WO2021069161A1 - VERFAHREN SOWIE VORRICHTUNG ZUM RÜCKSCHLIEßEN AUF EINE ÄNDERUNG DER ART EINES DURCH EINEN AKTOR STRÖMENDEN FLUIDS - Google Patents

VERFAHREN SOWIE VORRICHTUNG ZUM RÜCKSCHLIEßEN AUF EINE ÄNDERUNG DER ART EINES DURCH EINEN AKTOR STRÖMENDEN FLUIDS Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a method and a device for inferring a change in the type of fluid flowing through an actuator, the actuator being adjustable between an open position that releases the fluid flow and a closed position that blocks the fluid flow.
  • the fluid can in particular be a fuel and the actuator an injector for injecting the fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine.
  • the method and the device can consequently serve to draw conclusions about a change in the type of fuel.
  • Internal combustion engines and the associated systems are usually designed for the use of a wide range of fuels available on the market.
  • the fuels differ within certain limits in a number of properties, such as in particular density, air requirement, calorific value and viscosity.
  • robust control structures are used which, despite the differences in the properties of the fuels, enable a desired system behavior, such as, in particular, the most complete possible combustion of the fuel.
  • a control structure is, for example, the so-called lambda controller.
  • a desired combustion air ratio is set in the lambda control in the exhaust gas of an internal combustion engine.
  • Lambda stands for the ratio of air to fuel compared to a combustion stoichiometric mixture.
  • control structures enable the internal combustion engine to operate even with changing fuel properties.
  • no information about the properties or the changes in properties from fuel to fuel can be derived from this. Knowing this information is particularly important for a predictive diagnosis of the components of the Conducive to the combustion system.
  • functions can be developed for the individual engine components that provide feedback on the degree of wear of the respective component so that a warning can be given in good time before the failure of the component.
  • the properties of the fuel mentioned have an influence on wear and tear and should therefore be taken into account as input values for the functions. For this, knowledge of the fuel used is ultimately desirable.
  • the method according to the invention provides the following steps:
  • the fluid is in particular a fuel and the actuator is an injector for injecting the fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine, as already mentioned.
  • the injector means an injection nozzle. It is therefore, in particular, a method for inferring a change in the type of fuel of a fuel flowing through the injector.
  • a closing time measurement is first carried out at at least two different temperatures. This is particularly useful because the closing time of the actuator is also dependent on the temperature of the fluid.
  • the closing time can be determined several times at the at least two different temperatures of the fluid and a mean value can be determined from the measured closing times.
  • the closing time can then be plotted against the temperature.
  • a straight line is then drawn through the determined closing times or their mean values. If the slope or an absolute value lying on the straight line changes beyond a certain threshold value, then in a further step it can be deduced that the viscosity of the fluid has changed. This is what is meant by inference.
  • the absolute value lying on the straight line can in particular be the determined closing time itself.
  • the absolute value can also be a Y-axis section of the straight line determined.
  • a change in the viscosity of the fluid is interpreted as a change in the type of fluid, so a conclusion is made about the type of fluid.
  • a property of the fluid namely the viscosity
  • Fluids of different viscosity have different closing times and a different change in closing times with temperature.
  • the slope and the absolute values of the straight lines will therefore differ for fluids of different viscosity.
  • the method according to the invention can be used in internal combustion engines, in particular, without changing the fuel system on the hardware side, provided that the fuel system has the option of a software-side closing time measurement.
  • the method according to the invention can thus be easily retrofitted for motor vehicles with an internal combustion engine.
  • the method according to the invention should show that the determined closing times - beyond the defined threshold value - are below previously determined closing times as reference values and / or the determined gradient of the straight line - beyond the defined threshold value - is smaller than the gradient of a previously determined straight line as Reference value, it can be concluded from this that the fluid now flowing through the actuator has a lower viscosity than the fluid that previously flowed through the actuator. It can be concluded from Flieraus that the type of fluid, that is to say in particular the type of fuel, has changed towards a fuel with a lower viscosity. This can be due, for example, to the reduction in the proportion of ethanol in the fuel. If the previously used fuel is known, conclusions can be drawn about the fuel now used. The type of fuel determined in this way can be incorporated into a function describing the degree of wear of the engine components.
  • an absolute viscosity value from the closing times determined is nevertheless provided. This can be done in particular on the basis of the determined slope of the straight line. As explained, such a viscosity value is only of limited significance, so it only allows limited conclusions to be drawn about the type of fluid actually used, in particular the type of fuel.
  • the stoichiometric air requirement of the fuel can be used for more precise classification of the fluid. According to this embodiment, the following method is provided: determining an absolute viscosity value from the determined closing times, determining the stoichiometric air requirement of the fuel, determining the fuel type and / or the fuel components from the determined absolute viscosity value and the determined air requirement.
  • the stoichiometric air requirement describes, in a known manner, precisely the amount of air that is necessary for complete combustion of the fuel.
  • a reliable statement can be made about the type of fuel. In this way, the type of fuel can also be determined absolutely.
  • tables can be stored in a control unit, which assign the different values for the viscosity and the air requirement to a type of fuel.
  • the stoichiometric air requirement is determined according to the following relationship: Where Lst is the stoichiometric air requirement, mi , st is the stoichiometric air mass, rri f is the fuel mass, mi is the air mass, and l is the ratio of air to fuel compared to the combustion stoichiometric mixture.
  • the air mass mi, the fluid mass m f and the lambda value can be determined in a manner known per se. For example, the air mass mi can be calculated using an air mass sensor and / or an air mass model and the lambda value can be calculated from the lambda probe signal.
  • the degree of wear of one or more engine components is determined as a function of the determined type of fuel and / or the fuel constituents.
  • functions can be developed for predictive diagnosis that provide feedback on the degree of wear of the respective components. Thanks to the now known type of fuel or the components as input parameters for these functions, the degree of wear can be determined.
  • the closing time of the actuator is determined from the control voltage applied to the actuator, the temperature of the fluid and the pressure of the fluid.
  • the control voltage can be determined over a closing process.
  • the closing time can be determined as the time difference between the start of the energization and the end of the energization of the actuator, the energization denoting the control of the actuator for adjustment into the closed position.
  • a characteristic turning point in the voltage curve can mark the end of the energization.
  • the device according to the invention for inferring a change in the type of a fluid flowing through an actuator comprises a control unit which is designed to carry out the method explained above. Explanations made for the method apply correspondingly to the device.
  • Figure 1 a standardized measurement signal for the injector voltage
  • FIG. 3 shows the behavior of the closing time as a function of temperature for two fuels of different viscosity
  • FIG. 4 shows a diagram of the air requirement plotted against the viscosity.
  • the invention is explained below for an actuator designed as an injector and a fuel as the fluid.
  • the injector is used to inject the fuel into a combustion chamber of an engine.
  • the closing time of the injector is first determined.
  • the closing time tciose of the injector can be determined by measuring the injector voltage Uinj by a control unit, in particular the engine control unit.
  • FIG. 1 shows, as a dashed line, the standardized course of the injector voltage Uinj over time.
  • the mass flow rate (“mass flow rate”) of the fuel through the injector is also plotted in a standardized manner over time as a solid line. Between 0 and approx. 0.6 ms the mass flow is initially at the value 0, so the injector is in the closed position. At approx. 0.6 ms, the injector is moved from the closed position to the open position, thus releasing the fuel flow through the injector.
  • the mass flow increases to the value 1.
  • the injector is closed, so that the mass flow drops back to the value zero.
  • the end of the current supply is characterized by a characteristic turning point in the voltage curve of the injector voltage. Measurements of the closing time show a dependency on pressure, temperature and viscosity of the fuel flowing through the injector.
  • the closing time is determined with the fuel pressure kept constant at several different temperatures of the fuel.
  • the temperature of the fuel can basically be determined using sensors.
  • the fuel temperature can also be inferred. For example, after the vehicle has been stationary for a long time, it can be assumed that when the engine is started, the fuel temperature corresponds to the ambient temperature, for which a sensor value is usually available. When the engine is warm, the fuel temperature in the injector usually corresponds approximately to the coolant temperature, which can also be measured. A change in the closing time over the temperature that is characteristic of the injector and the respective fuel can thus be determined.
  • FIG. 2 shows the behavior of the closing time of the injector as a function of temperature T and pressure p for two fuels of different viscosity.
  • FIG. 2 on the left, closing time curves are shown for a fuel with lower viscosity and in FIG. 2, on the right, closing time curves for a fuel with high viscosity. Due to production differences, in particular due to part-to-part scatter, as well as due to wear and tear, there may be different absolute values for the viscosity for each injector, even when using the same fuel. Therefore, with the method according to the invention, only fueled fuels can be compared reliably with one another.
  • the extension of the closing time resulting from the change from low-viscosity fuel to high-viscosity fuel can, however, be detected without difficulty. If, as explained, the fuel pressure is kept constant and the closing time is determined at a plurality of temperatures, the characteristic behavior of the closing times over the temperature shown in FIG. 3 results. In FIG. 3 it can be seen that at a temperature Ti of 0 ° C. and at a temperature T2noh just above 50 ° C., closing times of the injector were determined in each case. In particular, the closing time can be determined several times at both temperatures and a mean value for the closing time can be determined from these individual measured values. In a first measurement process, a closing time of approx.
  • 0.47 seconds was determined at a temperature of 0 ° C and a closing time of approx. 0.42 ms at a temperature of over 50 ° C.
  • a straight line Gi shown in dashed lines in FIG. 3, was drawn through these absolute values of the closing time and its slope was determined.
  • a closing time of approx. 0.42 ms was determined at a temperature of 0 ° C and a closing time of approx. 0.4 ms at a temperature of just over 50 °.
  • a straight line G2 shown with a solid line, was laid through these determined closing times and its slope was determined.
  • the absolute values of the determined closing time are lower for the lower straight line than for the upper straight line.
  • the lower straight line has a different slope than the upper straight line.
  • the determined closing times for the upper straight line or also other absolute values lying on the straight line, in particular the Y-axis section of the upper straight line, and the gradient of the upper straight line serve as a reference value for the method according to the invention.
  • these reference values are compared with at least one absolute value and the slope of the lower straight line, the absolute value also being a point on the straight line at a corresponding temperature, in particular the actually determined closing times or the Y-axis section of the lower straight line can be.
  • the method according to the invention can be used to conclude that a fuel with a lower viscosity, such as gasoline with a lower proportion of ethanol, is now being used.
  • the fuel flowing through the injector can be determined at least relatively.
  • the fuel determined in this way can be used to determine the wear on the injector or other components of the combustion system.
  • an absolute determination of the type of fuel can also take place without having knowledge of the type of fuel that previously flowed through the injector.
  • an absolute value of the viscosity is first determined, knowing full well that this is only of limited informative value due to the explained production differences and the wear and tear of the components.
  • the stoichiometric air requirement of the fuel is used for a more precise classification. As is known, the stoichiometric air requirement indicates how much air mass per fuel mass is required for stoichiometric combustion.
  • the type of fuel or the fuel constituents can be determined from the viscosity value determined and the air requirement determined, as shown in FIG.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Rückschließen auf eine Änderung der Art eines durch einen Aktor strömenden Fluids, wobei der Aktor zwischen einer den Fluidstrom freigebenden Offenstellung und einer den Fluidstrom blockierenden Schließstellung verstellbar ist, gekennzeichnet durch die Schritte: - Ermitteln der zum Erreichen der Schließstellung benötigten Schließzeit (tclose) des Aktors bei zumindest zwei unterschiedlichen Temperaturen (T1, T2) des Fluids, - Bestimmen einer Abweichung zwischen einer Steigung einer durch die ermittelten Schließzeiten verlaufenden Gerade (G1, G2) und einem Referenzwert für die Steigung und/oder Bestimmen einer Abweichung zwischen einem auf der Gerade (G1, G2) liegenden Absolutwert der Schließzeit und einem Referenzwert für die Schließzeit, - Rückschließen auf eine relative Viskositätsänderung des Fluids, wenn die bestimmte Steigung von dem Referenzwert für die Steigung über einen vorbestimmten Schwellenwert hinaus abweicht und/oder wenn der bestimmte Absolutwert der Schließzeit von dem Referenzwert für die Schließzeit über einen vorbestimmten Schwellenwert hinaus abweicht, - Rückschließen auf eine Änderung der Art des Fluids aufgrund der Viskositätsänderung.

Description

Beschreibung
Verfahren sowie Vorrichtung zum Rückschließen auf eine Änderung der Art eines durch einen Aktor strömenden Fluids
Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Rückschließen auf eine Änderung der Art eines durch einen Aktor strömenden Fluids, wobei der Aktor zwischen einer den Fluidstrom freigebenden Offenstellung und einer den Fluidstrom blockierenden Schließstellung verstellbar ist. Das Fluid kann insbesondere ein Kraftstoff und der Aktor ein Injektor zum Einspritzen des Kraftstoffes in einen Verbrennungsraum eines Verbrennungsmotors sein. Das Verfahren bzw. die Vorrichtung können folglich dazu dienen, auf eine Änderung der Kraftstoffart rückzuschließen.
Üblicherweise sind Verbrennungsmotoren sowie die dazugehörigen Systeme für die Verwendung einer großen am Markt verfügbaren Bandbreite an Kraftstoffen ausgebildet. Die Kraftstoffe unterscheiden sich innerhalb gewisser Grenzen in einer Vielzahl von Eigenschaften, wie insbesondere der Dichte, dem Luftbedarf, dem Heizwert sowie der Viskosität. Zur Steuerung des Verbrennungsvorgangs werden robuste Regelstrukturen eingesetzt, die trotz der Unterschiede in den Eigenschaften der Kraftstoffe ein gewünschtes Systemverhalten, wie insbesondere eine möglichst vollständige Verbrennung des Kraftstoffs, ermöglichen. Eine solche Regelstruktur ist beispielsweise der sogenannte Lambdaregler. Wie grundsätzlich bekannt, wird bei der Lambdaregelung im Abgas eines Verbrennungsmotors ein gewünschtes Verbrennungsluftverhältnis eingestellt. Lambda steht für das Verhältnis Luft zu Brennstoff im Vergleich zu einem verbrennungsstöchiometrischen Gemisch.
Zwar ermöglichen solche Regelstrukturen den Betrieb des Verbrennungsmotors auch mit sich ändernden Kraftstoffeigenschaften. Allerdings lassen sich hieraus keine Informationen über die Eigenschaften bzw. die Änderungen der Eigenschaften von Kraftstoff zu Kraftstoff ableiten. Die Kenntnis dieser Informationen ist insbesondere für eine prädiktive Diagnose der Komponenten des Verbrennungssystems förderlich. Für eine solche Diagnose können für die einzelnen Motorkomponenten Funktionen entwickelt werden, die eine Rückmeldung über den Verschleißgrad der jeweiligen Komponente geben, so dass vor dem Ausfall der Komponente rechtzeitig gewarnt werden kann. Die genannten Eigenschaften des Kraftstoffes haben einen Einfluss auf den Verschleiß und sollten daher als Eingabewerte für die Funktionen berücksichtigt werden. Hierfür ist letztlich das Wissen um den jeweils eingesetzten Kraftstoff wünschenswert.
Es liegt daher der Erfindung die Aufgabe zugrunde, in möglichst einfacher und effizienter Weise die Art des durch den Aktor strömenden Fluids bestimmen zu können.
Die Erfindung löst die Aufgabe durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 8. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche, der Beschreibung sowie der Figuren.
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht die folgenden Schritte vor:
- Ermitteln der zum Erreichen der Schließstellung benötigten Schließzeit des Aktors bei zumindest zwei unterschiedlichen Temperaturen des Fluids,
- Bestimmen einer Abweichung zwischen einer Steigung einer durch die ermittelten Schließzeiten verlaufenden Gerade und einem Referenzwert für die Steigung und/oder Bestimmen einer Abweichung zwischen einem auf der Gerade liegenden Absolutwert der Schließzeit und einem Referenzwert für die Schließzeit,
- Rückschließen auf eine relative Viskositätsänderung des Fluids, wenn die bestimmte Steigung von dem Referenzwert für die Steigung über einen vorbestimmten Schwellenwert hinaus abweicht und/oder wenn der bestimmte Absolutwert der Schließzeit von dem Referenzwert für die Schließzeit über einen vorbestimmten Schwellenwert hinaus abweicht,
- Rückschließen auf eine Änderung der Art des Fluids aufgrund der Viskositätsänderung. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird letztlich aus einer Änderung der Schließzeit des Aktors auf eine Änderung der Viskosität des durch den Aktor strömenden Fluids geschlossen. Wird auf Grundlage der geänderten Schließzeit eine Änderung in der Viskosität festgestellt, so wird daraus gefolgert, dass sich die Art des Fluids geändert hat. Da die Schließzeit des Aktors auch von dem Druck des Fluids abhängt, wird dieser bevorzugt während des Verfahrens/der Messung konstant gehalten. Die Referenzwerte können im Rahmen von vorherigen Messungen der Schließzeit ermittelt werden. Die Schließzeit des Aktors meint die Zeit, die benötigt wird, um den Aktor von der Offenstellung in die Schließstellung zu verstellen. Insbesondere die Zeit, die benötigt wird, um den Aktor von einer vollständigen Offenstellung in die Schließstellung zu verstellen. Das Fluid ist insbesondere ein Kraftstoff und der Aktor ein Injektor zum Einspritzen des Kraftstoffes in einem Verbrennungsraum eines Verbrennungsmotors, wie bereits erwähnt. Der Injektor meint eine Einspritzdüse. Es handelt sich also insbesondere um ein Verfahren zum Rückschließen auf eine Änderung der Kraftstoffart eines durch den Injektor fließenden Kraftstoffes.
Erfindungsgemäß wird zunächst bei zumindest zwei unterschiedlichen Temperaturen eine Schließzeitmessung vorgenommen. Dies ist insbesondere sinnvoll, da die Schließzeit des Aktors auch von der Temperatur des Fluids abhängig ist. Insbesondere kann die Schließzeit bei den zu mindestens zwei unterschiedlichen Temperaturen des Fluids jeweils mehrfach ermittelt und ein Mittelwert aus den gemessenen Schließzeiten bestimmt werden. Die Schließzeit kann dann über der Temperatur aufgetragen werden. So wird anschließend eine Gerade durch die ermittelten Schließzeiten bzw. deren Mittelwerte gelegt. Verändert sich die Steigung bzw. ein auf der Gerade liegender Absolutwert über einen gewissen Schwellenwert hinaus, so kann daraus in einem weiteren Schritt abgeleitet werden, dass sich die Viskosität des Fluids geändert hat. Dies ist mit Rückschließen gemeint. Der auf der Geraden liegende Absolutwert kann insbesondere die ermittelte Schließzeit selbst sein. Auch kann es sich bei dem Absolutwert um einen Y-Achsenabschnitt der ermittelten Gerade handeln. Eine solche Änderung der Viskosität des Fluids wird als Änderung der Art des Fluids interpretiert, es erfolgt also ein Rückschluss auf die Art des Fluids. Dank des erfindungsgemäßen Verfahrens kann somit aus einer ermittelten Schließzeit des Aktors auf eine Eigenschaft des Fluids, nämlich die Viskosität, geschlossen und aus dieser wiederum auf eine Änderung der Fluidart geschlossen werden. So weisen Fluide unterschiedlicher Viskosität unterschiedliche Schließzeiten sowie eine unterschiedliche Änderung der Schließzeiten mit der Temperatur auf. Es werden sich also die Steigung sowie die Absolutwerte der Geraden für unterschiedlich viskose Fluide unterscheiden. Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich bei Verbrennungsmotoren insbesondere ohne eine hardwareseitige Änderung des Kraftstoffsystems anwenden, sofern das Kraftstoffsystem über die Möglichkeit einer sofwareseitigen Schließzeitmessung verfügt. Damit lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren einfach für Kraftfahrzeuge mit Verbrennungsmotor nachrüsten.
Sollte beispielsweise das erfindungsgemäße Verfahren ergeben, dass die ermittelten Schließzeiten - über den definierten Schwellenwert hinaus - unterhalb zuvor ermittelter Schließzeiten als Referenzwerte liegen und/oder die ermittelte Steigung der Geraden - über den definierten Schwellenwert hinaus - kleiner ist als die Steigung einer zuvor ermittelten Geraden als Referenzwert, so kann daraus geschlossen werden, dass das nun durch den Aktor strömende Fluid eine geringere Viskosität aufweist, als das zuvor durch den Aktor geströmte Fluid. Flieraus kann gefolgert werden, dass sich die Art des Fluids, also insbesondere die Kraftstoffart, geändert hat und zwar hin zu einem Kraftstoff mit geringerer Viskosität. Dies kann beispielsweise an der Verringerung des Ethanolanteils im Kraftstoff liegen. Ist der zuvor verwendete Kraftstoff bekannt, kann auf den nun verwendeten Kraftstoff geschlossen werden. Die somit ermittelte Kraftstoffart kann Eingang finden in eine den Verschleißgrad der Motorkomponenten beschreibenden Funktion.
Es können auch mehr als zwei Schließzeiten bei zwei unterschiedlichen Temperaturen bestimmt werden. Insbesondere kann der Wert der Schließzeit vom Motorstart bis zum aufgeheizten Zustand des Motors aufgezeichnet werden. Aufgrund von Bauteiltoleranzen sowie Verschleiß der Komponenten können aus den ermittelten Schließzeitwerten, insbesondere aus der abgeleiteten Steigung, nur bedingt absolute Werte für die Viskosität ermittelt werden. Dies ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren jedoch auch nicht notwendig, da hier Fluide, insbesondere getankte Kraftstoffe, untereinander verglichen werden, wie erläutert.
Nach einer Ausgestaltung ist dennoch vorgesehen, einen absoluten Viskositätswert aus den ermittelten Schließzeiten zu ermitteln. Dies kann insbesondere auf Grundlage der bestimmten Steigung der Geraden geschehen. Wie erläutert, ist ein solcher Viskositätswert zwar nur bedingt aussagekräftig, lässt also nur bedingt Rückschlüsse auf die tatsächliche verwendete Art des Fluids, also insbesondere die Kraftstoffart zu. Zur genaueren Klassifikation des Fluids kann jedoch nach dieser Ausgestaltung der stöchiometrische Luftbedarf des Kraftstoffs hinzugezogen werden. So ist nach dieser Ausgestaltung das folgende Verfahren vorgesehen: Ermitteln eines absoluten Viskositätswerts aus den ermittelten Schließzeiten, Ermitteln des stöchiometrischen Luftbedarfs des Kraftstoffs, Ermitteln der Kraftstoffart und/oder der Kraftstoffbestandteile aus dem ermittelten absoluten Viskositätswert und dem ermittelten Luftbedarf. Der stöchiometrische Luftbedarf bezeichnet in bekannter Weise genau die Luftmenge, die für eine vollständige Verbrennung des Kraftstoffs von Nöten ist. Ein Rückschluss auf die Art des verwendeten Fluids, also insbesondere des Kraftstoffs, allein aus dem Viskositätswert, wäre zwar möglicherweise nicht aussagekräftig, wie erwähnt. Unter zusätzlicher Berücksichtigung des Luftbedarfs des jeweiligen Fluids kann jedoch eine zuverlässige Aussage über die Art des Kraftstoffs getroffen werden. Somit kann die Kraftstoffart nach dieser Ausgestaltung auch absolut bestimmt werden. Hierzu können in einer Steuereinheit Tabellen hinterlegt sein, die unterschiedlichen Werten für die Viskosität und den Luftbedarf eine Kraftstoffart zuordnen.
Nach einer diesbezüglichen Ausgestaltung wird der stöchiometrische Luftbedarf gemäß der folgenden Beziehung ermittelt:
Figure imgf000007_0001
Wobei Lst der stöchiometrische Luftbedarf, mi,st die stöchiometrische Luftmasse, rrif die Kraftstoffmasse, mi die Luftmasse, und l das Verhältnis Luft zu Brennstoff im Vergleich zum verbrennungsstöchiometrischen Gemisch ist. Die Luftmasse mi, die Fluidmasse mf sowie der Lambdawert können in an sich bekannterWeise bestimmt werden. Beispielsweise kann die Luftmasse mi über einen Luftmassensensor und/oder ein Luftmassenmodell und der Lambdawert aus dem Lambdasondensignal berechnet werden.
Nach einer Ausgestaltung wird abhängig von der ermittelten Kraftstoffart und/oder der Kraftstoffbestandteile der Verschleißgrad einer oder mehrerer Motorkomponenten ermittelt. Wie eingangs erläutert, können zur prädiktiven Diagnose Funktionen entwickelt werden, die eine Rückmeldung über den Verschleißgrad der jeweiligen Komponenten liefern. Dank der nun bekannten Kraftstoffart bzw. der Bestandteile als Eingangsparameter für diese Funktionen kann der Verschleißgrad ermittelt werden.
Nach einer Ausgestaltung wird die Schließzeit des Aktors aus der am Aktor anliegenden Steuerspannung, der Temperatur des Fluids sowie dem Druck des Fluids ermittelt. So kann insbesondere bei bekanntem Druck und bekannter Temperatur des Fluids die Steuerspannung über einen Schließvorgang hinweg ermittelt werden. Die Schließzeit kann bestimmt werden als Zeitdifferenz zwischen dem Beginn der Bestromung und dem Ende der Bestromung des Aktors, wobei die Bestromung die Ansteuerung des Aktors zum Verstellen in die Schließstellung bezeichnet. Insbesondere kann ein charakteristischer Wendepunkt im Spannungsverlauf das Ende der Bestromung kennzeichnen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Rückschließen auf eine Änderung der Art eines durch einen Aktor strömenden Fluids umfasst eine Steuereinheit, die dazu ausgebildet ist, das oben erläuterte Verfahren auszuführen. Zu dem Verfahren gemachte Erläuterungen gelten entsprechend für die Vorrichtung.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Figuren erläutert. Es zeigen: Figur 1 ein normiertes Messsignal für die Injektorspannung sowie die
Massenflussrate des Kraftstoffs durch den Injektor über der Zeit,
Figur 2 Temperatur-Druck-Diagramme für die Schließzeit des Injektors für zwei Kraftstoffe unterschiedlicher Viskosität,
Figur 3 das Verhalten der Schließzeit über der Temperatur für zwei Kraftstoffe unterschiedlicher Viskosität, und
Figur 4 ein Diagramm des Luftbedarfs aufgetragen über der Viskosität.
Die Erfindung wird im Folgenden für einen als Injektor ausgebildeten Aktor und einen Kraftstoff als Fluid erläutert. Der Injektor dient dem Einspritzen des Kraftstoffes in einen Verbrennungsraum eines Motors.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zunächst die Schließzeit des Injektors ermittelt. Die Schließzeit tciose des Injektors kann dabei über eine Messung der Injektorspannung Uinj durch eine Steuereinheit, insbesondere das Motorsteuergerät, bestimmt werden. Figur 1 zeigt als gestrichelte Linie den normierten Verlauf der Injektorspannung Uinj über die Zeit. Zudem ist in Figur 1 der Massenstrom („Mass flow rate“) des Kraftstoffs durch den Injektor ebenfalls normiert zeitlich als durchgezogene Linie aufgetragen. Zwischen 0 und ca. 0,6 ms liegt der Massenstrom zunächst beim Wert 0, der Injektor befindet sich also in der Schließstellung. Bei ca. 0,6 ms wird der Injektor von der Schließstellung in die Offenstellung verstellt und somit der Kraftstoffstrom durch den Injektor freigegeben. Wie ersichtlich, steigt der Massenstrom auf den Wert 1. Bei ca. 1 ,5 ms wird der Injektor geschlossen, so dass der Massenstrom wieder auf den Wert null abfällt. Die Schließzeit tciose wird bestimmt als die Zeitdifferenz zwischen dem Beginn der Bestromung des Injektors zwecks Verstellung in die Schließstellung, zu sehen bei gut 1 ms, und dem Ende der Bestromung des Injektors bei gut 1 ,5 ms. In diesem Fall beträgt die Schließzeit also ca. tciose = 0,5 ms Das Ende der Bestromung ist durch einen charakteristischen Wendepunkt im Spannungsverlauf der Injektorspannung gekennzeichnet. Messungen der Schließzeit zeigen eine Abhängigkeit von Druck, Temperatur sowie Viskosität des durch den Injektor fließenden Kraftstoffes. Zudem beeinflussen auch Produktionsunterschiede, wie Bauteiltoleranzen, sowie Verschleiß der Bauteile des Injektors sowie weiterer am System teilnehmender Komponenten die Schließzeit. Daher wird die Schließzeit bei konstant gehaltenem Kraftstoffdruck bei mehreren unterschiedlichen Temperaturen des Kraftstoffs ermittelt. Insbesondere wird der Wert der Schließzeit vom Motorstart bis zum aufgeheizten Zustand des Motors aufgezeichnet. Die Temperatur des Kraftstoffs kann grundsätzlich über Sensoren bestimmt werden. Auch kann auf die Kraftstofftemperatur geschlossen werden. So kann beispielsweise nach längerem Stillstand des Fahrzeugs davon ausgegangen werden, dass beim Motorstart die Kraftstofftemperatur der Umgebungstemperatur, für die üblicherweise ein Sensorwert vorhanden ist, entspricht. Bei warmem Motor entspricht die Kraftstofftemperatur im Injektor üblicherweise ungefähr der ebenfalls messbaren Kühlwassertemperatur. Somit kann eine für den Injektor und den jeweiligen Kraftstoff charakteristische Änderung der Schließzeit über der Temperatur ermittelt werden.
Figur 2 stellt das Verhalten der Schließzeit des Injektors in Abhängigkeit von Temperatur T und Druck p für zwei Kraftstoffe unterschiedlicher Viskosität dar. In Figur 2 links sind Schließzeitkurven für einen Kraftstoff mit geringerer Viskosität und in Figur 2 rechts Schließzeitkurven für einen Kraftstoff mit hoher Viskosität dargestellt. Aufgrund von Produktionsunterschieden, insbesondere aufgrund von Part-to-Part-Streuungen, sowie aufgrund von Verschleiß ergeben sich gegebenenfalls für jeden Injektor unterschiedliche absolute Werte für die Viskosität auch bei der Verwendung desselben Kraftstoffs. Zuverlässig können daher mit dem erfindungsgemäßen Verfahren nur getankte Kraftstoffe untereinander verglichen werden. Die aus dem Wechsel von niedrigviskosem Kraftstoff zu hochviskosem Kraftstoff resultierende Schließzeitverlängerung lässt sich jedoch ohne Schwierigkeiten detektieren. Wird nun, wie erläutert, der Kraftstoffdruck konstant gehalten und die Schließzeit bei mehreren Temperaturen ermittelt, ergibt sich das in Figur 3 dargestellte charakteristische Verhalten der Schließzeiten über der Temperatur. In Figur 3 ist ersichtlich, dass bei der Temperatur Ti von 0 °C sowie bei einer Temperatur T2noh knapp über 50 °C jeweils Schließzeiten des Injektors ermittelt wurden. Insbesondere kann die Schließzeit bei beiden Temperaturen jeweils mehrfach ermittelt und aus diesen einzelnen Messwerten ein Mittelwert für die Schließzeit bestimmt werden. Bei einem ersten Messvorgang wurde bei der Temperatur von 0 °C eine Schließzeit von ca. 0,47 Sekunden und bei der Temperatur von über 50°C eine Schließzeit von ca. 0,42 ms ermittelt. Durch diese Absolutwerte der Schließzeit wurde eine in Figur 3 gestrichelt dargestellte Gerade Gi gelegt und deren Steigung bestimmt. Bei einem nachfolgenden Messvorgang wurde bei der Temperatur von 0 °C eine Schließzeit von ca. 0,42 ms und bei der Temperatur von knapp über 50° eine Schließzeit von ca. 0,4 ms ermittelt. Durch diese ermittelten Schließzeiten wurde eine mit durchgezogener Linie dargestellte Gerade G2 gelegt und deren Steigung bestimmt.
Es ist ersichtlich, dass die Absolutwerte der ermittelten Schließzeit für die untere Gerade niedriger liegen als für die obere Gerade. Zudem weist die untere Gerade eine andere Steigung auf als die obere Gerade. Die ermittelten Schließzeiten für die obere Gerade oder auch andere auf der Gerade liegende Absolutwerte, insbesondere der Y-Achsenabschnitt der oberen Gerade, sowie die Steigung der oberen Gerade dienen für das erfindungsgemäße Verfahren als Referenzwert. Es erfolgt also erfindungsgemäß ein Abgleich dieser Referenzwerte mit zumindest einem Absolutwert und der Steigung der unteren Gerade, wobei auch hier der Absolutwert ein bei entsprechender Temperatur auf der Gerade liegender Punkt, insbesondere die tatsächlich ermittelten Schließzeiten oder auch der Y-Achsen-Abschnitt der unteren Gerade sein kann. Verändert sich die Steigung und der Absolutwert, also beispielsweise der Y-Achsenabschnitt, der unteren Geraden über einen gewissen Schwellenwert hinaus, wird daraus abgeleitet, dass sich die Viskosität des Kraftstoffes geändert hat. So kann festgestellt werden, dass bei dem ersten Messvorgang ein höherviskoser Kraftstoff durch den Injektor strömte als bei dem zweiten Messvorgang. Dies wird daraus geschlossen, dass bekannterweise die Schließzeit des Injektors mit abnehmender Viskosität des Kraftstoffes zunimmt sowie dass sich auch das Temperaturverhalten der Schließzeit mit unterschiedlicher Viskosität des Kraftstoffs ändert, also die Steigung verändert. Ist beispielsweise bekannt, dass beim ersten Messvorgang ein Benzin-Ethanol-Gemisch als Kraftstoff verwendet wurde, kann aufgrund des erfindungsgemäßen Verfahrens darauf geschlossen werden, dass nun ein Kraftstoff mit geringerer Viskosität, wie beispielsweise Benzin mit einem geringeren Ethanolanteil, verwendet wird.
Dank des erfindungsgemäßen Verfahrens kann der durch den Injektor strömende Kraftstoff zumindest relativ bestimmt werden. Der so bestimmte Kraftstoff kann Eingang finden in die Ermittlung des Verschleißes des Injektors oder anderer Bauteile des Verbrennungssystems.
Nach einer Fortbildung des Verfahrens kann auch eine absolute Bestimmung der Kraftstoffart erfolgen, ohne Wissen über die zuvor durch den Injektor geströmte Kraftstoffart zu haben. Hierbei wird zunächst ein Absolutwert der Viskosität ermittelt, wohl wissend, dass dieser aufgrund der erläuterten Produktionsunterschiede und des Verschleißes der Komponenten nur eine bedingte Aussagekraft hat. Es wird jedoch zur genaueren Klassifikation der stöchiometrische Luftbedarf des Kraftstoffs hinzugezogen. Der stöchiometrische Luftbedarf gibt, wie bekannt, an, wie viel Luftmasse pro Kraftstoff masse für eine stöchiometrische Verbrennung benötigt wird. Anhand von in der Steuereinheit hinterlegter Tabellen kann aus dem ermittelten Viskositätswert sowie dem ermittelten Luftbedarf die Kraftstoffart bzw. die Kraftstoffbestandteile ermittelt werden, wie in Figur 4 dargestellt. Dort ist der Luftbedarf Lst über der Viskosität m aufgetragen. Beispielsweise bei einer Temperatur von 80 °C sowie einem Druck von 300 bar für den Kraftstoff, lassen sich die Kraftstoffbestandteile Superplus, Ethanol und Methanol in der dargestellten Weise trennen. Es kann somit also insbesondere auch eine absolute Bestimmung der Kraftstoffart erfolgen.

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zum Rückschließen auf eine Änderung der Art eines durch einen Aktor strömenden Fluids, wobei der Aktor zwischen einer den Fluidstrom freigebenden Offenstellung und einer den Fluidstrom blockierenden Schließstellung verstellbar ist, gekennzeichnet durch die Schritte:
- Ermitteln der zum Erreichen der Schließstellung benötigten Schließzeit ( e) des Aktors bei zumindest zwei unterschiedlichen Temperaturen (T 1 , T2) des Fluids,
- Bestimmen einer Abweichung zwischen einer Steigung einer durch die ermittelten Schließzeiten verlaufenden Gerade (G1, G2) und einem Referenzwert für die Steigung und/oder Bestimmen einer Abweichung zwischen einem auf der Gerade (G1, G2) liegenden Absolutwert der Schließzeit und einem Referenzwert für die Schließzeit,
- Rückschließen auf eine relative Viskositätsänderung des Fluids, wenn die bestimmte Steigung von dem Referenzwert für die Steigung über einen vorbestimmten Schwellenwert hinaus abweicht und/oder wenn der bestimmte Absolutwert der Schließzeit von dem Referenzwert für die Schließzeit über einen vorbestimmten Schwellenwert hinaus abweicht,
- Rückschließen auf eine Änderung der Art des Fluids aufgrund der Viskositätsänderung.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid ein Kraftstoff und der Aktor ein Injektor zum Einspritzen des Kraftstoffes in einen Verbrennungsraum eines Verbrennungsmotors ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch Ermitteln eines absoluten Viskositätswerts aus den ermittelten Schließzeiten ( e), insbesondere aus der Steigung der Geraden (G1, G2), Ermitteln des stöchiometrischen Luftbedarfs (Lst) des Kraftstoffs, Ermitteln der Kraftstoffart und/oder der Kraftstoffbestandteile aus dem ermittelten absoluten Viskositätswert und dem ermittelten Luftbedarf (Lst).
4. Verfahren nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch Ermitteln des stöchiometrischen Luftbedarfs gemäß der folgenden Beziehung:
Figure imgf000014_0001
wobei
Lst der stöchiometrische Luftbedarf, mi,st die stöchiometrische Luftmasse, rrif die Kraftstoffmasse, mi die Luftmasse, und l das Verhältnis Luft zu Brennstoff im Vergleich zum verbrennungsstöchiometrischen Gemisch ist.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass abhängig von der ermittelten Kraftstoffart und/oder der Kraftstoffbestandteile der Verschleißgrad einer oder mehrerer Motorkomponenten ermittelt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schließzeit ( e) des Aktors aus der am Aktor anliegenden Steuerspannung (Uinj), der Temperatur (T) des Fluids sowie dem Druck (p) des Fluids ermittelt wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der bestimmte Absolutwert ein Y-Achsenabschnitt der Gerade ist.
8. Vorrichtung zum Rückschließen auf eine Änderung der Art eines durch einen Aktor strömenden Fluids umfassend eine Steuereinheit, die dazu ausgebildet ist, das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche auszuführen.
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