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DE102017213126A1 - Verfahren zum Ermitteln einer von einem Kraftstoffinjektor abgegebenen Kraftstoffmenge - Google Patents

Verfahren zum Ermitteln einer von einem Kraftstoffinjektor abgegebenen Kraftstoffmenge Download PDF

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DE102017213126A1
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fuel
fuel injector
value
sensor
determined
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Application number
DE102017213126.8A
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Dietmar Zeh
Holger Rapp
Thomas Becker
Henning Kreschel
Andreas Rau
Matthias Siedentopf
Andreas Beckbissinger
Helmar Gruhl
Wolfgang Stoecklein
Thorsten Rick
Marco Beier
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln einer von einem Kraftstoffinjektor für eine Brennkraftmaschine abgegebenen Kraftstoffmenge (Q) mittels eines Sensors, der dafür vorgesehen ist, ein Öffnen und/oder Schließen des Kraftstoffinjektors zu erfassen, wobei während eines Betriebs des Kraftstoffinjektors ein Signalverlauf des Sensors erfasst wird, und wobei anhand eines Wertes eines für den Signalverlauf charakteristischen Parameters (M) unter Verwendung eines Zusammenhangs (F) von Werten des charakteristischen Parameters (M) und abgegebener Kraftstoffmenge (Q) die von dem Kraftstoffinjektor (10) abgegebene Kraftstoffmenge ermittelt wird.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln einer von einem Kraftstoffinjektor für eine Brennkraftmaschine abgegebenen Kraftstoffmenge sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung.
  • Stand der Technik
  • Moderne Brennkraftmaschinen verfügen über Kraftstoffinjektoren, mit denen Kraftstoff gezielt in Brennräume eingebracht werden kann. Für eine genaue Steuerung der Brennkraftmaschine sowie die Einhaltung von Emissions- und Leistungsanforderungen ist es vorteilhaft, charakteristische Zeitpunkte der Einspritzvorgänge, insbesondere ein Öffnen und Schließen der Einspritzventile der Kraftstoffinjektoren und damit einen Einspritzbeginn und ein Einspritzende, bzw. eine abgegebene Kraftstoffmenge möglichst genau zu erfassen.
  • Bei Kraftstoffinjektoren, bei denen das Öffnen und Schließen direkt durch Magnetventile, Piezo-Aktoren oder dergleichen erfolgt, können zum Erfassen solcher charakteristischer Zeitpunkte oft die elektrischen Ansteuergrößen selbst verwendet werden.
  • Bei sog. Servo-Injektoren, bei denen zunächst ein Servo-Ventil angesteuert wird, um die Einspritzdüse zu betätigen, besteht hingegen kein direkter Zusammenhang zwischen den elektrischen Ansteuergrößen und den Öffnungs- bzw. Schließzeitpunkten des Kraftstoffinjektors bzw. dessen Düsennadel. Daher können bei solchen Kraftstoffinjektoren zusätzliche Sensoren, die beispielsweise den Kraftstoffdruck in einem Steuerraum des Kraftstoffinjektors oder eine Verformung des Kraftstoffinjektors, insbesondere im Bereich seiner Hochdruckbohrung, als Folge von Druckänderungen erfassen, verwendet werden.
  • Aus der EP 2 944 799 A1 ist beispielsweise ein Verfahren zum Ermitteln solcher charakteristischer Zeitpunkte bekannt, bei dem ein solcher Sensor auf dem Haltekörper des Kraftstoffinjektors angebracht wird und dessen Sensorsignal im Wesentlichen die Verformung des Haltekörpers im Bereich der unterhalb dieses Sensors durch den Haltekörper verlaufenden Hochdruckbohrung wiedergibt. Der Einspritzbeginn kann dabei vorzugsweise anhand der zeitlichen Lage eines Minimums der zweiten Ableitung des Sensorsignals bestimmt werden, das Spritzende hingegen anhand der zeitlichen Lage eines Maximums der ersten Ableitung des Sensorsignals.
  • Insbesondere beim Einspritzbeginn wird die Detektionsqualität jedoch oftmals durch dem eigentlichen Sensorsignal überlagerte Störsignale stark beeinträchtigt. Diese Störsignale können durch mechanische Schwingungen des Haltekörpers ausgelöst werden oder auch durch Reflexionen von Druckwellen, die durch die Hochdruckbohrung laufen.
  • Aus der DE 10 2009 027 311 A1 ist beispielsweise bekannt, den Verlauf des Einspritzendeverzugs, also des Verzugs des tatsächlichen Endes der Einspritzung gegenüber dem Ansteuerende (auch als Schließdauer oder Schließzeit bezeichnet), über der Ansteuerdauer aufzutragen und die Parameter eines Merkmals dieser Kurve zur Bestimmung des Einspritzbeginns heranzuziehen. Dies ist möglich, da der Einspritzbeginnverzug nicht von der Ansteuerdauer, sondern lediglich vom Einspritzdruck abhängt. Das so gewonnene Signal ist bei bestimmten Typen von Sensoren oder Kraftstoffinjektoren jedoch nicht hinreichend genau.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zum Ermitteln einer von einem Kraftstoffinjektor abgegebenen Kraftstoffmenge sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
  • Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient zum Ermitteln einer von einem Kraftstoffinjektor für eine Brennkraftmaschine abgegebenen Kraftstoffmenge, d.h. insbesondere einer mittels dieses Kraftstoffinjektors in einen Brennraum bzw. Zylinder eingespritzten Kraftstoffmenge, mittels eines Sensors, der dafür vorgesehen ist, ein Öffnen und/oder Schließen des Kraftstoffinjektors zu erfassen. Hierzu wird während eines Betriebs des Kraftstoffinjektors ein Signalverlauf des Sensors erfasst und anhand eines Wertes eines für den Signalverlauf charakteristischen Parameters wird unter Verwendung eines Zusammenhangs von Werten des charakteristischen Parameters und abgegebener Kraftstoffmenge die von dem Kraftstoffinjektor abgegebene Kraftstoffmenge ermittelt. Bei einem solchen Zusammenhang von Werten des charakteristischen Parameters und abgegebener Kraftstoffmenge kann es sich insbesondere um einen funktionalen Zusammenhang handeln, also eine Funktion, die den Wert des charakteristischen Parameters auf eine zugehörige Kraftstoffmenge abbildet, oder um ein (z.B. messtechnisch ermitteltes) Kennfeld bzw. Kennlinie.
  • Denkbar ist hierbei, dass der Zusammenhang von Werten des charakteristischen Parameters und abgegebener Kraftstoffmenge ermittelt wird, indem für mehrere voneinander verschiedene, von dem Kraftstoffinjektor abgegebene Kraftstoffmengen jeweils ein zugehöriger Signalverlauf des Sensors erfasst wird, wobei für jeden der erfassten Signalverläufe jeweils der zugehörige Wert des charakteristischen Parameters ermittelt wird. Je nach Situation können dabei viele solcher Wertepaare ermittelt werden, um durch übliche Methoden („Fitting“), beispielsweise Polynomanpassung, eine geeignete Funktion zu erhalten. Denkbar ist aber auch, dass nur wenige solcher Wertepaare ermittelt werden, beispielsweise zwei, und dass von einem linearen Zusammenhang ausgegangen wird. Dies ist zumindest für geringe Kraftstoffmengen hinreichend genau, wie später noch näher erläutert wird.
  • Bei dem vorgeschlagenen Verfahren ist es nun möglich, sehr einfach anhand des Sensorsignals - hierunter kann sowohl ein direkt von dem Sensor erzeugtes Signal oder auch ein daraus gewonnenes Drucksignal, ggf. jeweils auch noch gefiltert, verstanden werden - die Kraftstoffmenge ermittelt und dann insbesondere auch geregelt werden kann. Damit ist eine genaue Einstellung der für einen möglichst optimalen Betrieb der Brennkraftmaschine nötigen, abzugebenden Kraftstoffmenge möglich. Dabei wurde erkannt, dass es für verschiedene solcher charakteristischer Parameter, wie sie nachfolgend noch näher erläutert werden, einen direkten Zusammenhang mit der abgegebenen Kraftstoffmenge gibt. Der Wert eines solchen charakteristischen Parameters ist dabei sehr einfach zu ermitteln. Zusätzliche übliche Funktionen, anhand welcher die Kraftstoffmenge aus anderen Werten, wie verschiedenen charakteristischen Zeitpunkten oder Zeitdauern, ermittelt werden muss, sind nicht mehr notwendig.
  • Vorzugsweise wird als Wert des charakteristischen Parameters wenigstens einer der folgenden Werte verwendet:
    • - ein Wert eines Minimums des Signalverlaufs innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls nach einem Ansteuerbeginn des Kraftstoffinjektors,
    • - ein Wert eines Maximums des Signalverlaufs innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls nach einem Ansteuerbeginn des Kraftstoffinjektors,
    • - ein Wert einer Differenz zwischen dem Maximum und dem Minimum des Signalverlaufs innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls nach einem Ansteuerbeginn des Kraftstoffinjektors,
    • - ein Wert eines Integrals über den Signalverlauf von einem Ansteuerbeginn des Kraftstoffinjektors oder einem Zeitpunkt mit vorgegebenem zeitlichen Abstand zu dem Ansteuerbeginn bis zu dessen Minimum, und
    • - ein Wert eines Integrals über den Signalverlauf von einem Ansteuerbeginn des Kraftstoffinjektors oder einem Zeitpunkt mit vorgegebenem zeitlichen Abstand zu dem Ansteuerbeginn bis zu einem ersten Nulldurchgang des Signalverlaufs nach dessen Minimum.
  • Bei der Bildung dieser Integrale kann zudem jeweils das Sensorsignal um einen Offset (bzw. Bias-Wert) korrigiert werden. Auch die Integrationsgrenzen können um vorgegebene Offsets verschoben werden.
  • All diese charakteristischen Parameter können bei einem erfassten Sensorsignal, bei dem es sich insbesondere um eine Spannung handeln kann, sehr einfach und auch genau ermittelt werden. Denkbar ist in diesem Zusammenhang auch, geeignete Filter (durch Software und/oder Hardware) zu verwenden. Diese Parameter sind repräsentativ für die eingespritzte Kraftstoffmenge (Die Parameter stehen in direkter Korrelation zur Menge).
  • Der Vollständigkeit halber sei angemerkt, dass im Rahmen des vorgeschlagenen Verfahrens auch zwei oder mehr der genannten charakteristischen Parameter verwendet werden können, um daraus jeweils eine abgegebene Kraftstoffmenge zu ermitteln und daraus dann insgesamt ein genaueres Ergebnis zu erhalten, z.B. durch Mittelwertbildung o.ä.
  • Vorteilhafterweise wird anhand des Wertes des charakteristischen Parameters die von dem Kraftstoffinjektor abgegebene Kraftstoffmenge ermittelt, indem der Wert zunächst um einen Offset korrigiert wird, wobei dann anhand des korrigierten Wertes unter Verwendung des obigen Zusammenhangs die von dem Kraftstoffinjektor abgegebene Kraftstoffmenge ermittelt wird. Zweckmäßig ist es hierbei, wenn der Offset ermittelt wird, indem ein Wert des charakteristischen Parameters für eine oder mehrere Ansteuerungen des Kraftstoffinjektors, bei der kein Kraftstoff abgegeben wird, ermittelt wird. Wenigstens eine der Ansteuerungen des Kraftstoffinjektors (vorzugsweise die erste und/oder die letzte Ansteuerung während einer Einspritzsequenz), bei der kein Kraftstoff abgegeben wird, kann insbesondere zusätzlich zu einer Ansteuerung, bei welcher Kraftstoff abgegeben wird, vorgenommen werden. Auf diese Weise ist eine besonders schnelle und genaue Ermittlung der tatsächlich abgegebenen Kraftstoffmenge möglich, wobei etwaige Abweichungen bereits berücksichtigt werden. Zudem kann auch während eines Betriebs eine Anpassung des Zusammenhangs bzw. des zu berücksichtigenden Offsets erfolgen, wodurch etwaige, nach einer gewissen Betriebsdauer des Kraftstoffinjektors auftretende Abweichungen korrigiert werden können.
  • Vorteilhafterweise wird als Sensor ein piezoelektrischer Sensor, ein piezoresistiver Sensor oder ein kapazitiver Sensor verwendet, der insbesondere jeweils an einem Haltekörper des Kraftstoffinjektors angeordnet ist. Zusätzlich oder alternativ kann der Sensor auch derart ausgebildet sein, dass mittels des Sensors ein Öffnen und/oder Schließen des Kraftstoffinjektors anhand von während der jeweiligen Einspritzung in dem Kraftstoffinjektor auftretenden Druckänderungen erfasst werden können.
  • Zum Erkennen des Druckverlaufes kann der Sensor an einer geeigneten Stelle in dem Kraftstoffinjektor angeordnet sein, beispielsweise am Umfang eines Haltekörpers des Kraftstoffinjektors, insbesondere an der Stelle einer Hochdruckbohrung. Ein solcher Haltekörper bzw. dessen Hochdruckbohrung ist den Druckänderungen im Kraftstoffinjektor ausgesetzt. Druckänderungen führen zu einer elastischen Verformung am Halteköper im Bereich der Hochdruckbohrung. Die Verformung des Haltekörpers bzw. der Leitung wird als die vom Sensor zu erfassende Größe genutzt. Der dafür benötigte Sensor kann am Haltekörper oder der Zulaufleitung angebracht werden und muss weder im Hochdruck noch im Niederdruck des Kraftstoffinjektors verbaut sein. Vorzugsweise ist der Sensor in der Nähe der bzw. über der Hochdruckbohrung angeordnet, da die Dehnung des Haltekörpers aufgrund von Druckänderungen an solchen Stellen am größten ist.
  • Vorzugsweise umfasst der Kraftstoffinjektor ein Servo-Ventil. Dieses ist vorzugsweise durch einen Piezoaktor oder einen Magnetaktor betätigbar. Wie bereits eingangs erwähnt, ist gerade bei Kraftstoffinjektoren, die mittels eines Servo-Ventils arbeiten, eine Erkennung von charakteristischen Zeitpunkten des Einspritzvorgangs schwierig. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird hier jedoch eine bessere Erkennung ermöglicht. Ein erfindungsgemäßes Verfahren ist jedoch auch bei einem Kraftstoffinjektor ohne Servo-Ventil vorteilhaft anwendbar.
  • Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z.B. ein Steuergerät eines Kraftfahrzeugs, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.
  • Auch die Implementierung des Verfahrens in Form eines Computerprogramms ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere wenn ein ausführendes Steuergerät noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere magnetische, optische und elektrische Speicher, wie z.B. Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, DVDs u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich.
  • Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
  • Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
  • Figurenliste
    • 1 zeigt schematisch einen Kraftstoffinjektor mit Sensor, wie er im Rahmen eines erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden kann.
    • 2 und 3 zeigen schematisch Ansteuer- und Signalverläufe mit verschiedenen Parametern, wie sie bei verschiedenen bevorzugten Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden können.
    • 4 zeigt schematisch einen Zusammenhang zwischen Werten des Parameters und abgegebener Kraftstoffmenge bei einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Ausführungsform(en) der Erfindung
  • In 1 ist schematisch ein Kraftstoffinjektor mit Sensor, wie er im Rahmen eines erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden kann, gezeigt. Der Kraftstoffinjektor 10 kann dabei in einem nicht gezeigten Brennraum einer Brennkraftmaschine eingebracht sein. Der Kraftstoffinjektor 10 dient dem Einspritzen bzw. Abgeben von Kraftstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine und kann Bestandteil eines Common-Rail-Einspritzsystems sein.
  • Der Kraftstoffinjektor 10 weist ein Injektorgehäuse (bzw. einen Haltekörper) 11 auf, mit dem beispielhaft ein dem Brennraum der Brennkraftmaschine zugewandter Düsenkörper 12 sowie eine weitere, zwischen dem Düsenkörper 12 und dem Haltekörper 11 angeordnete ortsfeste Funktionsgruppe 13 verbundenen ist. Der Düsenkörper 12, die Funktionsgruppe 13 und der Haltekörper 11 sind durch eine Düsenspannmutter 14 kraftschlüssig zueinander fixiert.
  • In dem Düsenkörper 12 sind ein oder mehrere Einspritzöffnungen 15 ausgebildet. Die Funktionsgruppe 13 enthält üblicherweise ein hier nicht dargestelltes Servo-Ventil sowie ebenfalls nicht dargestellte hydraulische Funktionselemente zur Übertragung des Schaltzustands des Servo-Ventils auf die Düsennadel. Der Haltekörper 11 nimmt üblicherweise den hier ebenfalls nicht dargestellten Aktor sowie die zugehörige Schaltkette zur Betätigung des Servo-Ventils durch den Aktor auf. Da das Servo-Ventil, dessen Ausführungsform sowie die Ausbildung des Aktors und der Schaltkette für die vorliegende Erfindung nicht von Bedeutung sind, sind diese in der Figur nicht explizit dargestellt.
  • Weiterhin ist in dem Düsenkörper 12 eine im Wesentlichen sacklochförmige Ausnehmung 16 ausgebildet, in der entlang einer Längsachse eine Düsennadel 18 axial beweglich angeordnet ist. In der in der 1 dargestellten, abgesenkten Position der Düsennadel 18 verschließt diese die Einspritzöffnungen 15 unter Ausbildung eines Dichtsitzes 19 an der Innenseite des Düsenkörpers 12.
  • Die sacklochförmige Ausnehmung 16 ist über einen Zulaufkanal 30 und eine Kraftstoffzuführleitung 60 mit einem Kraftstoff-Hochdruckspeicher (dem sog. Rail) 31 verbunden.
  • Die Düsennadel 18 wird durch eine Düsenfeder 25 mit einer in Richtung des Dichtsitzes 19 wirkenden Axialkraft beaufschlagt. Der Druck in der Ausnehmung 16 bewirkt eine vom Dichtsitz 19 weg weisende hydraulische Kraft auf die Düsennadel 18. Auf die vom Dichtsitz 19 abgewandte Stirnfläche der Düsennadel 18 bewirkt üblicherweise ein dort anliegender, veränderbarer Druck eine damit ebenfalls veränderbare, in Richtung des Dichtsitzes 19 weisende Axialkraft auf die Düsennadel. Der veränderbare Druck und damit die durch diesen erzeugte Axialkraft sind durch den Schaltzustand des Servo-Ventils steuerbar. Das hier nicht dargestellte Servo-Ventil beeinflusst auf diese Weise die Kräftebilanz zwischen öffnenden und schließenden Axialkräften an der Düsennadel 18 und steuert so deren Öffnungs- und Schließbewegung.
  • Der Zulaufkanal 30 weist im Haltekörper 11 zwei Bohrungsabschnitte 32, 33 auf, deren Achsen um einen Winkel gegeneinander verschwenkt sind. Während der Bohrungsabschnitt 32 im Wesentlichen parallel zur Längsachse des Haltekörpers 11 verläuft, neigt sich der zweite Bohrungsabschnitt 33 in Richtung zum Hochdruckanschluss 34 des Injektors 10 hin. Zudem ist in dem zweiten Bohrungsabschnitt 33 üblicherweise ein Filterelement 36 aufgenommen, welches die Aufgabe hat, störende Partikel vom Kraftstoffinjektor 10 fernzuhalten oder diese auf eine unschädliche Größe zu zerkleinern.
  • Weiterhin ist nun ein Sensor 50, insbesondere mit einem Piezoelement, zur Erfassung der Haltekörperverformung im Bereich des Zulaufkanals 30 vorgesehen. Der Sensor ist hier an der äußeren Umfangswand des Haltekörpers 11 angeordnet. In vorteilhafter Weise ist der Sensor direkt über dem Zulaufkanal 11 angeordnet, besonders vorteilhaft auf Höhe der Verschneidung der beiden Bohrungsabschnitte 32, 33. Der Sensor 50 ist über eine geeignete elektrische Anschlussleitung mit einer als Steuergerät ausgebildeten Recheneinheit 80 verbunden, die zumindest mittelbar auch der Ansteuerung des Kraftstoffinjektors 10 dient.
  • Die Funktionsweise des Kraftstoffinjektors 10 sowie des Sensors 50 wird wie folgt erläutert: In der in 1 dargestellten, abgesenkten Stellung der Düsennadel 18 verschließt diese den Dichtsitz 19. Dadurch wird ein Abgeben von Kraftstoff über die Einspritzöffnungen 15 verhindert und es herrscht in dem Kraftstoff-Hochdruckspeicher 31, der Kraftstoff-Zuführleitung 60, dem Zulaufkanal 30 und in der sacklochförmigen Ausnehmung 16 ein einheitlicher, im Wesentlichen konstanter, hoher Druck (Systemdruck).
  • Eine Ansteuerung des Kraftstoffinjektors 10 bzw. von dessen Aktor bewirkt über das Servo-Ventil eine Hubbewegung der Düsennadel 18 nach oben, wodurch der Dichtsitz 19 geöffnet wird. Dadurch strömt Kraftstoff aus der sacklochförmigen Ausnehmung 16 über die Einspritzöffnungen 15 in den Brennraum der Brennkraftmaschine. Dies führt zu einem Druckeinbruch in der sacklochförmigen Ausnehmung und am dem Düsenkörper 12 zugewandten Ende des Zulaufkanals 30. Dieser Druckeinbruch pflanzt sich in Form einer Druckwelle mit der Schallgeschwindigkeit des Kraftstoffs durch den Zulaufkanal 30 und die Kraftstoff-Zuführleitung 60 in Richtung des Kraftstoff-Hochdruckspeichers 31 fort. Infolgedessen kommt es mit einer definierten zeitlichen Verzögerung nach dem Öffnen des Dichtsitzes 19 zu einem Druckeinbruch im Zulaufkanal auf Höhe des Sensors 50 und damit zu einer elastischen Verformung des Haltekörpers 11 an dieser Stelle. Diese elastische Verformung wird vom Sensor in ein üblicherweise fallendes Spannungssignal umgesetzt.
  • Endet die Ansteuerung des Aktors, so wird dadurch die Bewegungsrichtung der Düsennadel 18 umgekehrt und sie beginnt, sich in Richtung des Dichtsitzes 19 zu bewegen. Sobald die Düsennadel 18 den Dichtsitz 19 erreicht, endet die Einspritzung. Dadurch kommt es zu einem Druckanstieg in der sacklochförmigen Ausnehmung 16, die sich dann wiederum in Form einer Druckwelle durch den Zulaufkanal 30 und die Kraftstoff-Zuführleitung 60 zum Kraftstoff-Hochdruckspeicher fortpflanzt. Infolgedessen kommt es mit einer definierten zeitlichen Verzögerung nach dem Schließen des Dichtsitzes 19 zu einem Druckanstieg im Zulaufkanal 30 auf Höhe des Sensors 50 und damit zu einer elastischen Verformung des Haltekörpers 11 an dieser Stelle. Diese elastische Verformung wird vom Sensor in ein üblicherweise steigendes Spannungssignal umgesetzt.
  • In den 2 und 3 sind schematisch Ansteuer- und Signalverläufe mit verschiedenen charakteristischen Parametern, wie sie bei verschiedenen bevorzugten Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden können, dargestellt. Hierzu sind jeweils in einem oberen Diagramm ein Ansteuerstrom I für den Kraftstoffinjektor bzw. dessen Piezo-Aktor und (nur in 2) eine Kraftstoffeinspritzrate R über der Zeit t aufgetragen, in einem unteren Diagramm sind zugehörige Signalverläufe des Sensors als Spannung U über der Zeit t gezeigt.
  • Dabei sind im oberen Diagramm ein Ansteuerbeginn mit tAB , ein Ansteuerende mit tAE , ein Einspritzbeginn mit tEB (nur in 2) und ein Einspritzende mit tEE (nur in 2) bezeichnet. Entsprechend ergeben sich eine Ansteuerdauer ΔtA und eine Öffnungsdauer ΔtO . Die Einspritzbeginnverzugsdauer ΔtEV ergibt sich aus der Differenz des Ansteuerbeginns tAB und des Einspritzbeginns tEB .
  • In 2 ist nun im unteren Diagramm ein Signalverlauf S gezeigt, wie er beispielsweise mit dem Sensor direkt erfasst werden kann. Es versteht sich, dass zusätzlich auch verschiedene Filter (hier sind sowohl Hardware- als auch Softwarefilter möglich), beispielsweise ein Tiefpass, verwendet werden können, um den Signalverlauf beispielsweise etwas zu glätten und einfacher verarbeiten zu können. Ein solch geglätteter Signalverlauf ist beispielhaft mit S' bezeichnet.
  • Der Signalverlauf erreicht nun zunächst ein Minimum mit Wert M1 , danach ein Maximum mit Wert M2 . Diese Werte können dabei als charakteristische Parameter verwendet werden, welche im Rahmen des vorgeschlagenen Verfahrens zur Ermittlung der abgegebenen Kraftstoffmenge verwendet werden. Hierzu sei auf die noch folgenden Erläuterungen verwiesen. Mit M3 ist weiterhin eine Differenz zwischen den Werten des Minimums und des Maximums bezeichnet.
  • Zudem ist mit M4 ein Wert eines Integrals bezeichnet, der sich durch Integration des Signalverlaufs S (oder auch S') vom Zeitpunkt t1 , der einen vorgegebenen zeitlichen Abstand zum Ansteuerbeginn tAB hat (t1 kann hierbei auch tAB entsprechen), bis zum Zeitpunkt des Minimums (t2 ) ergibt.
  • Mit M5 ist ein Wert eines Integrals des Signalverlaufs S (oder auch S') bezeichnet, der sich ab dem Zeitpunkt t1 , der einen vorgegebenen zeitlichen Abstand zum Ansteuerbeginn tAB hat (t1 kann hierbei auch tAB entsprechen), bis zum Zeitpunkt des ersten Nulldurchgangs to des Signalverlaufs nach dem Zeitpunkt des Minimums (t2 ) ergibt. Diese Werte können dabei ebenfalls als charakteristische Parameter verwendet werden, welche im Rahmen des vorgeschlagenen Verfahrens verwendet werden.
  • In 3 ist erneut ein Ansteuerverlauf gezeigt, hier jedoch ohne Abgabe einer Kraftstoffmenge. Nichtsdestotrotz ist ein Signalverlauf S erfassbar, der von Null verschieden ist. Durch Ermittlung der Parameter M1 bis M5 aus diesem Signalverlauf kann ein Offset ermittelt werden, um den für die Ermittlung der abgegebenen Kraftstoffmenge zu verwendeten Wert des charakteristischen Parameters zu korrigieren.
  • In 4 ist schematisch ein Zusammenhang zwischen Werten des Parameters und abgegebener Kraftstoffmenge bei einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Hierzu sind beispielhaft die Werte M5 , wie sie in Bezug auf 2 näher erläutert wurden, über der abgegebenen Kraftstoffmenge Q aufgetragen. Der Zusammenhang ist dabei mit F bezeichnet. Es versteht sich, dass eine solche Funktion bzw. ein solcher Zusammenhang auch invers definiert werden kann, um direkt aus dem Wert des Parameters die abgegebene Kraftstoffmenge zu erhalten.
  • Hier ist zu sehen, dass für geringe Kraftstoffmengen, hier in etwa bis 7,5 mm3, ein linearer Zusammenhang zwischen den Werten und der Kraftstoffmenge besteht. In diesem Bereich kann die Kraftstoffmenge also besonders einfach und schnell ermittelt werden. Für größere Kraftstoffmengen bzw. Werte kann aber dennoch ein Zusammenhang hergestellt werden. Denkbar ist das Anpassen bzw. Fitten einer geeigneten Funktion an gemessene Beispielswerte.
  • Weiterhin ist ein Offset O zu sehen, der zeigt, dass auch ohne abgegebene Kraftstoffmenge während einer Ansteuerung des Kraftstoffinjektors der charakteristische Parameter einen gewissen Wert aufweisen kann, wie auch in Bezug auf 3 erläutert wurden. Dieser Offset O kann dann zur erwähnten Korrektur verwendet werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 2944799 A1 [0005]
    • DE 102009027311 A1 [0007]

Claims (12)

  1. Verfahren zum Ermitteln einer von einem Kraftstoffinjektor (10) für eine Brennkraftmaschine abgegebenen Kraftstoffmenge (Q) mittels eines Sensors (50), der dafür vorgesehen ist, ein Öffnen und/oder Schließen des Kraftstoffinjektors (10) zu erfassen, wobei während eines Betriebs des Kraftstoffinjektors (10) ein Signalverlauf (S, S') des Sensors (50) erfasst wird, und wobei anhand eines Wertes eines für den Signalverlauf charakteristischen Parameters (M1, M2, M3, M4, M5) unter Verwendung eines Zusammenhangs (F) von Werten des charakteristischen Parameters (M1, M2, M3, M4, M5) und abgegebener Kraftstoffmenge (Q) die von dem Kraftstoffinjektor (10) abgegebene Kraftstoffmenge ermittelt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Zusammenhang (F) von Werten des charakteristischen Parameters (M1, M2, M3, M4, M5) und abgegebener Kraftstoffmenge (Q) ermittelt wird, indem für mehrere voneinander verschiedene, von dem Kraftstoffinjektor (10) abgegebene Kraftstoffmengen jeweils ein zugehöriger Signalverlauf (S, S') des Sensors (50) erfasst wird, und wobei für jeden der Signalverläufe (S, S') jeweils der zugehörige Wert des charakteristischen Parameters (M1, M2, M3, M4, M5) ermittelt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei als Wert des charakteristischen Parameter wenigstens einer der folgenden Werte verwendet wird: - ein Wert eines Minimums (M1) des Signalverlaufs (S, S') innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls nach einem Ansteuerbeginn (tAB) des Kraftstoffinjektors (10), - ein Wert eines Maximums (M2) des Signalverlaufs (S, S') innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls nach einem Ansteuerbeginn (tAE) des Kraftstoffinjektors (10), - ein Wert einer Differenz (M3) zwischen dem Maximum und dem Minimum des Signalverlaufs (S, S') innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls nach einem Ansteuerbeginn (tAE) des Kraftstoffinjektors (10), - ein Wert eines Integrals (M4) über den Signalverlauf (S, S') von einem Ansteuerbeginn (tAB) des Kraftstoffinjektors (10) oder einem Zeitpunkt mit vorgegebenem zeitlichen Abstand zu dem Ansteuerbeginn (tAB) bis zu dessen Minimum, und - ein Wert eines Integrals (M5) über den Signalverlauf (S, S') von einem Ansteuerbeginn (tAB) des Kraftstoffinjektors (10) oder einem Zeitpunkt (t1) mit vorgegebenem zeitlichen Abstand zu dem Ansteuerbeginn (tAB) bis zu einem ersten Nulldurchgang (t0) des Signalverlaufs (S, S') nach dessen Minimum.
  4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei anhand des Wertes des charakteristischen Parameters (M1, M2, M3, M4, M5) die von dem Kraftstoffinjektor (10) abgegebene Kraftstoffmenge (Q) ermittelt wird, indem der Wert zunächst um einen Offset (O) korrigiert wird, wobei dann anhand des korrigierten Wertes unter Verwendung des Zusammenhangs (F) von Werten des charakteristischen Parameters (M1, M2, M3, M4, M5) und abgegebener Kraftstoffmenge (Q) die von dem Kraftstoffinjektor (10) abgegebene Kraftstoffmenge ermittelt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Offset (O) ermittelt wird, indem ein Wert des charakteristischen Parameters (M1, M2, M3, M4, M5) für eine oder mehrere Ansteuerungen des Kraftstoffinjektors (10), bei der kein Kraftstoff abgegeben wird, ermittelt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei wenigstens eine der Ansteuerung des Kraftstoffinjektors (10), bei der kein Kraftstoff abgegeben wird, zusätzlich zu einer Ansteuerung, bei welcher Kraftstoff abgegeben wird, vorgenommen wird.
  7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei als Sensor (50) ein piezoelektrischer Sensor, ein piezoresistiver Sensor oder ein kapazitiver Sensor verwendet wird, der insbesondere jeweils an einem Haltekörper des Kraftstoffinjektors (10) angeordnet ist, und/oder wobei mittels des Sensors (50) ein Öffnen und/oder Schließen des Kraftstoffinjektors (10) anhand von während der jeweiligen Einspritzung in dem Kraftstoffinjektor (10) auftretenden Druckänderungen erfasst werden.
  8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Kraftstoffinjektor (10) ein Servo-Ventil umfasst, das insbesondere durch einen Magnetaktor oder einen Piezoaktor betätigt ist.
  9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die ermittelte von dem Kraftstoffinjektor (10) abgegebene Kraftstoffmenge (Q) als Istwert für eine Regelung derselben verwendet wird.
  10. Recheneinheit (80), die dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche durchzuführen.
  11. Computerprogramm, das eine Recheneinheit (80) dazu veranlasst, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 durchzuführen, wenn es auf der Recheneinheit (80) ausgeführt wird.
  12. Maschinenlesbares Speichermedium mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm nach Anspruch 11.
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