdrücken durchgeführt, wobei typischerweise drei Drücke ausreichend sind.
Auf diese Weise wird eine Kalibrierung des entsprechenden Injektors durchgeführt, um die eingespritzte Kraftstoffmenge zu korrigieren, wobei die entsprechenden Messungen beispielsweise am Ende der Fertigung jedes Kraftstoffinj ektors durchgeführt und hieraus die entsprechenden Korrekturdaten gewonnen werden können, die dann beispielsweise auch in einen entsprechenden Datenträger eingelesen werden können. Bei der ersten Initialisierung der Steuereinheit des zugehörigen Motors bzw.
Kraftfahrzeuges können diese Daten dann in einen beschreibbaren Speicher der Steuereinheit eingelesen und im späteren Betrieb zur Steuerung der Brennkraftmaschine verwendet werden. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Düsennadelöff- nungszeitpunkt vorzugsweise über eine Messung der Einspritzrate ermittelt . Wie bereits angedeutet, wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorzugsweise in einer ersten Korrekturstufe der Öffnungs¬ zeitpunkt der Düsennadel durch Verschiebung der elektrischen Betätigung des Injektors verschoben und wird in einer zweiten Korrekturstufe die Dauer der elektrischen Betätigung zur Kompensation der abweichenden Düsennadelöffnungszeit angepasst.
Die Detektion der Öffnung des Servoventils kann beispielsweise so durchgeführt werden, wie dies in der DE 10 2013 223 750 B3 beschrieben ist.
Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Vorrichtung zum Kalibrieren eines Common-Rail-Injektors, die dadurch gekenn¬ zeichnet ist, dass sie eine Steuereinheit zur Durchführung eines Verfahrens der vorstehend beschriebenen Art umfasst.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungs¬ beispieles in Verbindung mit der Zeichnung im Einzelnen erläutert. Es zeigen:
Figur 1 in zwei Diagrammen die vereinfachte Darstel¬ lung einer Injektorfunktion in einem Vergleich sehen einem Nenninjektor und einem Injektor mit frühem Öffnungszeitpunkt, wobei im oberen
Diagramm die Funktion des Servoventils und im unteren Diagramm der Nadelhub in Abhängigkeit von der Zeit dargestellt sind;
Figur 2 eine entsprechende Darstellung wie Figur 1, hier jedoch mit kompensiertem Einspritzbeginn; und
Figur 3 eine entsprechende Darstellung wie Figur 1 und
Figur 2 mit kompensiertem Einspritzbeginn und kompensierter Betätigungszeit.
Die Figuren zeigen den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens. Figur 1 zeigt den Hub der Düsennadel des entsprechenden individuellen Injektors, der vom Hub eines Nenninjektors durch den Düsennadelöffnungszeitbeginn und die Düsennadelöffnungszeit abweicht. Der individuelle Injektor besitzt einen früheren Nadelöffnungszeitpunkt als der Nenninjektor und eine längere Düsennadelöffnungszeit . Durch die erfindungsgemäß durchgeführte Kalibrierung soll eine Anpassung an den Nadelhub des Nenninjektors erfolgen.
Dabei werden nach Fertigstellung des Injektors beispielsweise in einem Prüfstand der Düsennadelöffnungszeitpunkt und die mit dem Injektor eingespritzte Kraftstoffmenge gemessen. Aus dem letztgenannten Wert werden die Düsennadelöffnungszeit und hieraus die elektrische Betätigungsdauer des Injektors er¬ mittelt. Der entsprechende Verlauf des Nadelhubes für diesen individuellen Injektor ist in Figur 1 dargestellt.
Es werden dann die erhaltenen Werte mit den entsprechenden Nennwerten (des in Figur 1 dargestellten Nenninjektors) verglichen. Dann wird der Beginn der elektrischen Betätigung des Injektors verschoben, um den Düsennadelöffnungszeitpunkt auf den entsprechenden Nennwert zu verschieben. Dieser Zustand ist in Figur 2 dargestellt. Ferner wird weiterhin die ermittelte elektrische Betätigungsdauer des Injektors auf den entspre¬ chenden Nennwert gebracht, wie in Figur 3 dargestellt. Figur 3 zeigt daher das Endstadium der Kalibrierung, wobei sich der Verlauf des Nadelhubes des individuellen Injektors mit dem des Nenninjektors deckt.

Claims

Verfahren zum Kalibrieren eines Common-Rail-Inj ektors mit den folgenden Schritten:
Messen des Düsennadelöffnungszeitpunktes des Injektors;
Messen der mit dem Injektor eingespritzten Kraftstoffmenge und hieraus Ermitteln der Düsennadelöffnungszeit und daraus der elektrischen Betätigungsdauer des Injektors;
Vergleichen der erhaltenen Werte mit entsprechenden Nennwerten;
Verschieben des Beginns der elektrischen Betätigung des Injektors zur Verschiebung des Düsennadelöffnungszeit¬ punktes auf den entsprechenden Nennwert; und
Ändern der ermittelten elektrischen Betätigungsdauer des Injektors auf den entsprechenden Nennwert.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung des Düsennadelöffnungszeitpunktes und der eingespritzten Kraftstoffmenge vor dem Einbau des In¬ jektors in ein Kraftfahrzeug durchgeführt wird und die gemessenen Werte beim Einbau des Injektors in ein
Kraftfahrzeug in eine Motorsteuereinheit des Kraft¬ fahrzeuges eingelesen werden, damit die Steuereinheit im Betrieb des Kraftfahrzeuges die entsprechende Ver¬ schiebung und Änderung der Werte durchführt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung am Injektor bei einer vorgegebenen Anzahl von Betriebsdrücken durchgeführt wird. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsennadelöffnungszeitpunkt über eine Messung der Einspritzrate ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer ersten Korrekturstufe der Öffnungszeitpunkt der Düsennadel durch Verschiebung der elektrischen Betätigung des Injektors verschoben wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer zweiten Korrekturstufe die Dauer der elektrischen Betätigung zur Kompensation der abweichenden Düsennadelöffnungszeit angepasst wird.
Vorrichtung zum Kalibrieren eines Common-Rail-Injektors, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Steuereinheit zur Durchführung eines Verfahrens gemäß einem der vorange¬ henden Ansprüche umfasst.
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