WO2012038543A1 - Determining the closing time of a control valve of an indirectly driven fuel injector - Google Patents
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F02D2041/2055—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils characterised by the control of the circuit with means for determining actual opening or closing time
Definitions
- the present invention relates to the technical field of the control of indirectly driven Kraftstoffin ectors.
- the present invention relates to a method for determining the closing time of a control valve of an indirectly driven one having a coil drive
- the present invention further relates to a corresponding device and a computer program for determining the closing time of a coil drive having a control valve indirectly driven
- a so-called solenoid actuator controls the valve piston of a control or injection valve.
- Servo valve with which the pressure conditions between a control room and a valve room are influenced.
- the movement of the valve needle of the fuel injector is determined by the prevailing force relationships, which are determined by a spring and the pressures in the control chamber and in the valve chamber.
- FIG. 6 shows a schematic representation of such an indirectly driven fuel injector 600.
- the fuel injector 600 has an outer housing 602 and an inner housing 604. Within the inner housing 604 is a slidably mounted valve needle 610, which is biased by a spring 612. This spring urges the valve needle 610 down, so that in an initial state, an off ⁇ opening 614 of the Kraftstoffinj ector is closed 600th
- Control drive 620 includes a solenoid 622 located within an iron yoke 624.
- the control drive 620 further comprises a piston 630 and an armature 630, which is displaceably mounted and between a through a lower stop surface of the iron yoke 624 and a seat 632 of
- Control valve 620 can be moved.
- the piston 630 is mechanically coupled via a coupling element 628 with a spring 626.
- the spring 626 is located inside the solenoid 622.
- the fuel injector 600 further has a control chamber 642, which is connected via a high pressure line 640 to a common rail system 650. On the rail system, a pressure sensor 652 is mounted, with which the pressure in the rail system can be monitored by a control unit, not shown.
- the control chamber 642 is connected via a thin channel, not shown in Figure 6 with a valve chamber 644. Through this channel, fuel can flow at a relatively low flow rate.
- the control chamber 642 is further connected to (a) via a line not provided with a reference numeral and (b) via the control valve 620 to a low-pressure line 646.
- the low-pressure line is often referred to as leakage system 646.
- the solenoid 622 is energized by applying a voltage U_Solenoid.
- the arrival control of the solenoid 622 may, for example, current carried ⁇ regulated.
- the current generates a magnetic force (in FIG. 6 denoted by F_solenoid), which acts on the piston 630 of the control valve 620.
- F_solenoid a magnetic force
- the force exerted by the spring 626 in Figure 6 designated F_Feder
- the 620 fixed in the non-energized case in the ge ⁇ closed position overcomes the control valve, the piston 630 in the direction of the solenoid 622 and the lower stop surface of the iron yoke 624 accelerates.
- control valve 620 is opened and the high-pressure fuel can escape from the control chamber 642 in the low pressure line 646.
- the resulting pressure difference between the pressure in the 644 valve space and the pressure in the control chamber 642 then accelerates the valve needle 610 of the fuel injector 600 upward and the outlet opening 614 is released.
- the current flow through the solenoid 622 is interrupted.
- the magnetic force builds up, and as soon as the magnetic force exceeds the force of spring 626 under ⁇ , the valve piston of the control valve 620 is accelerated in the closing position down.
- the high pressure in the control chamber 642 is rebuilt and the valve needle 610 of the fuel injector 600 is accelerated down to the closed position.
- the amount of fuel to be injected thus depends directly on the control of the control valve 620.
- the dynamic behavior of the control valve 620 is then mainly influenced by the opening and closing operation ⁇ . Tolerances in the opening and closing behavior of the control valve 620 lead directly to a dispersion of the injection quantity.
- the opening process is characterized by the temporal force build-up of the solenoid 622 and the iron yoke 624 on the piston 630 and the spring force of the spring 626 counteracting this force build-up.
- the force build-up is again due to the geo ⁇ metric dimensions of the actuator (solenoid 622 and iron yoke 624), the electrical and / or magnetic parameters of
- Solenoids 622 and essentially determined by the excitation current or by the gradient of the excitation current through the solenoid 622.
- I is the current through the solenoid 622
- A is the cross-sectional area of the solenoid 622
- l Fe is the length of the magnetic field lines in the iron yoke 624.
- control valve 620 is still strongly affected by parasitic effects. These include u.a.
- the invention has the object to improve the quantity accuracy of indirectly driven Kraftstoffin ectors.
- Fuel ector described which is suitable in particular for a control valve of an indirectly driven diesel fuel ⁇ injector for an internal combustion engine of a motor vehicle.
- the described method comprises (a) switching off a current flow through a coil of the Spulenan ⁇ drive, so that the coil is de-energized, (b) detecting a time course of an induced voltage in the currentless coil, wherein the induced voltage by decaying eddy currents (c) evaluating the detected time history of the voltage induced in the coil, and (d) determining the closing time based on the evaluated time course ,
- the described closing timing detection method is based on the recognition that a problem caused by the movement of the Mag ⁇ netankers by induction voltage signal can be used in the coil of the coil drive of the control valve to order the sequence of movement of the armature to CHARACTERI ⁇ Sieren and from the closing time of the control valve to investigate.
- the voltage signal in the coil caused by the movement due to the remanent magnetic field of the magnet armature is typically greatest when the magnet armature is located immediately before its stop or closed position. This is because in the de-energized state of the coil immediately before the stop of the moving magnet armature, the relative speed between the magnet ⁇ anchor and the coil is maximum.
- the voltage curve in the currentless coil of the control valve of the indirectly driven Kraftstoffin ektors indu ⁇ ed voltage is thus determined at least partially by the movement of the armature.
- the proportion can be determined, at least to a good approximation, based on the relative movement between the armature and the coil. In this way, information about the course of motion is automatically obtained, which allow accurate conclusions about the time of the maximum speed and thus also about the time of closing the valve.
- the voltage induced by the speed change of the control valve armature in the coil of the coil drive is detected to detect the closing operation of the control valve and the exact closing time of the control valve, which is often referred to as a servo valve, is determined from the course of this voltage.
- the spool drive of the control valve is often referred to as a servo drive and / or solenoid drive.
- the coil of the coil drive is often referred to as a solenoid.
- the period of time within which the coil of the coil drive of the control valve is de-energized is often referred to as free-running phase.
- the described method has the advantage that it can be carried out online in an engine control unit. If, for example, the closing behavior of the control valve and thus also the dynamics and the injection quantities of the entire fuel injector change, it can be described with reference to FIG.
- Closing time detection method detects this change automatically and compensated by a correspondingly modified control in a suitable manner.
- the evaluation comprises calculating the first time derivative and / or the second time derivative of the detected time profile of the voltage induced in the coil.
- the closing time can be determined by the occurrence of a local minimum or maximum or by the occurrence of a point of inflection in the detected time profile of the voltage induced in the coil. These characteristic points in the voltage curve can be detected with a particularly high accuracy by the described evaluation of a curve, which corresponds to the first and / or the second time derivative of the actually measured voltage curve. It should be noted that, according to the application, further time derivatives can also be used and / or taken into account in the above-described evaluation of the recorded time profile of the voltage induced in the coil.
- the evaluation of the detected time profile of the voltage induced in the coil comprises a comparison of the detected time profile of the voltage induced in the coil with a reference voltage profile.
- the reference voltage curve can be chosen such that it describes the proportion of the induced voltage, which is caused by decaying eddy currents in the magnetic circuit.
- the reference voltage curve can be determined individually for each fuel injector and preferably in a defined operating state of the fuel injector.
- the comparison comprises a difference between (a) the detected time profile of the voltage induced in the currentless coil and (b) the reference voltage profile.
- the actual closing time of the control valve may be correlated with a local maximum or a local minimum in the curve obtained by the subtraction.
- the method further comprises determining the reference voltage profile.
- This determination of the reference voltage curve points in turn to (a) acting on the coil with at least one reference voltage pulse having a pulse duration and a pulse height, which are dimensioned such that the control valve is just opened so short that due to the hydraulic delay within the indirectly driven fuel ⁇ injector (b) measuring the time course of an induced in the electroless coil by decaying eddy currents in the magnetic circuit and by a movement of the armature voltage, the measured time course of the is determined ⁇ reference clamping voltage gradient.
- This has the reference voltage ⁇ running is determined under operating conditions where the armature is usually fully deflected and still takes place ection no fuel in the advantage.
- the determination of the reference voltage curve further comprises (a) impinging the coil with a sequence of different voltage pulses, the pulse duration and / or the pulse height being increased successively, and (b) measuring a fuel pressure in one the Kraftstoffinj ector coupled high-pressure fuel storage, wherein the reference voltage pulse is that one pulse of the sequence of different voltage pulses, in which for the first time a short-term pressure drop in ⁇ within the high-pressure fuel storage occurs, the pressure drop is greater than a predetermined threshold.
- the fuel high-pressure accumulator may in particular be a so-called common rail system.
- the pressure measurement which preferably with a time resolution in the range of a few microseconds or less, can be performed by ⁇ a pressure sensor, which includes, for example, a piezoelectric sensor.
- a threshold (dP_ref) dependent on the pressure (P_rail) in the high-pressure accumulator can be defined for a pressure drop caused by the actuation of the control valve.
- the threshold can be calibrated such that it is ensured that the control valve has been actuated for a defined period of time and thus a defined amount
- Fuel from the high-pressure accumulator can escape into the low-pressure accumulator of Kraftstoffin ector. However, this amount of fuel is so low that no movement of the valve needle of the fuel injector and thus fuel injection takes place.
- the pressure curve (dP) reaches this predefined calibratable threshold as a function of the duration of the electrical control (ti) of the control valve
- the voltage curve associated with these control parameters corresponds to the reference voltage curve in the closing region of the control valve.
- This reference voltage profile can be stored individually for each fuel injector in a control unit and can also be updated regularly in order to compensate for changes in the injection system in a suitable manner.
- the method described can thus be carried out in an advantageous manner within a closed loop, wherein a pressure drop to be detected with at least one predetermined strength represents the controlled variable.
- the method described is particularly robust both to manufacturing tolerances in the manufacture of the fuel injector and to so-called drifts in the course of a
- the described determination of the reference signal may from time to time during operation a combustion engine having the fuel injector.
- the evaluation of the detected time profile of the voltage induced in the coil comprises a comparison of a time derivative of the detected time profile of the voltage induced in the coil with a time derivative of the reference voltage profile.
- the difference between (a) the time derivative of the detected time characteristic of the voltage induced in the coil and (b) the time derivative of the reference voltage profile can be calculated.
- the closing time can then be determined by a local maximum or by a local minimum (depending on the sign of the difference). Again, the evaluation, which includes both the calculation of the two time derivatives as well as the difference, on a time interval be ⁇ restrict, in which the expected closing time is.
- the evaluation of the time profile detected is performed in the coil induced voltage only within a time interval containing the expected closing time ⁇ . This has the advantage that the evaluation must be only within a limited time range Runaway ⁇ leads so that the described method can be performed reliably even with a relatively small computing power. An unnecessary evaluation in time areas in which the closing time with high security is not, can be avoided in a simple and effective way.
- the beginning of the time interval can be given for example by the expected closing time minus a predetermined time period At.
- the end of the time interval may, for example, be given by the expected closing time plus a further predetermined period of time At '.
- the predetermined period of time ⁇ t and the further predetermined period of time ⁇ t ' can be the same.
- At and At ' should be smaller than that Expected and experimentally easy to determine time difference between the first closing time and a possibly occurring second closing time, which follows after the bouncing of the armature to the first closing time. This means that a possibly occurring second closing time is outside the observation time window given by At and At '.
- the time window of the closing of the control valve can thus be defined as a calibratable time segment from the voltage curve of the coil.
- the time start of this time window can coincide in particular with the time end of the control of the coil.
- the length of the time window in which the closing of the control valve takes place is calibratable and may have a typical length of at least about 0.1 to 0.8 milliseconds.
- the device is particularly suitable for a control valve of an indirectly driven DieselFuelin ector for an internal combustion engine of a motor vehicle.
- the described device comprises (a) a turn-off unit for switching off a current flow through a coil of the coil drive, so that the coil is de-energized, (b) a detection unit for detecting a time course of an induced voltage in the currentless coil, wherein the induced voltage by decaying eddy currents are generated in a magnetic circuit of the spool drive and by a movement of a magnetic armature of the spool drive relative to the spool, and (c) an evaluation unit.
- the evaluation unit is set up (cl) for evaluating the detected time profile of the voltage induced in the coil, and (c2) for determining the closing time based on the evaluated time profile.
- the device described is also based on the recognition that an induction caused by the movement and the remanent magnetism of the magnet armature of the control valve Voltage signal in the coil of the control valve can be used to cha ⁇ characterize the movement of the armature and to determine the closing time. At least in the so-called. Freewheeling phase of the fuel in ector that is the movement of the armature associated induced voltage signal is typically at its greatest when the Re ⁇ lativ ein between the armature and the coil is maximum. This is usually the case when the magnet armature is immediately before its stop or before its closed position.
- a computer program for determining a closing time of a coil drive having control valve of an indirectly ⁇ driven fuel in ector, in particular a control ⁇ valve of an indirectly driven Dieselmotoreninj ector for an internal combustion engine of a motor vehicle described.
- the computer program when executed by a processor, is arranged to control the above-mentioned method of determining a closing time.
- the processor can be realized for example by means of a motor control unit.
- the computer program may be implemented as a computer-readable instruction code in any suitable programming language such as JAVA, C ++, etc.
- the computer program can be stored on a computer-readable storage medium (CD-ROM, DVD, Blu-ray Disc, removable drive, volatile or non-volatile memory, built-in memory / processor, etc.).
- Instruction code may program a computer or other programmable device such as, in particular, an engine control unit of a motor vehicle to perform the desired functions.
- the computer program may be provided in a network, such as the Internet, from where it may be downloaded by a user as needed.
- the invention can be implemented both by means of a computer program, i. software, as well as by means of one or more special electrical circuits, i. in hardware or in any hybrid form, i. using software components and hardware components.
- Figure 1 shows various applied to the coil of a control valve of an indirectly driven Kraftstoffin ektors voltage curves for different lengths to ⁇ control periods.
- Figure 2 shows various measured in a high-pressure accumulator of an indirectly driven Kraftstoffinj injector Pressure curves for the already used for Figure 1 different long drive times.
- Figure 3 shows an enlarged view of the voltage waveforms shown in Figure 1 in the region of the closing time of the control valve, wherein the time zero point used for the time axis is selected in each case so that it coincides with the switching off of the electric control of the control valve.
- FIG. 4 shows (a) the difference between the voltage curve 4 and the voltage curve 3 of FIG. 3 and (b) the difference between the voltage curve 5 and the voltage curve 3 from FIG. 3.
- FIG. 5 shows a schematic representation of the correction of a
- FIG. 6 shows a schematic representation of one of FIG.
- FIG. 1 shows the corresponding voltage curves U_solenoid on the coil or on the solenoid of the control valve for five different electrical activation periods ti of a control valve of an indirectly driven fuel injector.
- the electrical control starts at 50 ⁇ each.
- the end of the electrical control can be seen on a steep drop in the corresponding voltage curve up to a value of less than -30 volts.
- the voltage rises along one of the Inductance of the coil of certain increase asymptotically back to the voltage value 0 at.
- the marked with "1" voltage profile ti is approximately 15 ⁇ , ie the clamping ⁇ voltage drop takes place at about 65 ⁇ .
- ti is approximately 25 ⁇ , ie the voltage drop occurs at approximately 75 ⁇ .
- ti is approximately 92 ⁇ , ie the voltage drop takes place at approximately 142 ⁇ .
- ti is approximately 158 is, ie the voltage drop takes place at approximately 208 ⁇ .
- Figure 2 shows the pressure curve in a high pressure accumulator (for example a common rail system) of at least one indirectly driven fuel injector having been ⁇ injection system.
- the solenoid of the control valve of the fuel injector is injected with the Actuated driving pulses, which are based on the voltage curves shown in FIG. Idar.
- the pressure P_rail in the high pressure accumulator remains unaffected.
- actuation of the control valve causes at least some leakage of fuel from the control chamber 642 in the low pressure line 646 (see Figure 6).
- FIG. 2 also plots an arbitrarily selected reference pressure P_Ref, which is just reached during the pressure drop dP (3) from the curve "3".
- P_Ref an arbitrarily selected reference pressure
- Figure 3 shows an enlarged representation of the m m FIG voltage curves illustrated 1 in the region of the closing time ⁇ point of the control valve.
- the voltage curves corresponding to the drives "1" and “2" show a simple smooth progression.
- the respective voltage approximates asymptotically to the voltage value 0 in accordance with a negative exponential function with a negative exponent.
- the curves corresponding to the voltage curves "4" and “5" each show a turning point, which correlates with the closing of the control valve.
- the inflection point WP4 in the chip History "4" is about 23 ⁇ .
- the inflection point WP5 in the voltage curve "5" is about 37 ⁇ .
- FIG. 4 shows (a) the difference between the voltage curve "4" and the voltage curve “3” of FIG. 3, and (b) the difference between the voltage curve "5" and the voltage curve “3” from FIG Maxima at times, which indicate the closing times 4 and 5 for the drives "4" and "5".
- the voltage curve "3" shown in FIGS. 1 and 3 was used as a reference.
- the relevant indirectly driven Brennstoffin ector can be acted upon by test pulses with increasing electrical driving time ti and simultaneously to control the course of the pressure in the high-pressure accumulator (eg Common Rail System) are monitored (see Figure 2).
- a sufficiently great force acting on the valve piston is generated in the control valve of the indirectly driven fuel injector.
- the control valve opens for a time dependent on the electrical control time and fuel can escape from the high-pressure accumulator in the low-pressure region.
- this causes the pressure in the high-pressure accumulator to drop by an amount dependent on the activation duration of the control valve (see FIG. 2).
- a threshold (dP (3)) of the pressure drop dependent on the pressure in the high-pressure reservoir (P_rail) can be defined on the basis of the control of the control valve (see FIG. 2).
- the threshold can be chosen to be calibrated so as to ensure that the
- Control valve has been operated for a defined period - ie a defined amount of fuel from the high-pressure accumulator can escape into the low-pressure accumulator. However, this fuel quantity is so low that no movement of the valve needle 610 (see FIG.
- FIG. 5 shows a schematic representation of the correction of a control of a control valve of an indirectly driven fuel injector based on a previously determined exact and injector-specific determination of the closing time of the control valve.
- Energization phase is by a pre-controlled time ti
- the oscillations or interruptions within the Bestromungsphase result in a known manner from a two-step control of the respective voltage applied to the coil.
- the closing operation of the servo valve takes place. In the illustration used here corresponds to the time of closing the
- Control valve a local minimum in the voltage curve. This local minimum occurs after a time t_s after the end of the energization phase.
- Quantity curves which indicate the injection quantity per injection pulse, can either be two different ones
- the right-hand diagram shows the set characteristic curves of the two injectors corrected with the aid of the measured closing time with reference to the reference closing time t_s_ref.
- Injektorindividuelle quantity variations largely eliminated and thus, in particular for small injection quantities, a particularly high accuracy of the injection quantity can be achieved.
- the diagrams of Figure 5 thus illustrate a basic strategy for the optimized control of a indirectly driven by a control valve Kraftstoffin ector.
- the closing time ts of the control valve is determined each time the valve is actuated. This closing time is compared with the nominal closing time t_s_ref, which is also taken into account when determining the generic and injector-independent activation time. Based on this comparison, an injector-individual and operating point-dependent correction component is formed in accordance with equation (2) and taken into account in the on-control via equation (3). In this way, injector-specific and operating point-dependent tolerances in the closing behavior of the fuel injector indirectly driven by a control valve can be taken into account in a simple yet effective manner and compensation can be made for the resulting quantity tolerances.
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Abstract
Description
Beschreibung description
Bestimmung des Schließzeitpunkts eines Steuerventils eines indirekt angetriebenen Kraftstoffin ektors Determining the closing time of a control valve of an indirectly driven Kraftstoffin ector
Die vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet der Ansteuerung von indirekt angetriebenen Kraftstoffin ektoren . Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zum Bestimmen des Schließzeitpunktes eines einen Spulenantrieb aufweisenden Steuerventils eines indirekt angetriebenen The present invention relates to the technical field of the control of indirectly driven Kraftstoffin ectors. In particular, the present invention relates to a method for determining the closing time of a control valve of an indirectly driven one having a coil drive
Kraftstoffinj ektors . Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine entsprechende Vorrichtung sowie ein Computerprogramm zum Bestimmen des Schließzeitpunkts eines einen Spulenantrieb aufweisenden Steuerventils eines indirekt angetriebenen Fuel injector. The present invention further relates to a corresponding device and a computer program for determining the closing time of a coil drive having a control valve indirectly driven
Kraftstoffinj ektors. Fuel injector.
Bei indirekt angetriebenen Kraftstoffinj ektoren steuert ein sog. Solenoid-Aktor den Ventilkolben eines Steuer- bzw . Servoventils , mit dem die Druckverhältnisse zwischen einem Steuerraum und einem Ventilraum beeinflusst werden. Die Bewegung der Ventilnadel des Kraftstoffinj ektors wird dabei von den jeweils vorherrschenden Kraftverhältnissen bestimmt, welche durch eine Feder sowie den Drücken im Steuerraum und im Ventilraum bestimmt sind. Diese Druckverhältnisse lassen sich durch die Ansteuerung des In indirectly driven fuel injectors, a so-called solenoid actuator controls the valve piston of a control or injection valve. Servo valve, with which the pressure conditions between a control room and a valve room are influenced. The movement of the valve needle of the fuel injector is determined by the prevailing force relationships, which are determined by a spring and the pressures in the control chamber and in the valve chamber. These pressure conditions can be controlled by controlling the
Steuerventils kontrollieren. Check the control valve.
Figur 6 zeigt in einer schematischen Darstellung einen derartigen indirekt angetriebenen Kraftstoffinj ektor 600. Der Kraftstoffinj ektor 600 weist ein äußeres Gehäuse 602 sowie ein inneres Gehäuse 604 auf. Innerhalb des inneren Gehäuses 604 befindet sich eine verschiebbar gelagerte Ventilnadel 610, welche von einer Feder 612 vorgespannt wird. Diese Feder drückt die Ventilnadel 610 nach unten, so dass in einem Ausgangszustand eine Aus¬ trittsöffnung 614 des Kraftstoffinj ektors 600 geschlossen ist. FIG. 6 shows a schematic representation of such an indirectly driven fuel injector 600. The fuel injector 600 has an outer housing 602 and an inner housing 604. Within the inner housing 604 is a slidably mounted valve needle 610, which is biased by a spring 612. This spring urges the valve needle 610 down, so that in an initial state, an off ¬ opening 614 of the Kraftstoffinj ector is closed 600th
In einem in Figur 6 dargestellten oberen Teil des Kraftstoffinj ektors 600 befindet sich ein Steuerantrieb 620. Der Steuerantrieb 620 weist ein Solenoid 622 auf, welches sich innerhalb eines Eisenjochs 624 befindet. Der Steuerantrieb 620 weist ferner einen Kolben 630 bzw. einen Anker 630 auf, welcher verschiebbar gelagert ist und zwischen einer durch eine untere Anschlagfläche des Eisenjochs 624 und einem Sitz 632 desIn an upper part of the fuel injector 600 shown in FIG. 6, there is a control drive 620 Control drive 620 includes a solenoid 622 located within an iron yoke 624. The control drive 620 further comprises a piston 630 and an armature 630, which is displaceably mounted and between a through a lower stop surface of the iron yoke 624 and a seat 632 of
Steuerventils 620 bewegt werden kann. Der Kolben 630 ist über ein Koppelelement 628 mit einer Feder 626 mechanisch gekoppelt. Die Feder 626 befindet sich innerhalb des Solenoids 622. Der Kraftstoffinj ektor 600 weist ferner einen Steuerraum 642 auf, welcher über eine Hochdruckleitung 640 mit einem Common Rail System 650 verbunden ist. An dem Rail System ist ein Drucksensor 652 angebracht, mit dem der Druck in dem Rail System von einer nicht dargestellten Steuereinheit überwacht werden kann. Der Steuerraum 642 ist über einen in Figur 6 nicht dargestellten dünnen Kanal mit einem Ventilraum 644 verbunden. Durch diesen Kanal kann mit einer relativ geringen Flussrate Kraftstoff fließen. Der Steuerraum 642 ist ferner (a) über eine nicht mit einem Bezugszeichen versehene Leitung und (b) über das Steu- erventil 620 mit einer Niederdruckleitung 646 verbunden. Die Niederdruckleitung wird häufig auch als Leckage-System 646 bezeichnet . Control valve 620 can be moved. The piston 630 is mechanically coupled via a coupling element 628 with a spring 626. The spring 626 is located inside the solenoid 622. The fuel injector 600 further has a control chamber 642, which is connected via a high pressure line 640 to a common rail system 650. On the rail system, a pressure sensor 652 is mounted, with which the pressure in the rail system can be monitored by a control unit, not shown. The control chamber 642 is connected via a thin channel, not shown in Figure 6 with a valve chamber 644. Through this channel, fuel can flow at a relatively low flow rate. The control chamber 642 is further connected to (a) via a line not provided with a reference numeral and (b) via the control valve 620 to a low-pressure line 646. The low-pressure line is often referred to as leakage system 646.
Soll eine Einspritzung ausgelöst werden, so wird der Solenoid 622 durch Anlegen einer Spannung U_Solenoid bestromt. Die An- steuerung des Solenoids 622 kann dabei beispielsweise strom¬ geregelt erfolgen. Der Strom generiert dabei eine Magnetkraft (in Figur 6 mit F_Solenoid bezeichnet) , die auf den Kolben 630 des Steuerventils 620 wirkt. Sobald diese Magnetkraft die von der Feder 626 ausgeübte Kraft (in Figur 6 mit F_Feder bezeichnet), die das Steuerventil 620 im unbestromten Fall in der ge¬ schlossenen Position fixiert, überwindet, wird der Kolben 630 in Richtung des Solenoids 622 bzw. der unteren Anschlagfläche des Eisenjochs 624 beschleunigt. Dadurch wird das Steuerventil 620 geöffnet und der unter Hochdruck stehende Kraftstoff kann aus dem Steuerraum 642 in die Niederdruckleitung 646 entweichen. Der resultierende Druckunterschied zwischen dem Druck in dem 644 Ventilraum und dem Druck in dem Steuerraum 642 beschleunigt dann die Ventilnadel 610 des Kraftstoffin ektors 600 nach oben und die Austrittsöffnung 614 wird freigegeben. If an injection should be triggered, the solenoid 622 is energized by applying a voltage U_Solenoid. The arrival control of the solenoid 622 may, for example, current carried ¬ regulated. The current generates a magnetic force (in FIG. 6 denoted by F_solenoid), which acts on the piston 630 of the control valve 620. Once this magnetic force, the force exerted by the spring 626 (in Figure 6 designated F_Feder), the 620 fixed in the non-energized case in the ge ¬ closed position, overcomes the control valve, the piston 630 in the direction of the solenoid 622 and the lower stop surface of the iron yoke 624 accelerates. As a result, the control valve 620 is opened and the high-pressure fuel can escape from the control chamber 642 in the low pressure line 646. The resulting pressure difference between the pressure in the 644 valve space and the pressure in the control chamber 642 then accelerates the valve needle 610 of the fuel injector 600 upward and the outlet opening 614 is released.
Soll die Einspritzung beendet werden, so wird der Stromfluss durch den Solenoid 622 unterbrochen. Die Magnetkraft baut sich ab und sobald die Magnetkraft die Kraft der Feder 626 unter¬ schreitet, wird der Ventilkolben des Steuerventils 620 in die Schließposition nach unten beschleunigt. Der Hochdruck im Steuerraum 642 wird erneut aufgebaut und die Ventilnadel 610 des Kraftstoffin ektors 600 wird nach unten in die Schließposition beschleunigt . If the injection is to be terminated, the current flow through the solenoid 622 is interrupted. The magnetic force builds up, and as soon as the magnetic force exceeds the force of spring 626 under ¬, the valve piston of the control valve 620 is accelerated in the closing position down. The high pressure in the control chamber 642 is rebuilt and the valve needle 610 of the fuel injector 600 is accelerated down to the closed position.
Die einzuspritzende Kraftstoffmenge hängt damit direkt von der Ansteuerung des Steuerventils 620 ab. Das dynamische Verhalten des Steuerventils 620 wird dabei vornehmlich durch den Öffnungs¬ und Schließvorgang beeinflusst. Toleranzen im Öffnungs- und Schließverhalten des Steuerventils 620 führen direkt zu einer Streuung der Einspritzmenge. Der Öffnungsvorgang ist durch den zeitlichen Kraftaufbau des Solenoids 622 und des Eisenjochs 624 auf den Kolben 630 sowie der diesem Kraftaufbau entgegenwirkenden Federkraft der Feder 626 charakterisiert. Der Kraftaufbau ist wiederum durch die geo¬ metrischen Dimensionen des Aktors (Solenoid 622 und Eisenjoch 624), den elektrischen und/oder magnetischen Parametern desThe amount of fuel to be injected thus depends directly on the control of the control valve 620. The dynamic behavior of the control valve 620 is then mainly influenced by the opening and closing operation ¬. Tolerances in the opening and closing behavior of the control valve 620 lead directly to a dispersion of the injection quantity. The opening process is characterized by the temporal force build-up of the solenoid 622 and the iron yoke 624 on the piston 630 and the spring force of the spring 626 counteracting this force build-up. The force build-up is again due to the geo ¬ metric dimensions of the actuator (solenoid 622 and iron yoke 624), the electrical and / or magnetic parameters of
Solenoids 622 sowie im Wesentlichen durch den Erregerstrom bzw. durch den Gradienten des Erregerstroms durch das Solenoid 622 bestimmt . Solenoids 622 and essentially determined by the excitation current or by the gradient of the excitation current through the solenoid 622.
Die folgende Gleichung (1) beschreibt die auf den Kolben 630 wirkende Magnetkraft FMAG:The following equation (1) describes the magnetic force F MA G acting on the piston 630:
Dabei ist It is
WMAG die in dem Solenoid 622 gespeicherte magnetische Energie, 5AIR der Luftspalt zwischen der unteren Anschlagfläche des Eisenjochs 624 und dem Anker 630, N die Anzahl der Windungen des Solenoids W MAG stored in the solenoid 622, magnetic energy, 5 AIR of the air gap between the lower abutment surface of the iron yoke 624 and the armature 630, N is the number of turns of the solenoid
I die Stromstärke durch das Solenoid 622, I is the current through the solenoid 622,
μΓ die relative Permeabilität des Materials des Eisenjochsμ Γ the relative permeability of the material of the iron yoke
624, 624
A die Querschnittsfläche des Solenoids 622, A is the cross-sectional area of the solenoid 622,
μο die magnetische Feldkonstante und μο the magnetic field constant and
lFe die Länge der Magnetfeldlinien in dem Eisenjoch 624. l Fe is the length of the magnetic field lines in the iron yoke 624.
Um ein möglichst reproduzierbares und robustes Öffnen des Kraftstoffinj ektors 600 sicherzustellen, ist es bekannt, den Solenoid 622 derart zu bestromen, dass schnellstmöglich eine magnetische Sättigung erreicht wird. In diesem Bereich führen Änderungen in der Stromstärke nur zu vergleichsweise geringen Änderungen in der Magnetkraft und beeinflussen somit kaum die Öffnungsdynamik des Steuerantriebs 620 und damit auch des Kraftstoffinj ektors 600. To ensure the most reproducible and robust opening of the fuel injector 600, it is known to energize the solenoid 622 in such a way that a magnetic saturation is achieved as fast as possible. In this area, changes in the current lead only to comparatively small changes in the magnetic force and thus hardly affect the opening dynamics of the control drive 620 and thus also of the fuel injector 600.
Allerdings wird der Schließvorgang des Steuerventils 620 trotzdem durch parasitäre Effekte stark beeinflusst. Dazu zählen u.a. However, the closing action of the control valve 620 is still strongly affected by parasitic effects. These include u.a.
(a) eine zeit- und/oder temperaturabhängige Remanenz im Mag¬ netkreis, welche zu einer Unschärfe im Abbau der Magnetkraft und somit zu einer Unschärfe im Schließzeitpunkt führt, (a) a time- and / or temperature-dependent remanence in the Mag ¬ netkreis, which leads to a blurring in the reduction of the magnetic force and thus to a blur at the closing time,
(b) veränderliche Umgebungsbedingungen wie z.B. der Druck in der Niederdruckleitung 646, die Temperatur (beeinflusst die (b) changing environmental conditions such as the pressure in the low pressure line 646, the temperature (affects the
Kompressibilität und die Viskosität des Kraftstoffs) , die exakte Dauer der Ansteuerung des Solenoids 622 und der genaue Druck in der Hochdruckleitung 640, und Compressibility and viscosity of the fuel), the exact duration of actuation of the solenoid 622 and the exact pressure in the high pressure line 640, and
(c) eine Injektor-individuelle Toleranz bzgl. des Abstandes zwischen Steuerantrieb 620 und dem Sitz 632 sowie bzgl. der exakten Federkraft der Feder 626, welche ebenfalls zu einer Injektor-individuellen Toleranz in der Schließzeit führen. (c) an injector-individual tolerance with respect to the distance between the control drive 620 and the seat 632 and with respect to the exact spring force of the spring 626, which also lead to an injector-individual tolerance in the closing time.
All diese Effekte (a) , (b) und (c) führen zu einer ausgeprägten Mengentoleranz der einzelnen Injektoren, die sich zudem über die Lebensdauer (Verschleiß) und den sich stetig ändernden Betriebsbedingungen der Injektoren ändern kann. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Mengengenauigkeit von indirekt angetriebenen Kraftstoffin ektoren zu verbessern. All of these effects (a), (b) and (c) result in a pronounced quantity tolerance of the individual injectors, which can also change over the lifetime (wear) and the constantly changing operating conditions of the injectors. The invention has the object to improve the quantity accuracy of indirectly driven Kraftstoffin ectors.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Aus führungs formen der vorlie¬ genden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. This object is solved by the subject matters of the independent claims. Advantageous embodiments form the guide vorlie ¬ constricting invention are described in the dependent claims.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Bestimmen des Schließzeitpunktes eines einen Spulenantrieb aufweisenden Steuerventils eines indirekt angetriebenen According to a first aspect of the invention, there is provided a method of determining the closing timing of a spool drive control valve of an indirectly driven
Kraftstoffin ektors beschrieben, welches insbesondere für ein Steuerventil eines indirekt angetriebenen Dieselkraftstoff¬ injektors für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges geeignet ist. Das beschriebene Verfahren weist auf (a) ein Abschalten eines Stromflusses durch eine Spule des Spulenan¬ triebs, so dass die Spule stromlos ist, (b) ein Erfassen eines zeitlichen Verlaufs einer in der stromlosen Spule induzierten Spannung, wobei die induzierte Spannung durch abklingende Wirbelströme in einem Magnetkreis des Spulenantriebs und durch eine Bewegung eines Magnetankers des Spulenantriebs relativ zu der Spule erzeugt wird, (c) ein Auswerten des erfassten zeitlichen Verlaufs der in der Spule induzierten Spannung, und (d) ein Bestimmen des Schließzeitpunktes basierend auf dem ausgewerteten zeitlichen Verlauf. Fuel ector described which is suitable in particular for a control valve of an indirectly driven diesel fuel ¬ injector for an internal combustion engine of a motor vehicle. The described method comprises (a) switching off a current flow through a coil of the Spulenan ¬ drive, so that the coil is de-energized, (b) detecting a time course of an induced voltage in the currentless coil, wherein the induced voltage by decaying eddy currents (c) evaluating the detected time history of the voltage induced in the coil, and (d) determining the closing time based on the evaluated time course ,
Dem beschriebenen Schließzeitpunkt-Detektionsverfahren liegt die Erkenntnis zugrunde, dass ein von der Bewegung des Mag¬ netankers durch Induktion verursachtes Spannungssignal in der Spule des Spulenantriebs des Steuerventils dazu verwendet werden kann, um den Bewegungsablauf des Magnetankers zu charakteri¬ sieren und daraus den Schließzeitpunkt des Steuerventils zu ermitteln. Dabei ist typischerweise das von der Bewegung aufgrund des remanenten Magnetfeldes des Magnetankers durch Induktion verursachte Spannungssignal in der Spule dann am größten, wenn sich der Magnetanker unmittelbar vor seiner Anschlag- bzw. Schließposition befindet. Dies liegt daran, dass im stromlosen Zustand der Spule unmittelbar vor dem Anschlag des bewegten Magnetankers die Relativgeschwindigkeit zwischen dem Magnet¬ anker und der Spule maximal ist. Der Spannungsverlauf der in der stromlosen Spule des Steuerventils des indirekt angetriebenen Kraftstoffin ektors indu¬ zierten Spannung wird somit zumindest teilweise durch die Bewegung des Magnetankers bestimmt. Durch eine geeignete Auswertung des zeitlichen Verlaufs der in der Spule induzierten Spannung kann zumindest in guter Näherung der Anteil ermittelt werden, der auf der Relativbewegung zwischen dem Magnetanker und der Spule basiert. Auf diese Weise werden automatisch auch Informationen über den Bewegungsverlauf gewonnen, welche genaue Rückschlüsse über den Zeitpunkt der maximalen Geschwindigkeit und damit auch über den Zeitpunkt des Schließens des Ventils zulassen . Erfindungsgemäß wird also zur Erkennung des Schließvorgangs des Steuerventils die durch die Geschwindigkeitsänderung des Steuerventil-Magnetankers in der Spule des Spulenantriebs induzierte Spannung detektiert und aus dem Verlauf dieser Spannung der exakte Schließzeitpunkt des Steuerventils, welches häufig auch als Servoventil bezeichnet wird, bestimmt. The described closing timing detection method is based on the recognition that a problem caused by the movement of the Mag ¬ netankers by induction voltage signal can be used in the coil of the coil drive of the control valve to order the sequence of movement of the armature to CHARACTERI ¬ Sieren and from the closing time of the control valve to investigate. In this case, the voltage signal in the coil caused by the movement due to the remanent magnetic field of the magnet armature is typically greatest when the magnet armature is located immediately before its stop or closed position. This is because in the de-energized state of the coil immediately before the stop of the moving magnet armature, the relative speed between the magnet ¬ anchor and the coil is maximum. The voltage curve in the currentless coil of the control valve of the indirectly driven Kraftstoffin ektors indu ¬ ed voltage is thus determined at least partially by the movement of the armature. By a suitable evaluation of the time profile of the induced voltage in the coil, the proportion can be determined, at least to a good approximation, based on the relative movement between the armature and the coil. In this way, information about the course of motion is automatically obtained, which allow accurate conclusions about the time of the maximum speed and thus also about the time of closing the valve. Thus, according to the invention, the voltage induced by the speed change of the control valve armature in the coil of the coil drive is detected to detect the closing operation of the control valve and the exact closing time of the control valve, which is often referred to as a servo valve, is determined from the course of this voltage.
Der Spulenantrieb des Steuerventils wird häufig auch als Servoantrieb und/oder Solenoidantrieb bezeichnet. Die Spule des Spulenantriebs wird häufig auch als Solenoid bezeichnet. The spool drive of the control valve is often referred to as a servo drive and / or solenoid drive. The coil of the coil drive is often referred to as a solenoid.
Die Zeitspanne, innerhalb der die Spule des Spulenantriebs des Steuerventils stromlos ist, wird häufig auch als Freilaufphase bezeichnet . The period of time within which the coil of the coil drive of the control valve is de-energized is often referred to as free-running phase.
Mit dem beschriebenen Verfahren können auf einfache und wirksame Weise systematische Veränderungen des Schließzeitpunktes er¬ kannt und bei nachfolgenden Ansteuerungen für weitere Hübe des Steuerventils berücksichtigt werden. Auf diese Weise können auch In ektor-individuelle Streuungen (von Injektor zu Injektor) bzgl. tatsächlich eingespritzter Kraftstoffmengen kompensiert werden. Gleiches gilt auch für eine geeignete Kompensation von Schwankungen der eingespritzten Kraftstoffmenge, wobei Using the method described systematic changes in the closing time can he be considered ¬ recognized and in subsequent activations for further strokes of the control valve in a simple and effective manner. In this way, it is also possible to compensate for ector-individual variations (from injector to injector) with regard to actually injected fuel quantities. The same applies to a suitable compensation of fluctuations in the injected amount of fuel, wherein
Schwankungen über die Lebensdauer und/oder abhängig von dem Betriebszustand eines Kraftstoffinj ektors auftreten können. Das beschriebene Verfahren hat den Vorteil, dass es online in einem Motorsteuergerät durchgeführt werden kann. Sollte sich beispielsweise das Schließverhalten des Steuerventils und damit auch die Dynamik und die Einspritzmengen des gesamten Kraftstoffinj ektors ändern, so kann bei dem beschriebenen Variations over the life and / or depending on the operating condition of a fuel injector can occur. The described method has the advantage that it can be carried out online in an engine control unit. If, for example, the closing behavior of the control valve and thus also the dynamics and the injection quantities of the entire fuel injector change, it can be described with reference to FIG
Schließzeitpunkt-Detektionsverfahren diese Änderung automatisch erkannt und durch eine entsprechend geänderte Ansteuerung auf geeignete Weise kompensiert werden. Closing time detection method detects this change automatically and compensated by a correspondingly modified control in a suitable manner.
Es wird darauf hingewiesen, dass im Gegensatz zu direkt angetriebenen Kraftstoffin ektoren, bei denen eine Ventilnadel unmittelbar mit einem Solenoid-Antrieb gekoppelt ist und die typischerweise bei der Einspritzung von Benzin oder Super-Benzin verwendet werden, bei den hier behandelten indirekt ange¬ triebenen Kraftstoffinj ektoren keine direkte Kopplung zwischen der Öffnung des elektromagnetischen Solenoid-Antriebs und Nadel des Kraftstoffinj ektors besteht. Die Nadel des hier behandelten indirekt angetriebenen Kraftstoffinj ektors, welcher typi¬ scherweise für die Einspritzung von Dieselkraftstoff verwendet wird, wird vielmehr hydraulisch durch einen kurzzeitigen Druckunterschied zwischen einem Steuerraum und einem Ventilraum des Kraftstoffinj ektors bewegt. It should be noted that in contrast to directly driven Kraftstoffin ectors in which a valve needle is directly coupled to a solenoid drive and which are typically used in the injection of gasoline or super-gasoline, in the case indirectly treated here ¬ fuel inj There is no direct coupling between the opening of the electromagnetic solenoid drive and the fuel injector needle. The needle of the indirectly driven treated here fuel injector which typi cally ¬ is used for the injection of diesel fuel is, rather hydraulically moved by a momentary pressure difference between a control chamber and a valve chamber of the fuel injector.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Aus¬ werten das Berechnen der ersten zeitlichen Ableitung und/oder der zweiten zeitlichen Ableitung des erfassten zeitlichen Verlaufs der in der Spule induzierten Spannung auf. According to one exemplary embodiment of the invention, the evaluation comprises calculating the first time derivative and / or the second time derivative of the detected time profile of the voltage induced in the coil.
Der Schließzeitpunkt kann dabei durch das Auftreten eines lokalen Minimums oder Maximums oder durch das Auftreten eines Wendepunkts in dem erfassten zeitlichen Verlauf der in der Spule induzierten Spannung bestimmt sein. Diese charakteristischen Punkte in dem Spannungsverlauf können durch die beschriebene Auswertung eines Kurvenverlaufs, welcher der ersten und/oder der zweiten zeitlichen Ableitung des tatsächlich gemessenen Spannungsverlaufs entspricht, mit einer besonders hohen Genauigkeit erkannt werden. Es wird darauf hingewiesen, dass e nach Anwendungsfall auch noch weitere zeitliche Ableitungen bei dem oben beschriebenen Auswerten des erfassten zeitlichen Verlaufs der in der Spule induzierten Spannung verwendet und/oder berücksichtigt werden können . The closing time can be determined by the occurrence of a local minimum or maximum or by the occurrence of a point of inflection in the detected time profile of the voltage induced in the coil. These characteristic points in the voltage curve can be detected with a particularly high accuracy by the described evaluation of a curve, which corresponds to the first and / or the second time derivative of the actually measured voltage curve. It should be noted that, according to the application, further time derivatives can also be used and / or taken into account in the above-described evaluation of the recorded time profile of the voltage induced in the coil.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst das Auswerten des erfassten zeitlichen Verlaufs der in der Spule induzierten Spannung ein Vergleichen des erfassten zeitlichen Verlaufs der in der Spule induzierten Spannung mit einem Referenzspannungsverlauf . According to a further exemplary embodiment of the invention, the evaluation of the detected time profile of the voltage induced in the coil comprises a comparison of the detected time profile of the voltage induced in the coil with a reference voltage profile.
Der Referenzspannungsverlauf kann dabei derart gewählt sein, dass er den Anteil an der induzierten Spannung beschreibt, der durch abklingende Wirbelströme im Magnetkreis verursacht wird. Dadurch können im Rahmen des Auswertens des erfassten Spannungsverlaufs besonders genaue Informationen über die tat¬ sächliche Bewegung des Magnetankers gewonnen werden. The reference voltage curve can be chosen such that it describes the proportion of the induced voltage, which is caused by decaying eddy currents in the magnetic circuit. As a result, in the context of evaluating the detected voltage curve, it is possible to obtain particularly accurate information about the actual movement of the magnet armature.
Der Referenzspannungsverlauf kann für jeden Kraftstoffinj ektor individuell und bevorzugt in einem definierten Betriebszustand des Kraftstoffinj ektors bestimmt werden. The reference voltage curve can be determined individually for each fuel injector and preferably in a defined operating state of the fuel injector.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst das Vergleichen eine Differenzbildung zwischen (a) dem erfassten zeitlichen Verlauf der in der stromlosen Spule induzierten Spannung und (b) dem Referenzspannungsverlauf. Dies hat den Vorteil, dass auf besonders einfache Weise ein Spannungssig¬ nalverlauf ermittelt wird, welcher für eine genaue Detektion des Schließzeitpunktes besonders geeignet ist. According to a further exemplary embodiment of the invention, the comparison comprises a difference between (a) the detected time profile of the voltage induced in the currentless coil and (b) the reference voltage profile. This has the advantage that a Spannungssig ¬ nalverlauf is determined in a particularly simple manner, which is particularly suitable for accurate detection of the closing time.
Je nach Vorzeichen der beschriebenen Differenzbildung kann der tatsächliche Schließzeitpunkt des Steuerventils mit einem lokalen Maximum oder einem lokalen Minimum in der durch die Differenzbildung erhaltenen Kurve korreliert sein. Depending on the sign of the difference formation described, the actual closing time of the control valve may be correlated with a local maximum or a local minimum in the curve obtained by the subtraction.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Verfahren ferner ein Ermitteln des Referenzspannungsverlaufs auf. Dieses Ermitteln des Referenzspannungsverlaufs weist wiederum auf (a) ein Beaufschlagen der Spule mit zumindest einem Referenz-Spannungspuls, welcher eine Pulsdauer und eine Pulshöhe aufweist, die derart dimensioniert sind, dass das Steuerventil gerade so kurz geöffnet wird, dass aufgrund der hydraulischen Verzögerung innerhalb des indirekt angetriebenen Kraftstoff¬ injektors noch keine Kraftstoffeinspritzung erfolgt, und, unmittelbar nach dem Ende des Referenz-Spannungspulses, (b) ein Messen des zeitlichen Verlaufs einer in der stromlosen Spule durch abklingende Wirbelströme in dem Magnetkreis und durch eine Bewegung des Magnetankers induzierten Spannung, wobei der gemessene zeitliche Verlauf der ermittelte Referenzspan¬ nungsverlauf ist. Dies hat den Vorteil, dass der Referenz¬ spannungsverlauf unter Betriebsbedingungen ermittelt wird, bei denen der Magnetanker in der Regel voll ausgelenkt wird und trotzdem noch keine Kraftstoffin ektion erfolgt. Damit kann das beschriebene Verfahren während des laufenden Betriebs eines Kraftfahrzeuges online durchgeführt werden, ohne den Betrieb des laufenden Motors des Kraftfahrzeuges zu beeinträchtigen. According to a further exemplary embodiment of the invention, the method further comprises determining the reference voltage profile. This determination of the reference voltage curve points in turn to (a) acting on the coil with at least one reference voltage pulse having a pulse duration and a pulse height, which are dimensioned such that the control valve is just opened so short that due to the hydraulic delay within the indirectly driven fuel ¬ injector (b) measuring the time course of an induced in the electroless coil by decaying eddy currents in the magnetic circuit and by a movement of the armature voltage, the measured time course of the is determined ¬ reference clamping voltage gradient. This has the reference voltage ¬ running is determined under operating conditions where the armature is usually fully deflected and still takes place ection no fuel in the advantage. Thus, the method described during the ongoing operation of a motor vehicle can be performed online without affecting the operation of the running engine of the motor vehicle.
Aufgrund der großen Auslenkung des Magnetankers gibt der derart bestimmte Referenzspannungsverlauf das elektromechanische Verhalten des Steuerventils besonders präzise wieder und er¬ möglicht damit eine besonders hohe Genauigkeit bei der Due to the large displacement of the armature of such a specific reference voltage curve is the electromechanical behavior of the control valve particularly accurate again and he ¬ enables thus a particularly high accuracy in the
Schließ Zeitpunkt-Bestimmung . Closing time determination.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Ermitteln des Referenzspannungsverlaufs ferner auf (a) ein Beaufschlagen der Spule mit einer Sequenz von unterschiedlichen Spannungspulsen, wobei die Pulsdauer und/oder die Pulshöhe sukzessive erhöht wird, und (b) ein Messen eines Kraftstoffdrucks in einem mit dem Kraftstoffinj ektor gekoppelten Kraftstoff-Hochdruckspeicher, wobei der Referenz-Spannungspuls derjenige Puls der Sequenz von unterschiedlichen Spannungspulsen ist, bei welchem erstmalig ein kurzzeitiger Druckabfall in¬ nerhalb des Kraftstoff-Hochdruckspeichers auftritt, wobei der Druckabfall größer als eine vorgegebene Schwelle ist. According to a further exemplary embodiment of the invention, the determination of the reference voltage curve further comprises (a) impinging the coil with a sequence of different voltage pulses, the pulse duration and / or the pulse height being increased successively, and (b) measuring a fuel pressure in one the Kraftstoffinj ector coupled high-pressure fuel storage, wherein the reference voltage pulse is that one pulse of the sequence of different voltage pulses, in which for the first time a short-term pressure drop in ¬ within the high-pressure fuel storage occurs, the pressure drop is greater than a predetermined threshold.
Der Kraftstoff-Hochdruckspeicher kann insbesondere ein sog. Common Rail System sein. Die Druckmessung, welche bevorzugt mit einer Zeitauflösung im Bereich von einigen wenigen Mikrosekunden oder weniger erfolgt, kann mittels eines Drucksensors durch¬ geführt werden, welcher beispielsweise einen Piezoelektrischen Sensor umfasst. The fuel high-pressure accumulator may in particular be a so-called common rail system. The pressure measurement, which preferably with a time resolution in the range of a few microseconds or less, can be performed by ¬ a pressure sensor, which includes, for example, a piezoelectric sensor.
Es kann also eine vom Druck (P_rail) in dem Hochdruckspeicher abhängige Schwelle (dP_ref ) für einen durch die Ansteuerung des Steuerventils verursachten Druckabfall definiert werden. Die Schwelle kann kalibrativ derart gewählt werden, dass sicher- gestellt ist, dass das Steuerventil für einen definierten Zeitraum betätigt wurde und damit eine definierte Menge Thus, a threshold (dP_ref) dependent on the pressure (P_rail) in the high-pressure accumulator can be defined for a pressure drop caused by the actuation of the control valve. The threshold can be calibrated such that it is ensured that the control valve has been actuated for a defined period of time and thus a defined amount
Kraftstoff aus dem Hochdruckspeicher in den Niederdruckspeicher des Kraftstoffin ektors entweichen kann. Diese Kraftstoffmenge ist jedoch so gering, so dass keine Bewegung der Ventilnadel des Kraftstoffinj ektors und damit keine Kraftstoff-Einspritzung stattfindet . Fuel from the high-pressure accumulator can escape into the low-pressure accumulator of Kraftstoffin ector. However, this amount of fuel is so low that no movement of the valve needle of the fuel injector and thus fuel injection takes place.
Erreicht beispielsweise der Druckabfall (dP) als Funktion der Dauer der elektrischen Ansteuerung (ti) des Steuerventils diese vordefinierte kalibrierbare Schwelle, so entspricht der zu diesen Ansteuerungsparametern gehörige Spannungsverlauf im Schließbereich des Steuerventils dem Referenzspannungsverlauf . Dieser Referenzspannungsverlauf kann individuell für jeden Kraftstoffinj ektor in einem Steuergerät abgelegt und zudem regelmäßig aktualisiert werden, um Änderungen im Einspritzsystem auf geeignete Weise zu kompensieren. If, for example, the pressure drop (dP) reaches this predefined calibratable threshold as a function of the duration of the electrical control (ti) of the control valve, the voltage curve associated with these control parameters corresponds to the reference voltage curve in the closing region of the control valve. This reference voltage profile can be stored individually for each fuel injector in a control unit and can also be updated regularly in order to compensate for changes in the injection system in a suitable manner.
Das beschriebene Verfahren kann also auf vorteilhafte Weise innerhalb eines geschlossenen Regelkreises durchgeführt werden, wobei ein zu detektierender Druckeinbruch mit zumindest einer vorgegebenen Stärke die Regelgröße darstellt. Damit ist das beschriebene Verfahren besonders robust sowohl gegenüber Fertigungstoleranzen bei der Herstellung des KraftstoffInjektors als auch gegenüber sog. Drifts im Verlauf eines The method described can thus be carried out in an advantageous manner within a closed loop, wherein a pressure drop to be detected with at least one predetermined strength represents the controlled variable. Thus, the method described is particularly robust both to manufacturing tolerances in the manufacture of the fuel injector and to so-called drifts in the course of a
(längeren) Betriebs des Kraftstoffinj ektors . Sowohl mögliche Drifts im Betrieb des Kraftstoffinj ektors als auch Toleranzen des Kraftstoffinj ektors werden bei der Bestimmung des Referenzsignals automatisch berücksichtigt . Die beschriebene Bestimmung des Referenzsignals kann von Zeit zu Zeit während des Betriebs eines den Kraftstoffin ektor aufweisenden Verbrennungsmotors durchgeführt werden. (longer) operation of the fuel injector. Both possible drifts in the operation of the fuel injector and tolerances of the fuel injector are automatically taken into account in the determination of the reference signal. The described determination of the reference signal may from time to time during operation a combustion engine having the fuel injector.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst das Auswerten des erfassten zeitlichen Verlaufs der in der Spule induzierten Spannung ein Vergleichen einer zeitlichen Ableitung des erfassten zeitlichen Verlaufs der in der Spule induzierten Spannung mit einer zeitlichen Ableitung des Referenzspannungsverlaufs. Dabei kann beispielsweise die Differenz zwischen (a) der zeitlichen Ableitung des erfassten zeitlichen Verlaufs der in der Spule induzierten Spannung und (b) der zeitlichen Ableitung des Referenzspannungsverlaufs berechnet werden. According to a further exemplary embodiment of the invention, the evaluation of the detected time profile of the voltage induced in the coil comprises a comparison of a time derivative of the detected time profile of the voltage induced in the coil with a time derivative of the reference voltage profile. In this case, for example, the difference between (a) the time derivative of the detected time characteristic of the voltage induced in the coil and (b) the time derivative of the reference voltage profile can be calculated.
Der Schließzeitpunkt kann dann durch ein lokales Maximum oder durch ein lokales Minimum (je nach Vorzeichen der Differenzbildung) bestimmt sein. Auch hier kann sich die Auswertung, welche sowohl das Berechnen der beiden zeitlichen Ableitungen als auch die Differenzbildung umfasst, auf ein Zeitintervall be¬ schränken, in dem der erwartete Schließzeitpunkt liegt. The closing time can then be determined by a local maximum or by a local minimum (depending on the sign of the difference). Again, the evaluation, which includes both the calculation of the two time derivatives as well as the difference, on a time interval be ¬ restrict, in which the expected closing time is.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird das Auswerten des erfassten zeitlichen Verlaufs der in der Spule induzierten Spannung ausschließlich innerhalb eines Zeitintervalls durchgeführt wird, welches den erwarteten Schlie߬ zeitpunkt enthält. Dies hat den Vorteil, dass die Auswertung lediglich innerhalb eines beschränkten Zeitbereichs durchge¬ führt werden muss, so dass das beschriebene Verfahren auch mit einer relativ kleinen Rechenleistung zuverlässig durchgeführt werden kann. Eine unnötige Auswertung in Zeitbereichen, in denen der Schließzeitpunkt mit hoher Sicherheit nicht liegt, kann damit auf einfache und wirkungsvolle Weise vermieden werden. According to a further embodiment of the invention, the evaluation of the time profile detected is performed in the coil induced voltage only within a time interval containing the expected closing time ¬. This has the advantage that the evaluation must be only within a limited time range Runaway ¬ leads so that the described method can be performed reliably even with a relatively small computing power. An unnecessary evaluation in time areas in which the closing time with high security is not, can be avoided in a simple and effective way.
Der Beginn des Zeitintervalls kann beispielsweise durch den erwarteten Schließzeitpunkt minus einer vorgegebenen Zeitspanne At gegeben sein. Das Ende des Zeitintervalls kann beispielsweise durch den erwarteten Schließzeitpunkt plus einer weiteren vorgegebenen Zeitspanne At ' gegeben sein. Dabei können die vorgegebenen Zeitspanne At und die weitere vorgegebene Zeit¬ spanne At ' gleich sein. At und At ' sollten kleiner sein als die erwartete und experimentell einfach zu bestimmende Zeitdifferenz zwischen dem ersten Schließzeitpunkt und einem ggf. auftretenden zweiten Schließzeitpunkt, der nach dem Prellen des Magnetankers auf den ersten Schließzeitpunkt folgt. Dies bedeutet, dass ein ggf. auftretender zweite Schließzeitpunkt außerhalb des durch At und At ' gegebenen Beobachtungszeitfensters liegt. The beginning of the time interval can be given for example by the expected closing time minus a predetermined time period At. The end of the time interval may, for example, be given by the expected closing time plus a further predetermined period of time At '. In this case, the predetermined period of time Δt and the further predetermined period of time Δt 'can be the same. At and At 'should be smaller than that Expected and experimentally easy to determine time difference between the first closing time and a possibly occurring second closing time, which follows after the bouncing of the armature to the first closing time. This means that a possibly occurring second closing time is outside the observation time window given by At and At '.
Das Zeitfenster des Schließens des Steuerventils kann damit als ein kalibrierbarer zeitlicher Ausschnitt aus dem Spannungsverlauf der Spule definiert werden. Der zeitliche Beginn dieses Zeitfensters kann insbesondere mit dem zeitlichen Ende der Ansteuerung der Spule zusammenfallen. Die Länge des Zeitfensters, in dem das Schließen des Steuerventils stattfindet , ist kalibrierbar und kann eine typische Länge von zumindest ungefähr 0,1 bis 0,8 Millisekunden haben. The time window of the closing of the control valve can thus be defined as a calibratable time segment from the voltage curve of the coil. The time start of this time window can coincide in particular with the time end of the control of the coil. The length of the time window in which the closing of the control valve takes place is calibratable and may have a typical length of at least about 0.1 to 0.8 milliseconds.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zum Bestimmen eines Schließzeitpunktes eines einen Spulenantrieb aufweisenden Steuerventils eines indirekt angetriebenen According to a further aspect of the invention, an apparatus for determining a closing time of a control valve having a coil drive of an indirectly driven
Kraftstoffin ektors beschrieben. Die Vorrichtung eignet sich insbesondere für ein Steuerventil eines indirekt angetriebenen Dieselkraftstoffin ektor für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges. Die beschriebene Vorrichtung weist auf (a) eine Abschalteinheit zum Abschalten eines Stromflusses durch eine Spule des Spulenantriebs, so dass die Spule stromlos ist, (b) eine Erfassungseinheit zum Erfassen eines zeitlichen Verlaufs einer in der stromlosen Spule induzierten Spannung, wobei die induzierte Spannung durch abklingende Wirbelströme in einem Magnetkreis des Spulenantriebs und durch eine Bewegung eines Magnetankers des Spulenantriebs relativ zu der Spule erzeugt wird, und (c) eine Auswerteeinheit. Die Auswerteeinheit ist eingerichtet (cl) zum Auswerten des erfassten zeitlichen Verlaufs der in der Spule induzierten Spannung und (c2) zum Bestimmen des Schließzeitpunktes basierend auf dem ausgewerteten zeitlichen Verlauf. Fuel injector described. The device is particularly suitable for a control valve of an indirectly driven DieselFuelin ector for an internal combustion engine of a motor vehicle. The described device comprises (a) a turn-off unit for switching off a current flow through a coil of the coil drive, so that the coil is de-energized, (b) a detection unit for detecting a time course of an induced voltage in the currentless coil, wherein the induced voltage by decaying eddy currents are generated in a magnetic circuit of the spool drive and by a movement of a magnetic armature of the spool drive relative to the spool, and (c) an evaluation unit. The evaluation unit is set up (cl) for evaluating the detected time profile of the voltage induced in the coil, and (c2) for determining the closing time based on the evaluated time profile.
Auch der beschriebenen Vorrichtung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass ein von der Bewegung und dem remanenten Magnetismus des Magnetankers des Steuerventils durch Induktion verursachtes Spannungssignal in der Spule des Steuerventils dazu verwendet werden kann, um den Bewegungsablauf des Magnetankers zu cha¬ rakterisieren und daraus den Schließzeitpunkt zu ermitteln. Zumindest in der sog. Freilaufphase des Kraftstoffin ektors ist das der Bewegung des Magnetankers zugeordnete induzierte Spannungssignal typischerweise dann am größten, wenn die Re¬ lativgeschwindigkeit zwischen dem Magnetanker und der Spule maximal ist. Dies ist üblicherweise dann der Fall, wenn sich der Magnetanker unmittelbar vor seinem Anschlag bzw. vor seiner Schließposition befindet. The device described is also based on the recognition that an induction caused by the movement and the remanent magnetism of the magnet armature of the control valve Voltage signal in the coil of the control valve can be used to cha ¬ characterize the movement of the armature and to determine the closing time. At least in the so-called. Freewheeling phase of the fuel in ector that is the movement of the armature associated induced voltage signal is typically at its greatest when the Re ¬ lativgeschwindigkeit between the armature and the coil is maximum. This is usually the case when the magnet armature is immediately before its stop or before its closed position.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Computerprogramm zum Bestimmen eines Schließzeitpunktes eines einen Spulenantrieb aufweisenden Steuerventils eines indirekt an¬ getriebenen Kraftstoffin ektors, insbesondere eines Steuer¬ ventils eines indirekt angetriebenen Dieselkraftstoffinj ektors für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges beschrieben. Das Computerprogramm ist, wenn es von einem Prozessor ausgeführt wird, zum Steuern des oben genannten Verfahrens zum Bestimmen eines Schließzeitpunktes eingerichtet. According to a further aspect of the invention, a computer program for determining a closing time of a coil drive having control valve of an indirectly ¬ driven fuel in ector, in particular a control ¬ valve of an indirectly driven Dieselmotoreninj ector for an internal combustion engine of a motor vehicle described. The computer program, when executed by a processor, is arranged to control the above-mentioned method of determining a closing time.
Der Prozessor kann beispielsweise mittels einer Motorsteuereinheit realisiert werden. The processor can be realized for example by means of a motor control unit.
Im Sinne dieses Dokuments ist die Nennung eines solchen Com¬ puterprogramms gleichbedeutend mit dem Begriff eines Pro¬ gramm-Elements, eines Computerprogrammprodukts und/oder eines computerlesbaren Mediums, das Anweisungen zum Steuern eines Computersystems enthält, um die Arbeitsweise eines Systems bzw. eines Verfahrens in geeigneter Weise zu koordinieren, um die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verknüpften Wirkungen zu erreichen . For the purposes of this document is the mention of such Com ¬ computer program equivalent to the concept of a Pro ¬ program element, a computer program product and / or a computer-readable medium containing instructions for controlling a computer system to the operation of a system or a method in to coordinate suitably to achieve the effects associated with the method according to the invention.
Das Computerprogramm kann als computerlesbarer Anweisungscode in jeder geeigneten Programmiersprache wie beispielsweise in JAVA, C++ etc. implementiert sein. Das Computerprogramm kann auf einem computerlesbaren Speichermedium (CD-Rom, DVD, Blu-ray Disk, Wechsellaufwerk, flüchtiger oder nicht-flüchtiger Speicher, eingebauter Speicher/Prozessor etc.) abgespeichert sein. Der Anweisungscode kann einen Computer oder andere programmierbare Geräte wie insbesondere ein Steuergerät für einen Motor eines Kraftfahrzeugs derart programmieren, dass die gewünschten Funktionen ausgeführt werden. Ferner kann das Computerprogramm in einem Netzwerk wie beispielsweise dem Internet bereitgestellt werden, von dem es bei Bedarf von einem Nutzer herunter geladen werden kann. The computer program may be implemented as a computer-readable instruction code in any suitable programming language such as JAVA, C ++, etc. The computer program can be stored on a computer-readable storage medium (CD-ROM, DVD, Blu-ray Disc, removable drive, volatile or non-volatile memory, built-in memory / processor, etc.). Of the Instruction code may program a computer or other programmable device such as, in particular, an engine control unit of a motor vehicle to perform the desired functions. Further, the computer program may be provided in a network, such as the Internet, from where it may be downloaded by a user as needed.
Die Erfindung kann sowohl mittels eines Computerprogramms, d.h. einer Software, als auch mittels einer oder mehrerer spezieller elektrischer Schaltungen, d.h. in Hardware oder in beliebig hybrider Form, d.h. mittels Software-Komponenten und Hardware-Komponenten, realisiert werden. The invention can be implemented both by means of a computer program, i. software, as well as by means of one or more special electrical circuits, i. in hardware or in any hybrid form, i. using software components and hardware components.
Es wird darauf hingewiesen, dass Aus führungs formen der Erfindung mit Bezug auf unterschiedliche Erfindungsgegenstände be¬ schrieben wurden . Insbesondere sind einige Ausführungsformen der Erfindung mit Verfahrensansprüchen und andere Aus führungs formen der Erfindung mit Vorrichtungsansprüchen beschrieben. Dem Fachmann wird edoch bei der Lektüre dieser Anmeldung sofort klar werden, dass, sofern nicht explizit anders angegeben, zusätzlich zu einer Kombination von Merkmalen, die zu einem Typ von Erfindungsgegenstand gehören, auch eine beliebige Kombination von Merkmalen möglich ist, die zu unterschiedlichen Typen von Erfindungsgegenständen gehören. It should be noted that embodiments of the invention have been described with reference to different subject matters . In particular, some embodiments of the invention are described with method claims and other embodiments of the invention with apparatus claims. However, it will be readily apparent to one skilled in the art upon reading this application that, unless explicitly stated otherwise, in addition to a combination of features associated with a type of subject matter, any combination of features that may result in different types of features is also possible Subject matters belong.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden beispielhaften Beschreibung derzeit bevorzugter Aus führungs formen . Die einzelnen Figuren der Zeichnung dieser Anmeldung sind lediglich als schematisch und als nicht maßstabsgetreu anzusehen. Further advantages and features of the present invention will become apparent from the following exemplary description of presently preferred embodiments. The individual figures of the drawing of this application are merely to be regarded as schematic and not to scale.
Figur 1 zeigt verschiedene an der Spule eines Steuerventils eines indirekt angetriebenen Kraftstoffin ektors anliegende Spannungsverläufe für unterschiedlich lange An¬ steuerdauern . Figure 1 shows various applied to the coil of a control valve of an indirectly driven Kraftstoffin ektors voltage curves for different lengths to ¬ control periods.
Figur 2 zeigt verschiedene in einem Hochdruckspeicher eines indirekt angetriebenen Kraftstoffinj ektors gemessene Druckverläufe für die bereits für Figur 1 verwendeten unterschiedlich langen Ansteuerdauern. Figure 2 shows various measured in a high-pressure accumulator of an indirectly driven Kraftstoffinj injector Pressure curves for the already used for Figure 1 different long drive times.
Figur 3 zeigt in einer vergrößerten Darstellung die in Figur 1 dargestellten Spannungsverläufe im Bereich des Schließzeitpunktes des Steuerventils, wobei der für die Zeitachse verwendete Zeitnullpunkt jeweils so gewählt ist, dass er mit dem Abschalten der elektrischen An- steuerung des Steuerventils zusammenfällt. Figure 3 shows an enlarged view of the voltage waveforms shown in Figure 1 in the region of the closing time of the control valve, wherein the time zero point used for the time axis is selected in each case so that it coincides with the switching off of the electric control of the control valve.
Figur 4 zeigt (a) die Differenz zwischen dem Spannungsverlauf 4 und dem Spannungsverlauf 3 von Figur 3 sowie (b) die Differenz zwischen dem Spannungsverlauf 5 und dem Spannungsverlauf 3 von Figur 3. FIG. 4 shows (a) the difference between the voltage curve 4 and the voltage curve 3 of FIG. 3 and (b) the difference between the voltage curve 5 and the voltage curve 3 from FIG. 3.
Figur 5 zeigt eine schematische Darstellung der Korrektur einer FIG. 5 shows a schematic representation of the correction of a
Ansteuerung eines Steuerventils eines indirekt ange¬ triebenen Kraftstoffin ektors basierend auf einer zuvor bestimmten exakten und injektorindividuellen Bestimmung des Schließzeitpunkts des Steuerventils. Control of a control valve of an indirectly attached ¬ excessive fuel into ector based on a previously determined accurately and injector-determination of the close timing of the control valve.
Figur 6 zeigt in einer schematischen Darstellung einen aus dem FIG. 6 shows a schematic representation of one of FIG
Stand der Technik bekannten indirekt angetriebenen Kraftstoffinjektor. Prior art known indirectly driven fuel injector.
Es wird darauf hingewiesen, dass die nachfolgend beschriebenen Aus führungs formen lediglich eine beschränkte Auswahl an möglichen Ausführungsvarianten der Erfindung darstellen. Insbesondere ist es möglich, die Merkmale einzelner Aus führungs formen in geeigneter Weise miteinander zu kombinieren, so dass für den Fachmann mit den hier explizit dargestellten Aus führungsVarianten eine Vielzahl von verschiedenen Aus führungs formen als offensichtlich offenbart anzusehen sind. It should be noted that the embodiments described below constitute only a limited selection of possible embodiments of the invention. In particular, it is possible to suitably combine the features of individual embodiments with one another, so that for the person skilled in the art with the variants explicitly described here, a multiplicity of different embodiments are to be regarded as obviously disclosed.
Figur 1 zeigt für fünf unterschiedlich lange elektrische Ansteuerdauern ti eines Steuerventils eines indirekt angetriebenen Kraftstoffinj ektors die entsprechenden Spannungsverläufe U_Solenoid an der Spule bzw. an dem Solenoid des Steuerventils. Die elektrische Ansteuerung beginnt jeweils bei 50 με . Das Ende der elektrischen Ansteuerung erkennt man an einem steilen Abfall des entsprechenden Spannungsverlaufs bis zu einem Wert von unter -30 Volt. Danach steigt die Spannung entlang eines durch die Induktivität der Spule bestimmten Anstiegs asymptotisch wieder auf den Spannungswert 0 an. Bei dem mit "1" gekennzeichneten Spannungsverlauf beträgt ti ungefähr 15 με, d.h. der Span¬ nungsabfall findet bei ca. 65 με statt. Bei dem mit "2" ge- kennzeichneten Spannungsverlauf beträgt ti ungefähr 25 με, d.h. der Spannungsabfall findet bei ca. 75 με statt. Bei dem mit "3" gekennzeichneten und mit einer dicken Linie aufgetragenen Spannungsverlauf beträgt ti (=ti(3) ) ungefähr 50 με, d.h. der Spannungsabfall findet bei ca. 100 με statt. Bei dem mit "4" gekennzeichneten Spannungsverlauf beträgt ti ungefähr 92 με, d.h. der Spannungsabfall findet bei ca. 142 με statt. Bei dem mit "5" gekennzeichneten Spannungsverlauf beträgt ti ungefähr 158 is , d.h. der Spannungsabfall findet bei ca. 208 με statt. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt bei t = 50 is jeweils ein Anstieg der Spannung auf eine Boost-Spannung von ca. 30 V. Danach folgt ein Umschalten auf eine Haltespannung von ca. 6 V. Diese Umschaltung erfolgt in bekannter Weise mittels eines Zweipunktreglers, so dass in dem Spannungsverlauf, welcher für den Kurvenverlauf "3" (dicke Linie) besonders gut zu sehen ist, Oszillationen auftreten. FIG. 1 shows the corresponding voltage curves U_solenoid on the coil or on the solenoid of the control valve for five different electrical activation periods ti of a control valve of an indirectly driven fuel injector. The electrical control starts at 50 με each. The end of the electrical control can be seen on a steep drop in the corresponding voltage curve up to a value of less than -30 volts. After that, the voltage rises along one of the Inductance of the coil of certain increase asymptotically back to the voltage value 0 at. The marked with "1" voltage profile ti is approximately 15 με, ie the clamping ¬ voltage drop takes place at about 65 με. For the voltage curve marked "2", ti is approximately 25 με, ie the voltage drop occurs at approximately 75 με. In the voltage curve marked "3" and plotted with a thick line, ti (= ti (3)) is approximately 50 με, ie the voltage drop takes place at approximately 100 με. In the case of the voltage curve labeled "4", ti is approximately 92 με, ie the voltage drop takes place at approximately 142 με. In the case of the voltage curve marked "5", ti is approximately 158 is, ie the voltage drop takes place at approximately 208 με. According to the embodiment shown here, at t = 50 is in each case an increase of the voltage to a boost voltage of about 30 V. This is followed by switching to a holding voltage of about 6 V. This switching takes place in a known manner by means of a two-point controller, so that in the voltage curve, which is particularly well seen for the curve "3" (thick line), oscillations occur.
Die den Spannungsverläufen "1" und "2" zugrunde liegenden Ansteuerungen sind so kurz, dass keine Öffnung des Steuerventils ausgelöst wird. Wie aus Figur 1 ersichtlich, wird außerdem die Haltespannung von ca. 6 V überhaupt nicht erreicht. Die An- steuerung "3" führt zu einem kurzzeitigen Öffnen des Steuerventils. Die Dauer der elektrischen Ansteuerung ti und damit die Öffnungsdauer des Steuerventils ist jedoch so kurz, dass aufgrund der hydraulischen Verzögerung keine Einspritzung ausgelöst wird. Bei den Ansteuerungen "4" und "5" ist die Öffnung des Steuerventils lang genug, so dass eine Einspritzung durch den indirekt angetriebenen Injektor ausgelöst wird. The underlying the voltage curves "1" and "2" controls are so short that no opening of the control valve is triggered. As can be seen from Figure 1, also the holding voltage of about 6 V is not achieved. The control "3" leads to a brief opening of the control valve. The duration of the electrical control ti and thus the opening duration of the control valve is so short that due to the hydraulic delay no injection is triggered. In the controls "4" and "5", the opening of the control valve is long enough so that an injection is triggered by the indirectly driven injector.
Figur 2 zeigt den Druckverlauf in einem Hochdruckspeicher (z.B. ein Common Rail System) eines zumindest einen indirekt ange¬ triebenen Kraftstoffinjektor aufweisenden Einspritz Systems . Das Solenoid des Steuerventils des Kraftstoffinj ektors wird mit den Ansteuerpulsen beaufschlagt , welche den in Figur Idargestellten Spannungsverläufen zugrunde liegen. Wie bereits oben dargelegt, findet bei den Ansteuerungen "1" und "2" keine Öffnung des Steuerventils statt, der Druck P_rail im Hochdruckspeicher bleibt unbeeinflusst . Bei den Ansteuerungen "3", "4" und "5" verursacht die Betätigung des Steuerventils zumindest eine gewisse Leckage von Kraftstoff von dem Steuerraum 642 in die Niederdruckleitung 646 (vgl. Figur 6) . Somit entweicht Figure 2 shows the pressure curve in a high pressure accumulator (for example a common rail system) of at least one indirectly driven fuel injector having been ¬ injection system. The solenoid of the control valve of the fuel injector is injected with the Actuated driving pulses, which are based on the voltage curves shown in FIG. Idar. As already stated above, in the controls "1" and "2" no opening of the control valve takes place, the pressure P_rail in the high pressure accumulator remains unaffected. In the controls "3", "4" and "5" actuation of the control valve causes at least some leakage of fuel from the control chamber 642 in the low pressure line 646 (see Figure 6). Thus escapes
Kraftstoff aus dem Hochdruckspeicher über das Steuerventil in den Niederdruckbereich und es tritt ein kurzzeitiger Druckabfall in dem Hochdruckspeicher auf. Fuel from the high pressure accumulator via the control valve in the low pressure region and there is a brief pressure drop in the high pressure accumulator.
In Figur 2 ist ferner ein willkürlich gewählter Referenzdruck P_Ref aufgetragen, der während des Druckabfalls dP(3) von der Kurve "3" gerade erreicht wird. Durch eine Druckmessung bzw . eine Messung des Druckabfalls für unterschiedlich lange Ansteuerdauern kann somit festgestellt werden, bei welcher Ansteuerdauer gerade der ausgezeichnete Kurvenverlauf "3" vorliegt. Dies bedeutet, dass das Steuerventil gerade so kurz geöffnet wird, dass aufgrund der hydraulischen Verzögerung innerhalb des indirekt angetriebenen Kraftstoffin ektors gerade noch keine Kraftstoffeinspritzung erfolgt. FIG. 2 also plots an arbitrarily selected reference pressure P_Ref, which is just reached during the pressure drop dP (3) from the curve "3". By a pressure measurement resp. a measurement of the pressure drop for drive times of different lengths can thus be determined, at which actuation time the excellent curve "3" is present. This means that the control valve is just opened so short that due to the hydraulic delay within the indirectly driven Kraftstoffin ector is just no fuel injection.
Figur 3 zeigt m einer vergrößerten Darstellung die m Figur 1 dargestellten Spannungsverläufe im Bereich des Schließzeit¬ punktes des Steuerventils. Um die unterschiedlichen Span¬ nungsverläufe besser miteinander vergleichen zu können, wurden diese entlang der Zeitachse so verschoben, dass das Ende der elektrischen Ansteuerung jeweils bei t= 0 με liegt. Figure 3 shows an enlarged representation of the m m FIG voltage curves illustrated 1 in the region of the closing time ¬ point of the control valve. In order to compare the different clamping ¬ voltage gradients better with each other, they were shifted along the time axis so that the end of the electrical drive in each case at t = 0 is με.
Wie aus Figur 3 ersichtlich, zeigen die Spannungsverläufe, die den Ansteuerungen "1" und "2" entsprechen, einen einfachen glatten Verlauf. Die jeweilige Spannung nähert sich in guter Näherung entsprechend einer negativen Exponentialfunktion mit einem negativem Exponenten asymptotisch dem Spannungswert 0 an. Die den Spannungsverläufen "4" und "5" entsprechenden Kurven zeigen jeweils einen Wendepunkt, der mit dem Schließen des Steuerventils korreliert. Der Wendepunkt WP4 in dem Span- nungsverlauf "4" liegt bei etwa 23 με . Der Wendepunkt WP5 in dem Spannungsverlauf "5" liegt bei etwa 37 με . Wie bereits oben erläutert, findet bei der Ansteuerung "3" keine vollständige Öffnung des Steuerventils statt. Die Geschwindigkeit des Ventilkolbens des Steuerventils beim Schließen ist demzufolge sehr gering und in dem entsprechenden Spannungsverlauf "3" (dicke Linie) ist somit kein ausgeprägter Wendepunkt erkennbar. As can be seen from FIG. 3, the voltage curves corresponding to the drives "1" and "2" show a simple smooth progression. The respective voltage approximates asymptotically to the voltage value 0 in accordance with a negative exponential function with a negative exponent. The curves corresponding to the voltage curves "4" and "5" each show a turning point, which correlates with the closing of the control valve. The inflection point WP4 in the chip History "4" is about 23 με. The inflection point WP5 in the voltage curve "5" is about 37 με. As already explained above, there is no complete opening of the control valve in control "3". The speed of the valve piston of the control valve when closing is therefore very low and in the corresponding voltage curve "3" (thick line) thus no pronounced turning point can be seen.
Figur 4 zeigt (a) die Differenz zwischen dem Spannungsverlauf "4" und dem Spannungsverlauf "3" von Figur 3 sowie (b) die Differenz zwischen dem Spannungsverlauf "5" und dem Spannungsverlauf "3" von Figur 3. Es ergeben sich jeweils ausgeprägte Maxima zu Zeiten, welche die Schließzeitpunkte 4 bzw. 5 für die Ansteuerungen "4" bzw. "5" angeben. Für diese Schließzeitpunktbestimmung wurde der in den Figuren 1 und 3 dargestellte Spannungsverlauf "3" als Referenz verwendet. FIG. 4 shows (a) the difference between the voltage curve "4" and the voltage curve "3" of FIG. 3, and (b) the difference between the voltage curve "5" and the voltage curve "3" from FIG Maxima at times, which indicate the closing times 4 and 5 for the drives "4" and "5". For this closing time determination, the voltage curve "3" shown in FIGS. 1 and 3 was used as a reference.
Um das Referenzspannungssignal (Signalverlauf "3" in den Figuren 1 und 3) möglichst genau zu bestimmen, kann der betreffende indirekt angetriebene Kraftstoffin ektor mit Testpulsen mit zunehmend steigender elektrischer Ansteuerdauer ti beaufschlagt werden und gleichzeitig zur Ansteuerung der Verlauf des Drucks in dem Hochdruckspeicher (z.B. Common Rail System) überwacht werden (siehe Figur 2) . In order to determine the reference voltage signal (waveform "3" in Figures 1 and 3) as accurately as possible, the relevant indirectly driven Brennstoffin ector can be acted upon by test pulses with increasing electrical driving time ti and simultaneously to control the course of the pressure in the high-pressure accumulator (eg Common Rail System) are monitored (see Figure 2).
Nach dem Überschreiten einer definierten injektorindividuellen Ansteuerungsdauer (siehe ti(3) in Figur 1) wird im Steuerventil des indirekt angetriebenen Kraftstoffinj ektors eine hinreichend große auf den Ventilkolben wirkende Anziehungskraft erzeugt. Als Folge davon öffnet das Steuerventil für eine von der elektrischen Ansteuerdauer abhängige Zeit und Kraftstoff kann aus dem Hochdruckspeicher in den Niederdruckbereich entweichen. Wie bereits oben beschrieben, fällt hierdurch der Druck im Hochdruckspeicher um einen von der Ansteuerdauer des Steuerventils abhängigen Betrag ab (siehe Figur 2) . Damit kann gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung eine vom Druck im Hochdruckspeicher (P_rail) abhängige Schwelle (dP(3)) des Druckeinbruchs aufgrund der Ansteuerung des Steuerventils definiert werden (siehe Figur 2) . Die Schwelle kann kalibrativ derart gewählt werden, das sichergestellt ist, dass das After exceeding a defined injector-individual activation duration (see ti (3) in FIG. 1), a sufficiently great force acting on the valve piston is generated in the control valve of the indirectly driven fuel injector. As a result, the control valve opens for a time dependent on the electrical control time and fuel can escape from the high-pressure accumulator in the low-pressure region. As already described above, this causes the pressure in the high-pressure accumulator to drop by an amount dependent on the activation duration of the control valve (see FIG. 2). Thus, according to an exemplary embodiment of the invention, a threshold (dP (3)) of the pressure drop dependent on the pressure in the high-pressure reservoir (P_rail) can be defined on the basis of the control of the control valve (see FIG. 2). The threshold can be chosen to be calibrated so as to ensure that the
Steuerventil für einen definierten Zeitraum betätigt wurde - also eine definierte Menge Kraftstoff aus dem Hochdruckspeicher in den Niederdruckspeicher entweichen kann. Diese Kraftstoffmenge ist j edoch so gering, so dass keine Bewegung der Ventilnadel 610 (vgl. Figur 6) stattfindet. Control valve has been operated for a defined period - ie a defined amount of fuel from the high-pressure accumulator can escape into the low-pressure accumulator. However, this fuel quantity is so low that no movement of the valve needle 610 (see FIG.
Erreicht der Raildruckabfall dP (ti) als Funktion der Ansteuerung des Steuerventils diese vordefinierte Schwelle, so entspricht der zu diesen Ansteuerungsparametern gehörige Spannungsverlauf im Schließbereich des Steuerventils dem Referenzspannungs¬ verlauf U_ref (siehe Verlauf "3" in den Figuren 1 und 3) . Dieser Referenzspannungsverlauf kann in ektorindividuell in einem Motorsteuergerät abgelegt und regelmäßig aktualisiert werden, um Änderungen im Einspritzsystem zu kompensieren. Reaches the rail pressure drop dP (ti) as a function of activating the control valve, this predefined threshold, the associated with these control parameters voltage waveform in the closing area of the control valve corresponds to the reference voltage ¬ extending U_ref (see curve "3" in Figures 1 and 3). This reference voltage profile can be stored in ektorindividuell in an engine control unit and updated regularly to compensate for changes in the injection system.
Figur 5 zeigt eine schematische Darstellung der Korrektur einer Ansteuerung eines Steuerventils eines indirekt angetriebenen Kraftstoffinj ektors basierend auf einer zuvor bestimmten exakten und injektorindividuellen Bestimmung des Schließzeitpunkts des Steuerventils . FIG. 5 shows a schematic representation of the correction of a control of a control valve of an indirectly driven fuel injector based on a previously determined exact and injector-specific determination of the closing time of the control valve.
In dem linken Diagramm ist die elektrische Spannung an dem Solenoid des Steuerventils während der aktiven Bestromungsphase und der anschließenden Freilaufphase dagestellt. Die In the left diagram, the electrical voltage at the solenoid of the control valve during the active energizing phase and the subsequent freewheeling phase is dagestellt. The
Bestromungsphase ist durch eine vorgesteuerte Zeit ti Energization phase is by a pre-controlled time ti
charakterisiert. Die Oszillationen bzw. Unterbrechungen innerhalb der Bestromungsphase resultieren in bekannter Weise aus einer Zweipunktregelung der jeweiligen an der Spule anliegenden Spannung. Während der anschließenden Freilaufphase, welche mit dem Ende der Bestromungsphase beginnt, findet der Schließvorgang des Servoventils statt. Bei der hier verwendeten Darstellung entspricht der Zeitpunkt des Schließens des characterized. The oscillations or interruptions within the Bestromungsphase result in a known manner from a two-step control of the respective voltage applied to the coil. During the subsequent freewheeling phase, which begins with the end of the energization phase, the closing operation of the servo valve takes place. In the illustration used here corresponds to the time of closing the
Steuerventils einem lokalen Minimum im Spannungsverlauf. Dieses lokale Minimum tritt nach einer Zeit t_s nach dem Ende der Bestromungsphase auf. Control valve a local minimum in the voltage curve. This local minimum occurs after a time t_s after the end of the energization phase.
Im dem oberen mittleren Diagramm von Figur 5 sind schematisch zwei Mengenkennlinien q_inj_l und q_inj_2 als Funktion der In the upper middle diagram of FIG. 5, two quantity characteristics q_inj_l and q_inj_2 are shown schematically as a function of
elektrischen Ansteuerdauer ti gezeigt. Die beiden electrical drive time ti shown. The two
Mengenkennlinien, welche die Einspritzmenge pro Einspritzpuls angeben, können entweder zwei unterschiedlichen Quantity curves, which indicate the injection quantity per injection pulse, can either be two different ones
Kraftstoffin ektoren oder ein und demselben Kraftstoffin ektor bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen zugeordnet sein. In dem unteren mittleren Diagramm von Figur 5 sind die dazughörigen aus dem Spannungsverlauf bestimmten Schließzeitpunkte als Funktion der vorgesteuerten elektrischen Ansteuerdauer ti gezeigt. Die entsprechenden Kurven sind mit t_s_inj_l und t_s_inj_2 gekennzeichnet. In dem unteren mittleren Diagramm ist ferner eine mit t_s_ref bezeichnete Referenzlinie aufgetragen, welche, wie nachfolgend beschrieben, für eine Normierung verwendet werden kann. In dem oberen mittleren Diagram zeigen die unkorregierten Mengenkennlinen q_inj_l und q_inj_2 aufgrund des injektorabhängigen und/oder betriebspunktabhängigen Be assigned fuel in ectors or one and the same Kraftstoffin ector under different operating conditions. In the lower middle diagram of FIG. 5, the slide-related closing times determined from the voltage curve are shown as a function of the pre-controlled electrical drive time ti. The corresponding curves are marked t_s_inj_l and t_s_inj_2. In the lower middle diagram, a reference line designated by t_s_ref is also plotted, which can be used for normalization, as described below. In the upper middle diagram, the uncorrected quantity curves q_inj_l and q_inj_2 show due to the injector dependent and / or operating point dependent
Schließverhaltens des Steuerventils ausgeprägte Closing behavior of the control valve pronounced
Nichtlinearitäten und ausgeprägte Unterschiede zwischen verschiedenen Kraftstoffinj ektoren. Nonlinearities and pronounced differences between different fuel injectors.
In dem rechten Diagramm sind die mit Hilfe der gemessenen Schließzeit bezogen auf die Referenzschließzeit t_s_ref korregierten Mengenkennlinien der beiden Inj ektoren gezeigt . Die Korrektut ergibt sich dabei aus folgenden Gleichungen: ts_kor = t_s_ref - t_s (2) ti_kor = ti + ts_kor (3) The right-hand diagram shows the set characteristic curves of the two injectors corrected with the aid of the measured closing time with reference to the reference closing time t_s_ref. The correction results from the following equations: ts_kor = t_s_ref - t_s (2) ti_kor = ti + ts_kor (3)
Wie aus dem rechten Diagramm von Figur 5 ersichtlich, liegen die gemäß den Gleichungen (4) und (5) korrigiertne Mengenkennlinien in guter Näherung übereinander. Somit können durch eine entsprechende Korrektur betriebsbedingte und/oder As can be seen from the right-hand diagram of FIG. 5, the quantitative characteristics corrected according to equations (4) and (5) are in good approximation one above the other. Thus, by an appropriate correction operational and / or
injektorindividuelle Mengenvariationen weitgehend eliminiert und somit insbesondere für kleine Einspritzmengen eine besonders hohe Genauigleit bzgl. der Einspritzmengen erreicht werden. Injektorindividuelle quantity variations largely eliminated and thus, in particular for small injection quantities, a particularly high accuracy of the injection quantity can be achieved.
Die Diagramme von Figur 5 verdeutlichen somit eine prinzipielle Strategie zur optimierten Ansteuerung eines von einem Steuerventil indirekt angetriebenen Kraftstoffin ektors . Aus dem Spannungsverlauf des Solenoids des Steuerventils wird der Schließzeitpunkt ts des Steuerventils bei jeder Ansteuerung des Ventils bestimmt . Dieser Schließzeitpunkt wird mit dem nominalen Schließzeitpunkt t_s_ref verglichen, der ebenfalls bei der Bestimmung der generischen und injektorunabhängigen Ansteuerzeit berücksichtigt wird. Ausgehend von diesem Vergleich wird ein injektorindividueller und betriebspunktabhängiger Korrekturanteil gemäß Gleichung (2) gebildet und bei der An- Steuerung über die Gleichung (3) berücksichtigt. Damit können auf einfache und zugleich wirkungsvolle Weise injektorindividuelle und betriebspunktabhängige Toleranzen im Schließverhalten des durch ein Steuerventil indirekt angetrieben Kraftstoffinj ektors berücksichtigt und hierdurch bedingte Mengentoleranzen kom- pensiert werden. The diagrams of Figure 5 thus illustrate a basic strategy for the optimized control of a indirectly driven by a control valve Kraftstoffin ector. From the voltage curve of the solenoid of the control valve, the closing time ts of the control valve is determined each time the valve is actuated. This closing time is compared with the nominal closing time t_s_ref, which is also taken into account when determining the generic and injector-independent activation time. Based on this comparison, an injector-individual and operating point-dependent correction component is formed in accordance with equation (2) and taken into account in the on-control via equation (3). In this way, injector-specific and operating point-dependent tolerances in the closing behavior of the fuel injector indirectly driven by a control valve can be taken into account in a simple yet effective manner and compensation can be made for the resulting quantity tolerances.
Bezugs zeichenliste Reference sign list
600 indirekt angetriebener Kraftstoffin ektor600 indirectly fueled fuel injector
602 äußeres Gehäuse 602 outer casing
604 inneres Gehäuse 604 inner casing
610 Ventilnadel 610 valve needle
612 Feder 612 spring
614 Austrittsöffnung 614 outlet opening
620 Steuerantrieb / Steuerventil 620 control drive / control valve
622 Spule / Solenoid 622 coil / solenoid
624 Eisenjoch 624 iron yoke
626 Feder 626 spring
628 Koppelelement 628 coupling element
630 Kolben / Anker Steuerventil 630 piston / anchor control valve
632 Sitz Steuerventil 632 seat control valve
640 Hochdruckleitung 640 high pressure line
642 Steuerraum 642 control room
644 Ventilraum 644 valve space
646 Niederdruckleitung / Leckage-System 646 low pressure line / leakage system
650 Common Rail System 650 Common Rail System
652 Sensor für Raildruck 652 Sensor for rail pressure
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