STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART
Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln eines Endzeitpunkts
einer Kraftstoffeinspritzung, sowie ein Computerprogrammprodukt
und eine Vorrichtung zum Ermitteln eines Endzeitpunkts einer Kraftstoffeinspritzung.The
The invention relates to a method for determining an end time
a fuel injection, as well as a computer program product
and a device for determining an end time of fuel injection.
Im
Betrieb von Brennkraftmaschinen, bei denen zyklisch ein oder mehrere
Kraftstoffinjektoren angesteuert werden, um Kraftstoff in einen
Brennraum einzuspritzen, ist die genaue Steuerung der Einspritzmenge
der Kraftstoffinjektoren innerhalb eines Ansteuerzyklus von entscheidender
Bedeutung, um hohe Wirtschaftlichkeit, Laufruhe und geringe Schadstoffemissionen
zu erreichen.in the
Operation of internal combustion engines in which cyclically one or more
Fuel injectors are driven to fuel in one
Injecting combustion chamber is the precise control of the injection quantity
the fuel injectors within a drive cycle of decisive
Importance to high efficiency, smoothness and low pollutant emissions
to reach.
Die
tatsächliche Einspritzmenge eines Kraftstoffinjektors innerhalb
eines Ansteuerzyklus wird üblicherweise im Betrieb der
Brennkraftmaschine mittels in einem Steuergerät abgelegter
Kennfelder bestimmt, die z. B. auf in Labormessungen ermittelten Eigenschaften
fabrikneuer Kraftstoffinjektoren beruhen. Über die Lebensdauer
des Kraftstoffinjektors kommt es jedoch zu Verschleißerscheinungen
wie z. B. Verkokung (Zusetzung) von Einspritzöffnungen, sodass
sich zunehmend größere Abweichungen der real eingespritzten
Kraftstoffmenge von der gewünschten Einspritzmenge ergeben,
die der Ansteuerung durch das Steuergerät zugrunde liegt.
Da Art und Umfang der Verschleißerscheinungen nur begrenzt
vorhersehbar sind, können diese auch mittels mathematischer
Funktionen, die das Betriebsalter des Injektors berücksichtigen,
nicht oder nur unzureichend korrigiert werden.The
actual injection quantity of a fuel injector within
a drive cycle is usually in the operation of
Internal combustion engine by means of stored in a control unit
Maps determined that z. B. determined in laboratory measurements properties
brand new fuel injectors are based. Over the life
the fuel injector, however, it comes to signs of wear
such as B. coking (addition) of injection openings, so
increasingly larger deviations of the real injected
Amount of fuel from the desired injection amount,
which is based on the control by the control unit.
Because the nature and extent of the signs of wear is limited
predictable, they can also be mathematical
Functions that take into account the age of the injector,
not or only insufficiently corrected.
Die DE 10 2005 002 242
A1 offenbart ein Verfahren zum Betreiben einer Kraftstoff-Einspritzvorrichtung,
die ein von einem Piezoaktor über einen hydraulischen Koppler
angetriebenes Ventilelement umfasst. Gemäß dem
Verfahren wird aus dem Strom- und Spannungsverlauf am Piezoaktor
eine auf den Piezoaktor rückwirkende Kraft abgeleitet.
Ein Abfallen der Kraft wird als ein tatsächliches Schließen
des Ventilelements interpretiert und bei der Ansteuerung des Piezoaktors
berücksichtigt. Die zu erfassenden Strom- und/oder Spannungsänderungen
sind von dem wesentlich stärkeren Ansteuersignal des Piezoaktors überlagert,
sodass schon geringfügige Störungen des Ansteuersignals
die Beobachtung der Kraft beeinträchtigen können.
Zudem ist das Verfahren nicht anwendbar auf Typen von Kraftstoffinjektoren, bei
denen z. B. aufgrund eines zwischen Aktor und Ventilelement eingefügten
Schaltventils keine direkte Kraftrückwirkung des Ventilelements
auf den Aktor stattfindet.The DE 10 2005 002 242 A1 discloses a method of operating a fuel injector that includes a valve element driven by a piezoactuator via a hydraulic coupler. According to the method, a force acting on the piezoelectric actuator is derived from the current and voltage curve at the piezoelectric actuator. A drop in the force is interpreted as an actual closing of the valve element and taken into account in the control of the piezoelectric actuator. The current and / or voltage changes to be detected are superimposed by the considerably stronger drive signal of the piezoelectric actuator, so that even slight disturbances of the drive signal can impair the observation of the force. In addition, the method is not applicable to types of fuel injectors, in which z. B. due to an inserted between the actuator and valve element switching valve no direct force reaction of the valve element takes place on the actuator.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNGDISCLOSURE OF THE INVENTION
Die
Erfindung schafft ein Verfahren zum Ermitteln eines Endzeitpunkts
einer Kraftstoffeinspritzung eines Kraftstoffinjektors, welcher
ein von einem Aktor angetriebenes Ventilelement und einen mit dem
Aktor mechanisch gekoppelten Piezosensor aufweist. In einem Schritt
des Verfahrens wird ein Sensorsignal des Piezosensors erfasst. In
weiteren Schritten werden aus dem Sensorsignal ein durch ein Schließen
des Ventilelements hervorgerufenes Schallsignal, und aus dem Schallsignal
der Schließzeitpunkt des Ventilelements ermittelt. Unter
weiteren Gesichtspunkten schafft die Erfindung ein Computerprogrammprodukt
mit Programmanweisungen zur Durchführung des Verfahrens,
sowie eine Vorrichtung zum Ermitteln eines Endzeitpunkts einer Kraftstoffeinspritzung.
Die Vorrichtung enthält eine Erfassungseinheit, die ein
Sensorsignal des Piezosensors erfasst, einen Schallsignalermittler,
der aus dem Sensorsignal ein durch ein Schließen des Ventilelements
hervorgerufenes Schallsignal ermittelt, und einen Zeitpunktermittler,
der aus dem Schallsignal einen Schließzeitpunkt des Ventilelements
ermittelt.The
The invention provides a method for determining an end time
a fuel injection of a fuel injector, which
a driven by an actuator valve element and one with the
Actuator has mechanically coupled piezoelectric sensor. In one step
of the method, a sensor signal of the piezoelectric sensor is detected. In
Further steps are taken from the sensor signal by closing
the valve element caused sound signal, and from the sound signal
the closing time of the valve element determined. Under
In other aspects, the invention provides a computer program product
with program instructions for carrying out the procedure,
and an apparatus for determining an end time of fuel injection.
The device includes a detection unit that includes a
Sensor signal of the piezoelectric sensor detected, a sound signal detector,
from the sensor signal by closing the valve element
determined sound signal is determined, and a time average intermediary,
from the sound signal a closing time of the valve element
determined.
Dadurch,
dass der Schließzeitpunkt des Ventilelements mittels eines
Piezosensors bestimmt wird, der mechanisch mit dem Aktor gekoppelt
ist, ist das Signal des Piezosensors nicht vom Ansteuersignal des
Aktors überlagert und daher mit geringem schaltungstechnischen
Aufwand zuverlässig zu erfassen. Die mechanische Kopplung
mit dem Aktor erlaubt eine kostengünstige Ausführung
des Kraftstoffinjektors, da der Aktor in gleicher Technologie wie der
Piezosensor ausgeführt werden kann, z. B. in Form eines
Piezoaktors aus gestapelten Schichten eines piezoelektrischen Materials,
in den weitere Schichten des gleichen Materials integriert sind,
die den Piezosensor bilden. Ausführungen mit Aktoren in anderer
Technologie wie z. B. elektromagnetische Aktoren sind ebenfalls
möglich.Thereby,
that the closing time of the valve element by means of a
Piezo sensor is determined, which is mechanically coupled to the actuator
is, the signal of the piezoelectric sensor is not from the drive signal of the
Actors superimposed and therefore with little circuitry
To capture effort reliably. The mechanical coupling
with the actuator allows a cost-effective design
of the fuel injector, since the actuator in the same technology as the
Piezo sensor can be performed, for. B. in the form of a
Piezoactuator made of stacked layers of a piezoelectric material,
are integrated in the other layers of the same material,
which form the piezo sensor. Versions with actuators in other
Technology such as B. electromagnetic actuators are also
possible.
Dadurch,
dass ein Schallsignal aus dem Sensorsignal ermittelt wird, das den
Schließzeitpunkt des Ventilelements und damit den Endzeitpunkt
der Kraftstoffeinspritzung anzeigt, ist das erfindungsgemäße
Verfahren nicht auf Kraftstoffinjektoren mit direkter Kopplung zwischen
Aktor und Ventilelement beschränkt, sondern kann z. B.
auch mit Kraftstoffinjektoren verwendet werden, die ein Schaltventil
enthalten, das über einen hydraulischen Koppler mit einem
Aktor gekoppelt ist. Die mechanische Kopplung des Piezosensors an
den Aktor ermöglicht vorteilhaft, neben dem den Schließzeitpunkt
des Ventilelements anzeigenden Schallsignal noch weitere Teilsignale aus
dem Piezosensor zu ermitteln, die auf Kraftrückwirkungen
auf den Aktor und/oder weitere Schallereignisse zurückgehen
und eine weitergehende Überwachung und ggf. Regelung des
Kraftstoffinjektors ermöglichen. Beispielsweise kann, zusätzlich
zum über das Schallsignal ermittelten Schließzeitpunkt des
Einspritzventilelements, über ebenfalls aus dem Sensorsignal
ermittelte Kraftrückwirkungssignale das Öffnen
und/oder Schließen eines Schaltventils überwacht
werden, ohne das separate Schall- und Kraftrückwirkungssensoren
benötigt werden.Characterized in that a sound signal is determined from the sensor signal indicating the closing time of the valve element and thus the end time of the fuel injection, the inventive method is not limited to fuel injectors with direct coupling between actuator and valve element, but z. B. also be used with fuel injectors containing a switching valve which is coupled via a hydraulic coupler with an actuator. The mechanical coupling of the piezoelectric sensor to the actuator advantageously makes it possible, in addition to the sound signal indicating the closing time of the valve element, to determine further partial signals from the piezoelectric sensor, which are due to force repercussions on the actuator and / or further sound events and further monitoring and possibly regulation of the fuel injector enable. For example, in addition to On the basis of the sound signal determined closing time of the injection valve element, via the likewise detected from the sensor signal force feedback signals, the opening and / or closing of a switching valve are monitored without the separate sound and force feedback sensors are required.
Gemäß einer
bevorzugten Weiterbildung wird das Schallsignal aus dem Sensorsignal
durch Festlegen eines Zeitfensters ermittelt. Dies ist mit besonders
niedrigem Aufwand zu verwirklichen, z. B. in Steuergeräten,
die nur geringe Prozessor- und/oder Speicherkapazitäten
aufweisen.According to one
preferred development is the sound signal from the sensor signal
determined by setting a time window. This is special
to realize low expenditure, z. In control units,
the low processor and / or storage capacities
exhibit.
Gemäß einer
bevorzugten Weiterbildung ist weiterhin ein Schritt des Hochpassfilterns
des Sensorsignals vorgesehen. Auf diese Weise können niederfrequente
Anteile des Sensorsignals, die z. B. durch Kraftrückwirkungen
auf den mit dem Sensor gekoppelten Aktor entstehen, ausgefiltert
werden. Vorzugsweise erfolgt das Hochpassfiltern bei einer Grenzfrequenz
von ca. 20 kHz.According to one
preferred development is still a step of Hochpassfilterns
provided the sensor signal. In this way, low-frequency
Proportions of the sensor signal z. B. by force reactions
on the coupled to the sensor actuator, filtered out
become. Preferably, the high pass filtering occurs at a cutoff frequency
of about 20 kHz.
Gemäß einer
bevorzugten Weiterbildung ist weiterhin ein Schritt des Tiefpassfilterns
des Sensorsignals vorgesehen, wobei die Tiefpassfilterung besonders
effizient in Form einer Bandpassfilterung gemeinsam mit der Hochpassfilterung
durchgeführt werden kann. Vorzugsweise erfolgt das Tiefpassfiltern
bei einer Grenzfrequenz von ca. 60 kHz.According to one
preferred development is still a step of low-pass filtering
provided the sensor signal, the low-pass filtering especially
efficient in the form of bandpass filtering together with high pass filtering
can be carried out. The low-pass filtering preferably takes place
at a cutoff frequency of approx. 60 kHz.
Gemäß einer
bevorzugten Weiterbildung ist weiterhin ein Schritt des Quadrierens,
Betragnehmens oder/und Gleichrichtens des Sensorsignals vorgesehen.
Auf diese Weise wird das Schallsignal innerhalb des Sensorsignals
besonders gut nachweisbar.According to one
preferred development is still a step of squaring,
Betragnehmens and / or rectifying the sensor signal provided.
In this way, the sound signal within the sensor signal
particularly well detectable.
Gemäß einer
bevorzugten Weiterbildung ist weiterhin ein Schritt des Integrierens
des Sensorsignals vorgesehen. Vorzugsweise erfolgt das Ermitteln des
Einschlagzeitpunkts durch Auffinden eines Knicks im integrierten
Sensorsignal, d. h. eines Zeitpunkts, zu dem das integrierte Sensorsignal
eine plötzliche Änderung seiner Steigung über
der Zeit aufweist.According to one
preferred development is still a step of integrating
provided the sensor signal. Preferably, the determination of the
Impact time by finding a Knicks in the integrated
Sensor signal, d. H. at a time when the integrated sensor signal
a sudden change in his slope over
the time has.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Die
vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsformen
und beigefügten Figuren erläutert. Von den Figuren
zeigen:The
The present invention will be described below with reference to preferred embodiments
and attached figures. From the figures
demonstrate:
1 eine
schematische Darstellung eines Kraftstoffinjektors und einer Vorrichtung
zum Ermitteln eines Endzeitpunkts einer Kraftstoffeinspritzung gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung; 1 a schematic representation of a fuel injector and a device for determining an end time of a fuel injection according to an embodiment of the invention;
2 ein
Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Ermitteln eines Endzeitpunkts
einer Kraftstoffeinspritzung gemäß einer Ausführungsform; 2 a flowchart of a method for determining an end time of a fuel injection according to an embodiment;
3A ein
Diagramm, in dem ein erfasstes Sensorsignal eines Piezosensors über
der Zeit aufgetragen ist; 3A a diagram in which a detected sensor signal of a piezo sensor is plotted against time;
3B–D
Diagramme, in denen das Sensorsignal aus 3A nach
Ausführung jeweiliger Signalverarbeitungsschritte des Bandpassfilterns, Quadrierens
und Integrierens über der Zeit aufgetragen ist; 3B -D diagrams in which the sensor signal off 3A after performing respective signal processing steps of bandpass filtering, squaring and integrating over time;
4 ein
Diagramm, das das Auffinden eines Knicks in dem integrierten Sensorsignal
aus 3D darstellt; und 4 a diagram showing the finding of a Knicks in the integrated sensor signal 3D represents; and
5 ein
Funktionsschaubild eines Verfahrens zur Regelung einer realen Einspritzmenge
eines Kraftstoffinjektors. 5 a functional diagram of a method for controlling a real injection quantity of a fuel injector.
In
den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche
Elemente, soweit nicht explizit anders angegeben.In
the same reference numerals designate the same or functionally identical
Elements, unless explicitly stated otherwise.
AUSFÜHRUNGSFORMEN
DER ERFINDUNGEMBODIMENTS
THE INVENTION
1 zeigt
in einer schematischen Schnittansicht einen Kraftstoffinjektor 114 zum
Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer nicht dargestellten
Brennkraftmaschine, sowie in schematischer Blockdarstellung ein
Steuer- und/oder Regelgerät 100, das über
Leitungen 150, 152 mit dem Kraftstoffinjektor 114 verbunden
ist, um dessen Betrieb zu steuern bzw. zu regeln. 1 shows a schematic sectional view of a fuel injector 114 for injecting fuel into the combustion chamber of an internal combustion engine, not shown, and in a schematic block diagram, a control and / or regulating device 100 that via lines 150 . 152 with the fuel injector 114 is connected to control its operation.
Der
Kraftstoffinjektor 114 umfasst ein Gehäuse 122,
in dem ein nadelartiges Ventilelement 124 längsverschieblich
in einem Führungskanal 24 aufgenommen ist. Der
Führungskanal 24 ist eingangsseitig über
das Anschlussstück 26 an einen nicht dargestellten
Druckspeicher eines Common-Rail-Kraftstoffversorgungssystems eines
Kraftfahrzeugs angeschlossen. Alternativ kann das Einspritzventil 114 aber
auch Teil eines Kraftstoffversorgungssystems mit individuell bespeisten
Einspritzventilen sein. Zur Einstellung funktionsgerechter Druckverhältnisse beim
Betrieb des Einspritzventils 1 sind das Anschlussstück 26 mit
einer Zulaufdrossel 34 und der Führungskanal 24 mit
einer Ablaufdrossel 36 versehen. Das Ventilelement 124 weist
eine in Öffnungsrichtung wirkende, kegelmantelförmige
Druckschulter 126 auf, die in einem Druckraum 128 angeordnet ist,
der über einen oberhalb der Zulaufdrossel 34 vom Anschlussstück 26 abzweigenden
Zuführkanal 130 mit dem Kraftstoffdruckspeicher
verbunden ist. Im gezeigten geschlossenen Zustand des Ventilelements 124 sitzt
das Ventilelement 124 mit seinem in 1 nach unten
weisenden Ende in einem Ventilsitz 132 derart auf, dass
in den Ventilsitz 132 mündende Kraftstoffaustrittskanäle 142,
die im geöffneten Zustand den Druckraum 128 mit
dem Brennraum 112 verbinden, flüssigkeitsdicht
verschlossen sind.The fuel injector 114 includes a housing 122 in which a needle-like valve element 124 longitudinally displaceable in a guide channel 24 is included. The guide channel 24 is on the input side via the connection piece 26 connected to a pressure accumulator, not shown, of a common rail fuel supply system of a motor vehicle. Alternatively, the injection valve 114 but also be part of a fuel supply system with individually fueled injectors. For setting functional pressure conditions during operation of the injection valve 1 are the connector 26 with an inlet throttle 34 and the guide channel 24 with a drain throttle 36 Mistake. The valve element 124 has an acting in the opening direction, cone-shaped pressure shoulder 126 on that in a pressure room 128 is arranged, the one above the inlet throttle 34 from the connector 26 branching feed channel 130 is connected to the fuel pressure accumulator. In the closed state of the valve element shown 124 sits the valve element 124 with his in 1 down facing end in a valve seat 132 such on that in the valve seat 132 opening fuel outlet channels 142 that opened in th state the pressure chamber 128 with the combustion chamber 112 connect, are sealed liquid-tight.
Der
Kraftstoffinjektors 114 umfasst weiterhin einen im Gehäuse 122 angeordneten
säulenförmigen kombinierten Piezoaktor und -sensor 140, 141, an
dessen einem Ende ein Steuerkolben 138 befestigt ist. Das
dem Steuerkolben 138 gegenüberliegende Ende des
kombinierten Piezoaktors und -sensors 140, 141 ist
an einem das Gehäuse 122 des Kraftstoffinjektors 114 verschließenden
Deckel 6 abgestützt. Der Steuerkolben 138 schließt
mit seiner vom kombinierten Piezoaktor und -sensor 140, 141 abgewandten
Stirnfläche 9 einen hydraulischen Koppler 10 ab.
Der hydraulische Koppler 10 wirkt seinerseits auf einen
in einem Verbindungskanal 12 geführten Schaltkolben 14,
an dessen vom Koppler 10 abgewandtem Ende ein Verschließglied 16 angeordnet
ist. Dieses verschließt in einer ersten Schließposition, die
einer Ruheposition des kombinierten Piezoaktor und -sensors 140, 141 entspricht,
einen Schaltventilsitz 18 eines Steuerraumes 20,
der mit dem Führungskanal 24 verbundenen ist.The fuel injector 114 further includes one in the housing 122 arranged columnar combined piezoelectric actuator and sensor 140 . 141 , at one end of a control piston 138 is attached. That the control piston 138 opposite end of the combined piezoelectric actuator and sensor 140 . 141 is at one the housing 122 of the fuel injector 114 closing lid 6 supported. The control piston 138 closes with its combined piezo actuator and sensor 140 . 141 opposite end face 9 a hydraulic coupler 10 from. The hydraulic coupler 10 in turn acts on one in a connection channel 12 guided control piston 14 , at whose from the coupler 10 turned away end of a closure member 16 is arranged. This closes in a first closed position, the rest position of the combined piezoelectric actuator and sensor 140 . 141 corresponds to a switching valve seat 18 a control room 20 that with the guide channel 24 is connected.
Der
kombinierte Piezoaktor und -sensor 140, 141 weist
eine Vielzahl von Schichten geringer Dicke eines piezoelektrischen
Materials auf, die z. B. mit alternierender Ausrichtung ihrer Polarisationsachse säulenartig übereinander
gestapelt sind. Zwischen den gestapelten Schichten sind jeweils
dünne metallische Elektroden 162 eingefügt.
Ein im vorliegenden Ausführungsbeispiel überwiegender
Teil der gestapelten Schichten des kombinierten Piezoaktors und -sensors 140, 141 bildet
einen Piezoaktor 140, wobei die zwischen den Schichten
liegenden Elektroden 162 jeweils abwechselnd einer ersten 154 und
zweiten 155 Gruppe zugeordnet und innerhalb jeder Gruppe 154, 155 untereinander
elektrisch verbunden sind. Die erste 154 und zweite 155 Gruppe
werden durch zwei entsprechende, elektrisch voneinander isolierte
Zuleitungen kontaktiert, die an einer geeigneten Stelle durch eine
Bohrung 156 aus dem Gehäuse 122 des Kraftstoffinjektors 114 geführt
sind, um – in 1 der Übersichtlichkeit
halber dargestellt als einzelne Aktorzuleitung 150 – den
Piezoaktor 140 mit dem Steuergerät 100 zu
verbinden.The combined piezo actuator and sensor 140 . 141 has a plurality of layers of small thickness of a piezoelectric material, the z. B. with alternating orientation of their polarization axis are stacked like a column. Between the stacked layers are each thin metallic electrodes 162 inserted. A predominantly in the present embodiment, part of the stacked layers of the combined piezoelectric actuator and sensor 140 . 141 forms a piezoelectric actuator 140 , wherein the electrodes lying between the layers 162 alternately a first 154 and second 155 Group assigned and within each group 154 . 155 are electrically connected to each other. The first 154 and second 155 Group are contacted by two corresponding, electrically isolated leads, which at a suitable location through a hole 156 out of the case 122 of the fuel injector 114 are led to - in 1 for clarity, shown as a single Aktorzuleitung 150 - the piezo actuator 140 with the control unit 100 connect to.
Ein
weiterer Teil der im kombinierten Piezoaktor und -sensor 140, 141 gestapelten
Schichten des piezoelektrischen Materials bildet einen Piezosensor 141,
bei dem in gleicher Weise wie beim Piezoaktor 140 die zwischen
den Schichten angeordneten Elektroden 162 jeweils einer
ersten 158 und zweiten 160 Gruppe von Sensorelektroden
zugeordnet und innerhalb der jeweiligen Gruppe 158, 160 untereinander
verbunden sind. Wie die erste 154 und zweite 155 Gruppe
der Aktorelektroden, werden auch die erste 158 und zweite 160 Gruppe
der Sensorelektroden von zwei elektrisch getrennten Zuleitungen
kontaktiert, die – der Übersichtlichkeit halber in 1 dargestellt
als einzelne Sensorzuleitung 152 – durch eine
Bohrung 157 aus dem Gehäuse 122 des Kraftstoffinjektors 114 geführt
sind, um den Piezosensor 141 mit dem Steuergerät 100 zu
verbinden.Another part of the combined piezoelectric actuator and sensor 140 . 141 Stacked layers of the piezoelectric material forms a piezoelectric sensor 141 , in which in the same way as in the piezoelectric actuator 140 the electrodes arranged between the layers 162 each a first 158 and second 160 Assigned group of sensor electrodes and within each group 158 . 160 are interconnected. Like the first 154 and second 155 Group of actuator electrodes, also become the first 158 and second 160 Group of sensor electrodes of two electrically separated leads contacted, the - sake of clarity in 1 shown as a single sensor cable 152 - through a hole 157 out of the case 122 of the fuel injector 114 are guided to the piezo sensor 141 with the control unit 100 connect to.
Durch
die mechanische Anordnung des Piezoaktors 140 und des Piezosensors 141 in
Reihe innerhalb des kombinierten Piezoaktors und -sensors 140, 141 ist
der Piezosensor 141 mechanisch an den Piezoaktor 140 gekoppelt,
so dass bei Antrieb des Steuerkolbens 138 durch den Piezoaktor 140 Kraftrückwirkungen
auf den Piezoaktor 140 mit Hilfe des Piezosensors 141 erfasst
werden können. Weiterhin ermöglicht der mit dem
Piezoaktor 140 mechanisch gekoppelte Piezosensors 141,
Körperschallschwingungen zu erfassen, die z. B. durch die
Bewegung des Ventilelements 124 entstehen und über
das Gehäuse 122 in den kombinierten Piezoaktor
und -sensor 140, 141 geleitet werden.Due to the mechanical arrangement of the piezoelectric actuator 140 and the piezo sensor 141 in series within the combined piezo actuator and sensor 140 . 141 is the piezo sensor 141 mechanically to the piezoelectric actuator 140 coupled so that when driving the control piston 138 through the piezoelectric actuator 140 Force feedback on the piezoelectric actuator 140 with the help of the piezo sensor 141 can be detected. Furthermore, the allows with the piezoelectric actuator 140 mechanically coupled piezo sensors 141 To detect structure-borne sound vibrations, the z. B. by the movement of the valve element 124 arise and over the housing 122 in the combined piezo actuator and sensor 140 . 141 be directed.
Das
Steuergerät 100 umfasst eine Ansteuereinheit 120 zur
Ansteuerung des Kraftstoffinjektors 114, die über
die Aktorzuleitung 150 mit dem Piezoaktor 140 verbunden
ist, und eine Erfassungseinheit 102 zur Erfassung eines
von dem Piezosensor 141 abgegebenen Sensorsignals, die über
die Sensorzuleitung 152 mit dem Piezosensor 141 verbunden
ist. Das Steuergerät 100 umfasst ferner einen
Bandpassfilter 108 zur Filterung des von der Erfassungseinheit 102 erfassten
Sensorsignals entsprechend einem vorgegebenen Frequenzbereich wie
z. B. 20–60 kHz und eine Quadriereinheit 110 zum
Quadrieren des von dem Bandpassfilter 108 gefilterten Sensorsignals.
Ebenfalls enthalten im Steuergerät 100 sind eine
Integriereinheit 116 zum Integrieren des von der Quadriereinheit 110 quadrierten
Sensorsignals, ein Schallsignalermittler 104 zum Festlegen
eines Zeitfensters, innerhalb dessen ein Schließvorgang
des Ventilelements 124 und ein durch diesen hervorgerufenes
Schallsignal erfasst werden kann, sowie einen Zeitpunktermittler 106,
der aus dem von der Integrierein heit 116 bereitgestellten
integrierten Sensorsignal innerhalb des vom Schallsignalermittler 104 festgelegten,
das Schallsignal enthaltenden Zeitfensters den Schließzeitpunkt
des Ventilelements 124 ermittelt.The control unit 100 includes a drive unit 120 for controlling the fuel injector 114 via the actuator feeder 150 with the piezoelectric actuator 140 is connected, and a detection unit 102 for detecting one of the piezo sensor 141 emitted sensor signal via the sensor lead 152 with the piezo sensor 141 connected is. The control unit 100 further comprises a bandpass filter 108 for filtering of the detection unit 102 detected sensor signal corresponding to a predetermined frequency range such. B. 20-60 kHz and a squaring unit 110 for squaring of the bandpass filter 108 filtered sensor signal. Also included in the control unit 100 are an integrating unit 116 for integrating the from the squaring unit 110 squared sensor signal, a sound signal detector 104 for setting a time window, within which a closing operation of the valve element 124 and a sound signal caused by the same can be detected, and a time-average detector 106 which is the unit of the integration unit 116 provided integrated sensor signal within that of the sound signal detector 104 fixed, the sound signal containing time window the closing time of the valve element 124 determined.
Im
Betrieb des Kraftstoffinjektors 114 herrscht im Anschlussstück 26 ein
hoher Druck, der bei einem Common-Rail-System beispielsweise zwischen
200 und 1800 bar betragen kann. Dieser Druck wirkt gegen das Ventilelement 124 und
hält es geschlossen, so dass durch die Kraftstoffaustrittskanäle 142 kein
Kraftstoff austreten kann. Zu Beginn eines Einspritzzyklus steuert
die Ansteuereinheit 120 des Steuergeräts 100 den
Piezoaktor 140 des Kraftstoffinjektors 114 derart
an, dass sich seine Länge vergrößert.
In der Folge bewegt sich der Steuerkolben 138 in 1 nach
unten, in Richtung des hydraulischen Kopplers 10. Infolge
der dadurch bewirkten Druckerhöhung im Koppler 10 bewegt
sich auch der Schaltkolben 14 mit dem daran angeordneten
Verschließglied 16 in der in 1 abwärts
weisenden Richtung. Das Verschließglied 16 gibt
den Schaltventilsitz 18 frei und erlaubt den Abfluss des
Kraftstoffes aus dem Steuerraum 20 am Schaltkolben 14 vorbei. Hierdurch
baut sich der Druck im Führungskanal 24 ab, so
dass das Ventilelement 124 in Richtung auf den Steuerraum 20 zurückweicht
und den Ventilsitz 132 freigibt. Dieser Zeitpunkt markiert
den Beginn einer Kraftstoffeinspritzung, während derer
Kraftstoff aufgrund des im Druckraum 128 herrschenden Kraftstoffdrucks
durch die Kraftstoffaustrittskanäle 142 in den
Brennraum 112 eingespritzt wird.In operation of the fuel injector 114 prevails in the connection piece 26 a high pressure, which may be in a common rail system, for example, between 200 and 1800 bar. This pressure acts against the valve element 124 and keeps it closed so that through the fuel exit channels 142 no fuel can escape. At the beginning of an injection cycle controls the drive unit 120 of the control unit 100 the piezoelectric actuator 140 of the fuel injector 114 such that its length increases. As a result, the control piston moves 138 in 1 down, towards the hydraulic coupler 10 , As a result of this caused Pressure increase in the coupler 10 also moves the control piston 14 with the closing member arranged thereon 16 in the in 1 downwards direction. The closing link 16 gives the switching valve seat 18 free and allows the outflow of fuel from the control room 20 on the control piston 14 past. As a result, the pressure builds up in the guide channel 24 off, leaving the valve element 124 towards the control room 20 recedes and the valve seat 132 releases. This time marks the beginning of a fuel injection while the fuel is due to the pressure in the room 128 prevailing fuel pressure through the fuel outlet channels 142 in the combustion chamber 112 is injected.
Gleichzeitig
mit der Ansteuerung des Piezoaktors 140 durch die Ansteuereinheit 120 erfasst
die Erfassungseinheit 102 laufend das Sensorsignal des Piezosensors 141.
Das von dem Bandpassfilter 108 und der Quadriereinheit 110 laufend
weiterverarbeitete, gefilterte und quadrierte Sensorsignal steht
damit am Eingang der Integriereinheit 116 bereit. Die Ansteuereinheit 120 sendet
zu einem geeigneten Zeitpunkt, der z. B. gleichzeitig mit oder um
eine vorgegebene Zeitspanne vor oder nach dem Ansteuerzeitpunkt
des Piezoaktors 140 liegen kann, ein Signal an die Integriereinheit 116,
die daraufhin zurückgesetzt wird und beginnt, das ihr bereitgestellte
gefilterte und quadrierte Sensorsignal fortlaufend zu integrieren.Simultaneously with the activation of the piezo actuator 140 through the drive unit 120 captures the capture unit 102 running the sensor signal of the piezo sensor 141 , That of the bandpass filter 108 and the squaring unit 110 continuously processed, filtered and squared sensor signal is thus at the input of the integrating unit 116 ready. The drive unit 120 sends at a suitable time, the z. B. simultaneously with or for a predetermined period of time before or after the drive time of the piezoelectric actuator 140 can be a signal to the integrator 116 , which is then reset and begins to continuously integrate the filtered and squared sensor signal provided to it.
Nach
einer von der Ansteuereinheit 120 berechneten Zeit, während
derer das Ventilelement 124 seine zurückweichende,
in 1 nach oben gerichtete Bewegung fortsetzt, steuert
die Ansteuereinheit 120 den Piezoaktor 140 derart
an, dass sich seine Länge wieder verringert. In der Folge
bewegen sich der Steuerkolben 138 und der über
den hydraulischen Koppler 10 an diesen gekoppelte Schaltkolben 14 wieder
in 1 nach oben, so dass das Verschließglied 16 den
Schaltventilsitz 18 verschließt. Dies unterbindet
den Abfluss des Kraftstoffes aus dem Steuerraum 20, sodass
der Druck im Steuerraum 20 und im Führungskanal 24 wieder
ansteigt. Der Druckanstieg beschleunigt das Ventilelement 124 in
der in 1 abwärts weisenden Richtung, so dass
sich das Ventilelement 124 wieder in Richtung auf seinen
Sitz 132 zu bewegt, bis es – gegenüber dem
Ende der Ansteuerdauer um eine Laufzeit verzögert – mit
seiner Spitze in den Ventilsitz 132 einschlägt
und die Kraftstoffaustrittskanäle 142 verschließt.
Das Einschlaggeräusch des Ventilelements 124 in
den Ventilsitz 132 breitet sich als Körperschallsignal
unter anderem durch das Gehäuse 122 des Kraftstoffinjektors
bis zum Piezosensor 141 aus, so dass es als Teil des Sensorsignals
registrierbar ist.After one of the drive unit 120 calculated time during which the valve element 124 his receding, in 1 continues upward movement controls the drive unit 120 the piezoelectric actuator 140 such that its length decreases again. As a result, move the control piston 138 and the via the hydraulic coupler 10 at this coupled control piston 14 in again 1 upwards, so that the closing link 16 the switching valve seat 18 closes. This prevents the outflow of fuel from the control room 20 so the pressure in the control room 20 and in the guide channel 24 rises again. The increase in pressure accelerates the valve element 124 in the in 1 downward direction, so that the valve element 124 back towards his seat 132 to move until it - delayed from the end of the Ansteuerdauer by a term - with its tip in the valve seat 132 turns and the fuel outlet channels 142 closes. The impact sound of the valve element 124 in the valve seat 132 propagates as structure-borne sound signal, inter alia, through the housing 122 of the fuel injector to the piezo sensor 141 so that it can be registered as part of the sensor signal.
Die
Ansteuereinheit 120 teilt dem Schallsignalermittler 104 den
Zeitpunkt mit, zu dem sie den Piezoaktor 140 zum Schließen
des Ventilelements 124 ansteuert. Beispielsweise kann das
von der Ansteuereinheit 120 zum Ansteuern des Piezoaktors 140 erzeugte
Signal auch dem Schallsignalermittler 104 bereitgestellt
werden. Auf Grundlage der erhaltenen Information berechnet der Schallsignalermittler 104 ein Zeitfenster,
innerhalb dessen der tatsächliche Schließvorgang
des Ventilelements 124 zu erwarten ist und das von der
Erfassungseinheit 102 erfasste Sensorsignal ein durch den
Schließvorgang hervorgerufenes Schallsignal enthält.
Der Schallsignalermittler 104 teilt dieses Zeitfenster
dem Zeitpunktermittler 106 mit, der das von der Integriereinheit 116 bereitgestellte
gefilterte, quadrierte und integrierte Sensorsignal, welches das
vom Einschlag des Ventilelements 124 hervorgerufene Schallsignal
in verarbeiteter Form enthält, auf das Vorhandensein eines plötzlichen
Anstiegs bzw. Knicks im zeitlichen Verlauf hin untersucht und aus
dessen zeitlicher Position innerhalb des Zeitfensters den tatsächlichen
Schließzeitpunkt des Ventilelements 124 ermittelt.
Da zum Schließzeitpunkt des Ventilelements 124 die
Kraftstoffaustrittskanäle 142 vollständig
verschlossen werden und nur noch geringe Kraftstoffmengen, die sich
unterhalb des Schließelements 124 z. B. in den Kraftstoffaustrittskanälen 142 selbst
befinden, in den Brennraum 112 gelangen können,
ist der Schließzeitpunkt des Ventilelements 124 wesentlich
mit dem Endzeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung identisch.The drive unit 120 tells the sound signal detector 104 the time when they use the piezoelectric actuator 140 for closing the valve element 124 controls. For example, that of the drive unit 120 for controlling the piezo actuator 140 signal generated also the sound signal detector 104 to be provided. Based on the obtained information, the sound signal determiner calculates 104 a time window within which the actual closing operation of the valve element 124 is to be expected and that of the registration unit 102 detected sensor signal contains a caused by the closing process sound signal. The sound signal detector 104 shares this time slot with the time-center investigator 106 with that of the integrator 116 provided filtered, squared and integrated sensor signal, which reflects the impact of the valve element 124 contains processed sound signal in processed form, examined for the presence of a sudden increase or Knicks over time and out of its time position within the time window, the actual closing time of the valve element 124 determined. Since the closing time of the valve element 124 the fuel outlet channels 142 be completely closed and only small amounts of fuel that are below the closing element 124 z. B. in the fuel outlet channels 142 yourself, in the combustion chamber 112 can reach, is the closing time of the valve element 124 substantially identical to the end time of the fuel injection.
Der
Zeitpunktermittler 106 teilt den ermittelten Endzeitpunkt
der Kraftstoffeinspritzung der Ansteuereinheit 120 mit,
gegebenenfalls nach Korrektur für nach dem Schließen
des Ventilelements 124 noch in den Brennraum 112 abfließende
Kraftstoffreste und/oder eine Laufzeit des Körperschalls
vom Ventilsitz 132 zum Piezosensor 141. Dies ermöglicht
der Ansteuereinheit 120, eventuelle Abweichungen des tatsächlichen
Schließzeitpunkts des Ventilelements 124 vom erwarteten
Schließzeitpunkt bei der Berechnung von Ansteuersignalen
zukünftiger Kraftstoffeinspritzungen zu berücksichtigen
und so eine besonders exakte Platzierung des Einspritzendes zu erreichen.The time interpreter 106 divides the determined end time of the fuel injection of the drive unit 120 with, if necessary after correction for after closing the valve element 124 still in the combustion chamber 112 outflowing fuel residues and / or a duration of structure-borne noise from the valve seat 132 to the piezo sensor 141 , This allows the drive unit 120 , possible deviations of the actual closing time of the valve element 124 to be considered by the expected closing time in the calculation of drive signals of future fuel injections and thus to achieve a particularly accurate placement of the end of injection.
2 zeigt
ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Ermitteln eines Endzeitpunkts
einer Kraftstoffeinspritzung in den Brennraum einer Brennkraftmaschine,
die mittels eines Kraftstoffinjektors wie z. B. dem in 1 dargestellten
Kraftstoffinjektor 114 vorgenommen wird, der ein von einem
Aktor angetriebenes Ventilelement und einen mechanisch mit dem Aktor
gekoppelten Piezosensor aufweist. In Schritt 200 wird ein
von dem Piezosensor abgegebenes Sensorsignal erfasst, das unterschiedliche
Teilsignale enthalten kann, die z. B. sowohl auf Kraftrückwirkungen
auf den Aktor während der Ansteuerung des Kraftstoffinjektors
als auch auf als Körperschall im Piezosensor registrierte
Arbeitsgeräusche des Kraftstoffinjektors zurückzuführen
sind. 2 shows a flowchart of a method for determining an end time of a fuel injection in the combustion chamber of an internal combustion engine, which by means of a fuel injector such. B. the in 1 illustrated fuel injector 114 is made, which has a driven by an actuator valve element and a piezoelectric sensor mechanically coupled to the actuator. In step 200. a sensor signal emitted by the piezoelectric sensor is detected, which may contain different partial signals, the z. B. due to force reactions on the actuator during the activation of the fuel injector as well as registered as structure-borne noise in the piezoelectric sensor operating noise of the fuel injector.
In
Schritt 202 wird aus dem in Schritt 200 erfassten
Sensorsignal ein Schallsignal ermittelt, das durch einen tatsächlichen
Schließvorgang des Ventilelements im Kraftstoffinjektor
hervorgerufen ist. Dies kann z. B. durch Festlegen eines Zeitfensters
erfolgen, in dem aufgrund des bekannten Ansteuersignals des Aktors,
der mechanischen Eigenschaften des Ventilelements und/oder weiterer
Daten wie z. B. der aktuellen Kraftstofftemperatur der tatsächliche Schließvorgang
und ein diesen anzeigendes Schallsignal im Sensorsignal erwartet
werden. Alternativ kann das Schallsignal aus dem Sensorsignal z.
B. durch Mustererkennung ermittelt werden.In step 202 will be out of step in 200. detected sensor signal determines a sound signal, which is caused by an actual closing operation of the valve element in the fuel injector. This can be z. B. by setting a time window in which due to the known drive signal of the actuator, the mechanical properties of the valve element and / or other data such. B. the current fuel temperature of the actual closing operation and a sound signal indicating this signal to be expected in the sensor signal. Alternatively, the sound signal from the sensor signal z. B. be determined by pattern recognition.
In
Schritt 204 wird das aus dem erfassten Sensorsignal ermittelte
Schallsignal bandpassgefiltert, z. B. in einem Frequenzbereich von
20–60 kHz, wobei dieser Frequenzbereich zweckmäßig
so gewählt werden kann, dass noch aus dem Sensorsignal vorhandene
Frequenzanteile, die überwiegend nicht auf vom Sensor aufgenommenen
Körperschall oder nicht auf den tatsächlichen
Schließvorgang des Ventilelements zurückgehen,
unterdrückt werden.In step 204 the detected from the detected sensor signal sound signal is bandpass filtered, z. B. in a frequency range of 20-60 kHz, this frequency range can be suitably chosen so that even from the sensor signal existing frequency components, which are not predominantly due to recorded by the sensor structure-borne sound or not on the actual closing operation of the valve element, are suppressed.
In
Schritt 206 wird das gefilterte Schallsignal quadriert,
oder alternativ die Betragsfunktion des Schallsignals ermittelt,
so dass das resultierende Signal keine negativen Werte als Funktion
der Zeit mehr aufweist. In Schritt 208 wird dieses resultierende
Signal integriert, ausgehend von einer festen unteren Grenze eines
Zeitintervalls, z. B. dem Anfangszeitpunkt eines in Schritt 202 zur
Ermittlung des Schallsignals gewählten Zeitfensters, um
so zu einer Stammfunktion des aus in Schritt 206 resultierenden Signals
zu gelangen.In step 206 the filtered sound signal is squared, or alternatively the absolute value function of the sound signal is determined so that the resulting signal no longer has negative values as a function of time. In step 208 this resulting signal is integrated starting from a fixed lower limit of a time interval, e.g. B. the start time of one in step 202 for determining the sound signal selected time window, so as to a parent function of in step 206 to arrive at the resulting signal.
In
Schritt 210 wird der Schließzeitpunkt des Ventilelements
aus dem Schallsignal ermittelt. Dies erfolgt z. B. durch Detektieren
eines plötzlichen Anstiegs des Funktionswerts der in Schritt 208 ermittelten
Stammfunktion im Zeitfenster des Schallsignals, und Ausgeben des
Zeitpunkts, an dem dieser plötzliche Anstieg detektiert
wird.In step 210 the closing time of the valve element is determined from the sound signal. This is done z. By detecting a sudden increase in the value of the function in step 208 determined parent function in the time window of the sound signal, and outputting the time at which this sudden increase is detected.
Die
Erfassung und Aufbereitung eines beispielhaften Sensorsignals soll
nun anhand von in 3A bis D gezeigten Diagrammen
erläutert werden, die jeweils einen Signalverlauf über
der Zeit wiedergeben. Die dargestellten Signalverläufe
beziehen sich auf einen Kraftstoffinjektor mit einem Ventilelement
in Form einer Ventilnadel, das hydraulisch durch einen Druck in
einem Steuerraum geöffnet oder geschlossen werden kann,
wobei der Druck im Steuerraum durch ein Schaltventil beeinflusst
ist, das über einen hydraulischen Koppler von einem Piezoaktor
angetrieben wird. Wie bei dem in 1 dargestellten
Kraftstoffinjektor 114 ist der Piezoaktor mechanisch mit
einem Piezosensor gekoppelt.The detection and processing of an exemplary sensor signal will now be based on in 3A to D diagrams are shown, each representing a waveform over time. The signal curves shown relate to a fuel injector with a valve element in the form of a valve needle, which can be hydraulically opened or closed by a pressure in a control chamber, wherein the pressure in the control chamber is influenced by a switching valve, which is driven by a piezoelectric actuator via a hydraulic coupler becomes. As with the in 1 illustrated fuel injector 114 the piezoelectric actuator is mechanically coupled to a piezoelectric sensor.
3A zeigt
das vom Piezosensor abgegebene, erfasste Sensorsignal 302,
aufgetragen über der Zeit innerhalb eines der Länge
der Zeitachse 306 entsprechenden Zeitintervalls, in dem
eine einzelne, beispielhafte Kraftstoffeinspritzung abläuft.
Die vertikale Achse 308 des Diagramms gibt in willkürlichen Einheiten
die elektrischen Spannungswerte des Sensorsignals an. Im Sensorsignal 302 deutlich
erkennbar ist die Ansteuerung 310 des Piezoaktors zum Zeitpunkt
t = 0,5 ms durch einen nahezu senkrechten Spannungsanstieg, der
auf eine Kraftrückwirkung auf den Piezoaktor zurückzuführen
ist, die der mit dem Piezoaktor gekoppelte Piezosensor aufnimmt.
Nach Ablauf einer Ansteuerdauer von 0,5 ms wird der Aktor bei t
= 1 ms wieder entladen; auch diese Entladung 312 ist aufgrund
einer Kraftrückwirkung im Sensorsignal 302 erkennbar.
Bei t ≈ 1,5 ms sind drei kleinere Maxima im Sensorsignal 302 sichtbar,
die ein vom Piezosensor aufgenommenes Körperschallsignal 300 darstellen,
das durch den Einschlag des Ventilelements des Kraftstoffinjektors
in seinen Sitz verursacht ist und daher das tatsächliche
Schließen des Ventilelements markiert. Das Schallsignal 300 kann innerhalb
des Sensorsignals 302 dadurch aufgefunden werden, dass
das Sensorsignal in einem z. B. ab dem Ansteuerbeginn 310 und/oder
Ansteuerende 312 des Piezoaktors festgelegten Zeitfenster 304 betrachtet
wird. 3A shows the sensor signal emitted by the piezo sensor 302 plotted versus time within one of the length of the timeline 306 corresponding time interval in which a single, exemplary fuel injection expires. The vertical axis 308 of the diagram indicates in arbitrary units the electrical voltage values of the sensor signal. In the sensor signal 302 clearly recognizable is the control 310 of the piezoelectric actuator at the time t = 0.5 ms by a nearly vertical voltage increase, which is due to a force feedback on the piezoelectric actuator, which receives the piezoelectric sensor coupled to the piezoelectric actuator. After expiry of a control period of 0.5 ms, the actuator is discharged again at t = 1 ms; also this discharge 312 is due to a force feedback in the sensor signal 302 recognizable. At t ≈ 1.5 ms, there are three smaller maxima in the sensor signal 302 visible, which is recorded by the piezoelectric sensor structure-borne sound signal 300 represented by the impact of the valve element of the fuel injector in its seat and therefore marks the actual closing of the valve element. The sound signal 300 can be within the sensor signal 302 be found that the sensor signal in a z. B. from the start of control 310 and / or Ansteuerende 312 of the piezo actuator specified time window 304 is looked at.
3B zeigt
im selben Zeitintervall ein gefiltertes Signal 316, das
aus dem in 3A gezeigten Sensorsignal 302 durch
Bandpassfilterung mittels eines Butterworth-Filters B. Ordnung entsprechend
einem Frequenzband von 20–60 kHz gewonnen wurde, um das
Schallsignal 300 deutlicher aus dem Rauschen hervorzuheben. 3B shows a filtered signal in the same time interval 316 that from the in 3A shown sensor signal 302 was obtained by bandpass filtering by means of a Butterworth filter B. order corresponding to a frequency band of 20-60 kHz, to the sound signal 300 to emphasize more clearly from the noise.
3C zeigt,
ebenfalls im selben Zeitintervall, ein quadriertes Signal 320,
das aus dem gefilterten Signal 316 aus 3B durch
Quadrieren gewonnen wurde, wobei die senkrechte Achse 322 die
quadrierten Spannungswerte in willkürlichen Einheiten anzeigt. 3C shows, also in the same time interval, a squared signal 320 that from the filtered signal 316 out 3B was obtained by squaring, with the vertical axis 322 displays the squared voltage values in arbitrary units.
3D zeigt,
im selben Zeitintervall, ein integriertes Signal 324, das
aus dem in 3C gezeigten quadrierten Signal 320 durch
Berechnen eines unbestimmten Integrals des Funk tionsverlaufs des quadrierten
Signals 320 über der Zeit gewonnen ist. Die senkrechte
Achse 328 zeit die quadrierten und integrierten Spannungswerte
in willkürlichen Einheiten an. Der Ansteuerbeginn 310,
das Ansteuerende 312 und das den Schließzeitpunkt
des Ventilelements anzeigende Schallsignal 300 sind jeweils
als Knicke im Funktionsverlauf des integrierten Signals 324 zu
erkennen, wobei der im Zeitfenster 304 Knick 326 des Schallsignals 300 den
Schließzeitpunkt des Ventilelements markiert. 3D shows, in the same time interval, an integrated signal 324 that from the in 3C shown squared signal 320 by calculating an indefinite integral of the function waveform of the squared signal 320 gained over time. The vertical axis 328 time the squared and integrated voltage values in arbitrary units. The start of tax 310 , the driving end 312 and the sound signal indicating the closing time of the valve element 300 are each as kinks in the function of the integrated signal 324 to recognize, where in the time window 304 kink 326 the sound signal 300 marks the closing time of the valve element.
4 illustriert
eine beispielhafte Vorgehensweise, mit der aus einem aufbereiteten
Schallsignal wie dem integrierten Sensorsignal 324 im Zeitfenster 304 aus 3D die
zeitliche Position eines Knicks 326 und damit der Schließzeitpunkt
des Ventilelements ermittelt werden kann. Hierfür werden zwei
zeitliche Evaluationsintervalle 400, 402 geeigneter
Länge vorgegeben, die über das aufbereitete Sensorsignal 324 gelegt
werden. Die vorderen und hinteren Schnittpunkte der Evaluationsintervalle 400, 402 mit
dem Signal 324 dienen als Stützpunkte für
jeweils eine von zwei Geraden 404, 406. Die Unterschiede
der jeweiligen Geradensteigungen und der Schnittpunkt der Geraden 404, 406 werden
gespeichert, und die beiden Evaluationsintervalle 400, 402 werden
auf der Zeitachse 306 um ein geeignetes Inkrement von z.
B. 1 μs nach rechts verschoben. Dies wird solange wiederholt,
bis ein gesamter für die Ermittlung des Knicks 326 festgelegter
Bereich wie das Zeitfenster 304 (vgl. 3D)
bearbeitet ist. Der gesuchte Knick 326 liegt an der Stelle,
an der die zugehörigen gespeicherten Werte der Steigungen
der Geraden 404, 406 den größten
Unterschied aufweisen. 4 illustrates an exemplary procedure with which a processed sound egg signal as the integrated sensor signal 324 in the time window 304 out 3D the temporal position of a break 326 and thus the closing time of the valve element can be determined. For this purpose, two temporal evaluation intervals 400 . 402 given the appropriate length, via the processed sensor signal 324 be placed. The front and back intersections of the evaluation intervals 400 . 402 with the signal 324 serve as bases for each one of two lines 404 . 406 , The differences of the respective line slopes and the intersection of the lines 404 . 406 are stored, and the two evaluation intervals 400 . 402 be on the timeline 306 to a suitable increment of z. B. 1 μs shifted to the right. This is repeated until an entire for the determination of the Knicks 326 fixed area like the time window 304 (see. 3D ) is processed. The sought kink 326 is at the location where the associated stored values of the slopes of the line 404 . 406 have the biggest difference.
Da
die Erschütterung des Ventilkörpers beim Schließen
des Ventilelements als Schallwellen über den Injektorkörper
an den Piezosensor geleitet wird, kann zur Ermittlung des tatsächlichen
Schließzeitpunkts, ausgehend von der ermittelten Position
des Knicks 326, noch durch Berücksichtigung der
Ausbreitungsgeschwindigkeit des Körperschalls im Injektorkörper
korrigiert werden.Since the vibration of the valve body when closing the valve element is passed as sound waves through the injector to the piezoelectric sensor, can be used to determine the actual closing time, starting from the determined position of the bend 326 , Be corrected by taking into account the propagation velocity of structure-borne noise in the injector body.
5 illustriert
in einem Funktionsschaubild die Verwendung eines wie oben beschriebenen
Verfahrens, bei dem der tatsächliche Endzeitpunkt einer Kraftstoffeinspritzung
eines Kraftstoffinjektors ermittelt wird, zur Regelung einer realen
Einspritzmenge 600 des Kraftstoffinjektors. Ausgehend von
einer für den Betrieb einer Brennkraftmaschine gewünschten Einspritzmenge 604 wird
eine Ansteuerdauer 606 des den Kraftstoffinjektor antreibenden
Aktors derart festgelegt, dass aufgrund zum Festlegungszeitpunkt bekannter
Eigenschaften des Kraftstoffinjektors zu erwarten ist, dass der
Kraftstoffinjektor bei Ansteuerung mit der festgelegten Ansteuerdauer 606 die
gewünschte Einspritzmenge in den Brennraum der Brennkraftmaschine
einspritzen wird. 5 11 illustrates in a functional diagram the use of a method as described above, in which the actual end time of a fuel injection of a fuel injector is determined, for the regulation of a real injection quantity 600 of the fuel injector. Starting from a desired for the operation of an internal combustion engine injection quantity 604 becomes a drive time 606 of the fuel injector driving actuator set such that due to the determination time known properties of the fuel injector is expected that the fuel injector when driven with the specified drive time 606 the desired injection quantity will be injected into the combustion chamber of the internal combustion engine.
Ein
Verschleiß 608 des Ventilelements und/oder des
zugehörigen Ventilsitzes des Kraftstoffinjektors durch
Verkokung, Ausdengeln usw. wirkt als Störgröße
auf den Schließzeitpunkt 610 ein, so dass der
tatsächliche Schließzeitpunkt 610 von
dem bei der Festlegung der Ansteuerdauer 606 beabsichtigten
Wert abweichen kann. Der tatsächliche Schließzeitpunkt 610 wird
nun mittels eines wie oben beschriebenen Verfahrens ermittelt und über
ein Regelglied 602 bei der Festlegung der Ansteuerdauer 606 zukünftiger
Einspritzungen berücksichtigt, um auf diese Weise die durch
den Verschleiß 608 bedingten Änderungen
der realen Einspritzmenge 600 zu kompensieren.A wear 608 the valve element and / or the associated valve seat of the fuel injector by coking, Ausdengeln, etc. acts as a disturbance to the closing time 610 a, so the actual closing time 610 from that in the determination of the driving time 606 intended value may differ. The actual closing time 610 is now determined by means of a method as described above and via a control element 602 in the determination of the driving time 606 future injections are taken into account, in this way by the wear 608 conditional changes in the actual injection quantity 600 to compensate.
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-
- DE 102005002242
A1 [0004] - DE 102005002242 A1 [0004]