DE102013224706A1

DE102013224706A1 - Verfahren zur Berechnung des Einspritzratenverlaufs

Info

Publication number: DE102013224706A1
Application number: DE102013224706.0A
Authority: DE
Inventors: Yvan Gauthier; Sebastian Fischer; Karel Endlicher; Jochen Wengert
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2013-12-03
Filing date: 2013-12-03
Publication date: 2015-06-03

Abstract

Es werden ein Verfahren und eine Anordnung zur Bestimmung des Einspritzratenverlaufs in einem Verbrennungsmotor vorgestellt. Dabei wird in einem Hochdruckbereich (22) einer Einspritzanlage (10) ein Druckverlauf aufgenommen, dieser korrigiert und aus dem korrigierten Druckverlauf die Einspritzrate berechnet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Berechnung des Einspritzratenverlaufs in einem Verbrennungsmotor und eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens.
Stand der Technik
Bei Verbrennungsmotoren, wie diese in Kraftfahrzeugen eingesetzt werden, wird Kraftstoff in Brennräume, die Zylinder, eingespritzt. Hierzu werden unterschiedliche Einspritzanlagen eingesetzt. Von diesen unterschiedlichen Einspritzanlagen finden insbesondere die sogenannten Common-Rail-Einspritzanlagen, die sowohl für Ottomotoren als auch für Dieselmotoren geeignet sind, weit verbreitet Verwendung.
Bei der Common-Rail-Einspritzung, die auch als Speichereinspritzung bezeichnet wird, wird Kraftstoff mit einer Hochdruckpumpe auf ein hohes Druckniveau gebracht. Der unter Druck stehende Kraftstoff wird in einen Hochdruckspeicher, das Rail, eingebracht, der während des Betriebs unter Druck steht. An den Hochdruckspeicher sind die Einspritzdüsen bzw. Injektoren angeschlossen, die zum Einspritzen des Kraftstoffs in die Zylinder vorgesehen sind. Der Common-Rail-Einspritzung liegt somit eine Trennung der Druckerzeugung vom eigentlichen Einspritzvorgang zu Grunde.
Um einen sicheren Betrieb der Common-Rail-Einspritzung zu gewährleisten, ist es erforderlich, Betriebsparameter, wie bspw. die Einspritzrate und jeweils den Beginn und das Ende einer Einspritzung, zu kontrollieren. Unter der Einspritzrate ist dabei die Einspritzmenge pro Zeiteinheit zu verstehen. Hierbei ist insbesondere der zeitliche Verlauf der Einspritzrate von Bedeutung.
Die Druckschrift DE 10 2004 007 048 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine. Bei dem Verfahren wird ausgehend von einer Druckänderung in einem Druckspeicher der Beginn und/oder das Ende der Kraftstoffeinspritzung erkannt. Hierbei wird eine Information über den Einspritzverlauf gewonnen, welche in einem Drucksignal enthalten ist. Diese Information wird zur Steuerung der Brennkraftmaschine verwendet. Insbesondere werden der Spritzbeginn, das Spritzende und die Spritzdauer bestimmt. Diese werden mit dem Ansteuersignal in Beziehung gesetzt.
Aus der Druckschrift DE 103 09 720 A1 ist ein Verfahren zur mengendriftkompensierenden Steuerung von Injektoren in einem Common-Rail-Einspritzsystem einer Brennkraftmaschine bekannt. Bei dem Verfahren werden Druckschwingungen in einer Kraftstoffleitung und/oder dem Kraftstoffspeicher erfasst. Aus einem Vergleich eines Schwingungsparameters der erfassten Druckschwingungen mit einem gespeicherten Wert wird auf einen Mengenfehler bei der Kraftstoffzumessung geschlossen.
Die Druckschrift DE 102 32 356 A1 beschreibt ein Verfahren zur Steuerung von Injektoren eines Kraftstoffzumesssystems einer Brennkraftmaschine. Bei dem Verfahren werden mit einem Drucksensor der Einspritzbeginn und das Einspritzende bestimmt. Daraus wird die Einspritzzeit ermittelt. Diese wird herangezogen, um die eingespritzte Kraftstoffmenge zu bestimmen. Hierzu werden die Werte für den Einspritzbeginn und das Einspritzende mit Werten eines Kennfelds des Injektors verglichen. Bei einer Abweichung wird eine Korrektur vorgenommen.
Neuere Entwicklungen bei Einspritzsystemen, die Drücke bis 3000 bar gestatten, verlangen eine genaue Messung der Einspritzmenge. In diesem Zusammenhang kommt auch dem Design der Einspritzdüsen eine immer größere Bedeutung zu. All dies dient vornehmlich dazu, den Kraftstoffverbrauch zu senken und die Emissionen zu reduzieren.
Die Auswirkungen der Einspritzrate auf die Emissionen wurden bislang noch nicht vollständig ermittelt bzw. wurden bislang sogar vernachlässigt. Aus diesem Grunde sind Verfahren und Vorrichtungen zum Ermitteln der Einspritzrate und des Einspritzratenverlaufs noch nicht weit entwickelt.
Offenbarung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund werden ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Anordnung gemäß Anspruch 7 vorgestellt. Ausführungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Es kann nunmehr anhand des Druckverlaufs im Hochdruckbereich, bspw. in der Hochdruckleitung zwischen dem Rail und dem Injektor, die Kraftstoffeinspritzrate berechnet bzw. erkannt werden und/oder eine Basis für zukünftige Nachforschungen in diesem Bereich erzeugt werden, wobei die derzeit verfügbare Hardware verwendet werden kann. Zu beachten ist, dass gemäß dem vorgestellten Verfahren die Einspritzrate nicht direkt gemessen, sondern berechnet wird. Dies wird dadurch erreicht, dass der gemessene Druckverlauf korrigiert bzw. modifiziert wird, indem der Einfluss bspw. von Reflexionen, die bspw. durch Betätigung von Komponenten, z. B. von Drosseln, erzeugt werden, berücksichtigt werden. Es wird somit ein korrigierter Druckverlauf ermittelt, der Basis für die Berechnung der Einspritzrate bildet.
Das Verfahren ist insbesondere für Testingenieure von Interesse, da es diesen ermöglicht, die Effekte der Einspritzrate besser zu erfassen, weil die Einspritzrate einfach und genau berechnet werden kann und Abhängigkeiten zu Größen, wie bspw. Verbrauch und Schadstoffemission, einfach erkannt werden können.
Besonders zweckmäßig kann das Verfahren, das typischerweise in einem Steuergerät ausgeführt wird, serienmäßig in Kombination mit einem Drucksensor in der Leitung zwischen Rail und Injektor eingesetzt werden. Weiterhin ist zu beachten, dass die Berechnung der Einspritzrate ohne Einspritzratenmessgerät, bspw. eine HDA-Messung (HDA: Hydraulische-Druck-Analyse), durchgeführt werden kann. Der vorgestellte allgemeingültige Ansatz erfordert zudem keine experimentelle Applikation. Somit kann eine Einrichtung, mit der Signalüberlagerungen im aufgenommenen Druckverlauf berücksichtigt werden, in dem Steuergerät implementiert sein.
Grundsätzlich wird der Druckverlauf im Hochdruckbereich aufgenommen. Dies kann bspw. im Hochdruckspeicher, in der Leitung zwischen Hochdruckspeicher und Injektor und ggf. im Injektor selbst erfolgen. Zur Aufnahme des Druckverlaufs dient typischerweise ein Drucksensor, wie dieser bspw. in der Leitung zwischen Hochdruckspeicher und Injektor ohnehin vorgesehen sein kann.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt ein Common-Rail-Einspritzsystem zur Durchführung des Verfahrens.
2 zeigt in einem Graphen die Abhängigkeit der Dichte vom Druck.
3 zeigt ein Modell für ein Masse-Feder-System.
4 zeigt in einem Graphen den Verlauf einer gedämpften Schwingung.
5 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens.
6 zeigt in einem Graphen den Verlauf der Flussrate berechnet nach Bernoulli.
7 zeigt den Verlauf des Drucks.
8 zeigt die Berechnung der Einspritzrate.
9 zeigt in einem Graphen die Berechnung der Einspritzrate.
10 bis 20 zeigen Verläufe von Druck und Einspritzrate zur Verdeutlichung der Ermittlung der Einspritzrate.
Ausführungsformen der Erfindung
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.
1 zeigt eine Einspritzanlage, die als Common-Rail-Einspritzanlage ausgebildet und insgesamt mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet ist. Die Common-Rail-Einspritzanlage 10 umfasst eine Niederdruckpumpe 12, eine Hochdruckpumpe 14, einen Hochdruckspeicher bzw. ein Rail 16 und Injektoren 18 und ist in einen Niederdruckbereich 20 und einen Hochdruckbereich 22 unterteilt, wobei die Hochdruckpumpe 14 die beiden Bereiche 20 und 22 miteinander verbindet. Kraftstoff wird aus einem Kraftstofftank 24 entnommen und ggf. zurückgeführt. Ein Pfeil 26 markiert einen möglichen Ort für einen Drucksensor im Hochdruckbereich 22 zur Durchführung des Verfahrens.
Faktoren, die die Einspritzrate beeinflussen, sind die Gestaltung bzw. das Design der Injektoren 18, das Design der Düsen in den Injektoren 18 und der Druck im Hochdruckspeicher 16. Weitere Faktoren, die jedoch einen geringeren Einfluss haben, sind die Kraftstofftemperatur, der gegenwärtige Druck in den Zylindern und das Design der Peripherie mit Leitungen, Filtern usw.
Dieselkraftstoff kann bei kleinen Drücken als inkompressibel angenommen werden. Bei neueren Diesel-Common-Rail-Einspritzanlagen werden Drücke bis 3000 bar im Vergleich zum Atmosphäredruck erreicht. Solche Drücke verursachen signifikante Dichteänderungen. Druckschwankungen müssen bei der Einspritzrate und der Gesamteinspritzmenge berücksichtigt werden, da diese durch die Dichte des Kraftstoffs beeinflusst werden.
2 zeigt in einem Graphen die Abhängigkeit des Kompressionsmoduls und der Dichte von Diesel-Kraftstoff in Abhängigkeit des Drucks bei 27 °C. An einer Abszisse 40 ist dabei der relative Druck im Verhältnis zum Atmosphärendruck [bar] aufgetragen. An einer ersten Ordinate 42 ist das Kompressionsmodul [GPA] und an einer zweiten Ordinate 44 ist die Dichte [kg/m³] aufgetragen. Eine gestrichelt gezeichnete Kurve 46 zeigt den Verlauf des Kompressionsmoduls und eine durchgezogen gezeichnete Kurve 48 zeigt den Verlauf der Dichte an.
Wie vorstehend bereits ausgeführt wurde, führen kleine Druckschwankungen nicht zu einer Änderung der Dichte des Dieselkraftstoffs. Daher wird hierin die Dieseldichte bei den relevanten Berechnungen angepasst. Aufgrund der kleinen Druckänderungen im Hochdruckbereich, bspw. aufgrund der Injektornadelbewegung, wird die Kraftstoffdichte als konstant angenommen.
Das Phänomen von Druckwellen ist ein Kernpunkt, wenn Systeme unter hohem Druck betrachtet werden oder wenn große Massen bewegt werden. Es wurde erkannt, dass bei einer Common-Rail-Einspritzanlage die Betätigung von Ventilen im Hochdruckbereich eine Auswirkung auf den bewegten Kraftstoff in den Druckleitungen hat. Wie vorstehend ausgeführt wurde, haben folgende Vorgänge eine Auswirkung auf die Druckänderungen im Hochdruckbereich des Einspritzsystems:
aktiv mit transienten Größen

– Schließen und Öffnen der Drosselventile
– Bewegung der Nadel (auf und ab)
– Arbeitshübe der Hochdruckpumpe beim Drücken und Ziehen
– Effekte der nicht beachteten Zylinder, d. h. Druckänderungen aufgrund anderer Injektoren

– Drosseleffekt aufgrund der Filterung fester Bestandteile im Kraftstoff durch den Injektor
– Fluid-Hammer-Effekt aufgrund der Beschleunigung und Entschleunigung der Kraftstoffmasse

All dies sollte berücksichtigt werden, wenn die Einspritzrate in den Hochdruckleitungen bestimmt werden soll.
Das Verständnis des theoretischen Verhaltens von Druckwellen in dem System ist entscheidend für die korrekte Berechnung der Einspritzrate. Das Verhalten von Druckwellen kann anhand eines in 3 dargestellten Modells besser verstanden werden.
3 zeigt ein Modell für ein Masse-Feder-System, das insgesamt mit der Bezugsziffer 60 bezeichnet ist. Dieses umfasst eine erste Masse 62 und eine zweite Masse 64, die über eine Feder 66 miteinander verbunden sind. Die erste Masse repräsentiert das Verhalten der Einspritzanlage nahe der Einspritzdüse und den Fluss durch die Düsenöffnung. Die zweite Masse 64 repräsentiert das Verhalten des Fluids, des Kraftstoffs, innerhalb der Hochdruckleitung. Die ungleichmäßige Geschwindigkeit und Beschleunigung der zweiten Masse 64 dient als eine Analogie zu dem Phänomen der hydraulischen Welle. Die Geschwindigkeit repräsentiert den Gradienten der Kurve, die die Amplitude der Welle beschreibt, und die Beschleunigung der zweiten Masse 64 repräsentiert die tatsächliche Amplitude der Oszillation. Der Schwingungsverlauf eines solchen Systems kann durch die folgende Gleichung modelliert werden:
mit den folgenden Variablen und Parameter

p: gegenwärtiger Druck
p -: mittlerer Druck
p ˆ: Anfangsamplitude des Drucks
T: Periode
t: Zeit

In dem Graphen der 4 ist an einer Abszisse 70 die Zeit [s] und an einer Ordinate 72 die Amplitude [bar] aufgetragen. Eine Kurve 74 zeigt den Verlauf der Amplitude.
Die vorstehend beschriebenen Prinzipien werden bei den beiden grundlegenden Kategorien angewendet:

– ein plötzlicher Druckabfall in dem System gefolgt von sich ändernden Flussbeschleunigungen und -verzögerung, bis ein stabiler Flusszustand erreicht ist. Der Verlauf und dabei insbesondere die Dämpfung der Kurve 74 lässt sich anhand des ersten Gradienten und der Periode dieser Kurve 74 bestimmen,
– ein plötzliches Schließen eines Ventils in einem System mit fließenden Fluid gefolgt durch eine rasche Verzögerung und eine rückwärts gerichtete Wellenausbreitung, was Änderungen bei der Beschleunigung verursacht.

Dabei wird angenommen, dass die Periode aller Wellen innerhalb des Hochdruckbereichs dieselbe Dauer haben.
5 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Ausführung der Anordnung zur Durchführung des Verfahrens. Diese Anordnung, die insgesamt mit der Bezugsziffer 100 bezeichnet ist, umfasst einen Drucksensor 102, der in einer Hochdruckzuleitung 104 zwischen einem Hochdruckspeicher 106 und einem Injektor 108 angeordnet ist.
Die Information des Drucksensors 102 ist eine Größe, die in bar gemessen wird. Die Einspritzrate ist ein Massenstrom [kg/s]. Die Bernoulli-Gleichung, kombiniert mit einer Dichtegröße des Kraftstoffs, kann für eine mathematische Operation verwendet werden, die erforderlich ist, um die Flussrate zu bestimmen. In dieser reinen Form würde, vor irgendeiner Manipulation und Eliminierung der Welle, der Fluss in der Druckleitung angezeigt werden, jedoch nicht durch die Düsenöffnungen. Folgende Theorie ist anzuwenden. Fluss durch die Hochdruckleitung = Fluss durch die A-Drossel + Injektionsfluss wobei A-Drossel eine Ablaufdrossel bezeichnet.
Die Bernoulli-Gleichung gibt an, dass der Gesamtdruck in einem System an jedem Punkt in dem System gleich ist. Die Gleichung ist die Kombination aus dem statischen, dynamischen und hydrostatischen Druck. const. = p_static + p_dynamic + p_hydrostatic (2) const. = p_sensors + 1 / 2ρv² + ρgh (3) mit folgenden Variablen und Parametern

ρ: Dichte
v: Geschwindigkeit
g: Erdbeschleunigung
h: Höhe

Der hydrostatsiche Druck bei den folgenden Berechnungen wird vernachlässigt, da der Effekt der Höhendifferenz sehr gering ist, wenn er bei einem gewöhnlichen Common-Rail-Einspritzsystem angewendet wird. Um die vorstehenden Gleichungen zu veranschaulichen, wird auf die nachfolgende 6 verwiesen, bei der die Dichte als 100 kg/m³ angenommen wird.
6 zeigt in einem Graphen, an dessen Abszisse 120 die Zeit [s] aufgetragen ist, einen Verlauf 124 des statischen Drucks [bar] und einen Verlauf 126 des Massenstroms [g/s]. An einer ersten Ordinate 128 ist hierzu der Druck [bar] und an einer zweiten Ordinate 130 der Massenstrom [g/s] aufgetragen.
Bei der Durchführung des Verfahrens werden zunächst die Druckwellen im System definiert. Aus der Überlagerung der definierten Druckwellen wird ein resultierender Druckverlauf ermittelt. Aus diesem resultierenden Druckverlauf wird mittels der Bernoulli-Gleichung die Einspritzrate ermittelt. Einzelne Schritte sind:

a) Bestimmung einer berechneten Druckwelle aus der Information zu Beginn der Einspritzung, da nach dem ersten Impuls weitere Impulse während der Einspritzung stattfinden und eine Überlagerung der Druckwellen der verschiedenen Impulse stattfindet,
b) Wandlung des gemessenen Druckverlaufs unter Verwendung der Bernoulli-Gleichung,
c) Bestimmung der Druckwelle der A-Drosselöffnung, Wandlung des Mittelwerts des Drucks in Massenstrom und Definieren eines neuen Massenstroms anhand b) durch Subtrahieren dieses Werts von dem originalen Massenstrom,
d) Abschätzung aller anderen Druckwellen des Systems, die bedingt sind durch: – Nadelbewegung – zurückkommende Welle von dem Hochdruckspeicher – Schließen der A-Drossel – Nadelschließen
e) Abschätzung einer neuen Druckbasis durch Bestimmen des Mittelwerts der Nadelöffnung,
f) Kombination aller Wellen durch einen Standard-Wellen-Additionsprozess, das Ergebnis ist eine Druckwelle unter Berücksichtigung des Gradienten zu Beginn der Einspritzung, der Periode sowie der Überlagerung der theoretisch bestimmten Druckwellen, wobei die Differenz zwischen der gemessenen Kurve und der kombinierten Druckwelle dem entspricht, was vorstehend auf dem Basisniveau der Nadelöffnung in Absatz e definiert ist,
g) Wandlung des resultierenden Drucks in einen Massenstrom.

PLD-Druckverlauf bezeichnet den am Sensor aufgenommenen Druckverlauf. Es ist zu bemerken, dass beide PLD-Druckverläufe zu derselben Einspritzrate führen. Dabei ist die Position des Sensors nicht relevant. Dies ist auch eine Bestätigung dafür, dass das vorgestellte Verfahren funktioniert.
In 7 ist in einem Graphen an einer Abszisse 150 die Zeit [μs], an einer ersten Ordinate 152 der Druck [bar] und an einer zweiten Ordinate 154 der Strom [A] aufgetragen. In dem Graphen sind ein Druckverlauf p_PLD 156, gemessen am Sensor, und ein Stromverlauf 158 zum Ansteuern eingetragen. Zu einem Zeitpunkt 1 öffnet das Steuerventil, zu einem Zeitpunkt 2 öffnet die Nadel, zu einem Zeitpunkt 3 endet die Bestromung und das Steuerventil schließt und zu einem Zeitpunkt 4 ist die Nadel geschlossen.
8 zeigt die Grundlagen zur Berechnung der Einspritzrate.
Die Energiegleichung (verlustfrei) lautet:
Der Raildruck p_Rail ist in 8 durch eine geschwungene Klammer 170 verdeutlicht. Dieser setzt sich zusammen aus Δp 172 und p_PLD 156, dem Druck am Sensor, der die Messgröße darstellt. Δp 172 setzt sich zusammen aus einem Anteil 176 nicht bekannter Verluste, p_{Drosselplatte} 178, dem Druckverlust im Injektor, p_DRS 180, dem Druckverlust am Druckrohrstutzen, der im Zylinderkopf angebracht ist, p_Raildrossel 182, dem Druckverlust an der Raildrossel, p_Leitung 184, dem Druckverlust in der Leitung zwischen Hochdruckspeicher und Druckregelsensor, und p_Wärme 186, dem Druckverlust aufgrund von Wärmeverlusten, der dem Faktor 0,01 in Gleichung (5) entspricht.
Die Einspritzrate nach Berücksichtigung von Reflexionen und Einfluss der Ablaufdrossel ergibt sich zu:

p_Rail: Raildruck
p_PLD: Leitungsdruck (Messgröße)
ρ: Kraftstoffdichte
c: Fließgeschwindigkeit Kraftstoff
A: Leitungsquerschnitt
µ: Strömungsbeiwert

9 verdeutlicht in einem Graphen die Berechnung der Einspritzrate. An einer Abszisse 200 ist die Zeit [μs] aufgetragen, an einer ersten Ordinate 202 ist der Druck [bar] und an einer zweiten Ordinate 204 die Flussrate [g/s] aufgetragen. Weiterhin zeigt die Darstellung einen gemessenen Druckverlauf p_PLD 156 am Sensor, einen Verlauf der berechneten Einspritzrate 208 nach Bernoulli und einen Verlauf der realen Einspritzrate 210. Ein Doppelpfeil 212 verdeutlicht die Differenz zwischen berechneter Einspritzrate 208 und realer Einspritzrate 210. Um aus dem gemessenen Druckverlauf 156 eine Einspritzrate zu berechnen, die möglichst genau der realen Einspritzrate 210 entspricht, müssen somit weitere Schritte vorgenommen werden.
Zu beachten ist, dass Druckwellen durch Bauteilbewegungen im Injektor, durch impulshafte Systemanregung und durch Eigenfrequenzschwingungen entstehen. Die Bewegung der Druckwellen verlaufen in Richtung Hochdruckspeicher bzw. Rail. Es erfolgt eine Reflexion am Hochdruckspeicher und eine Rückwärtsbewegung der Wellen. Daraus folgt eine Überlagerung der Wellen am Sensor.
Bei dem Verfahren wird wie folgt vorgegangen: Es erfolgt eine Bestimmung der Zeitpunkte der Signalstörungen anhand des Stromsignals, des Druckverlaufs und auf Grundlage einer Berechnung. Weiterhin werden Signalüberlagerungen aufgrund von Bauteilbewegungen und Reflexionswellen bestimmt. Diese Überlagerungen werden aus dem Drucksignal entfernt und es folgt die Berechnung der korrigierten Einspritzrate.
Die zeitliche Abfolge der Signalstörungen während der Einspritzung sind:

– Steuerventil öffnet
– Nadel öffnet
– Reflexionswelle Nadel öffnet
– Steuerventil schließt
– Reflexionswelle Steuerventil schließt

Nicht berücksichtigte Wellen sind:

– Reflexion Steuerventil öffnet, wegen hoher Dämpfung nicht relevant
– Nadel schließt/Reflexion Nadel schließt, da die Welle nicht mehr relevant für Einspritzrate ist.

10 erläutert, wie zunächst der Abklingkoeffizient bestimmt wird. Dabei ist an einer Abszisse 220 die Zeit in [µs] und an einer Ordinate 222 der Druck p in [bar] aufgetragen. Ein erster Doppelpfeil 224 zeigt die Periodendauer T an, ein zweiter Doppelpfeil 226 den Abklingkoeffizient δ.
Für den Schwingungsansatz gilt: p = p - + p ^·cos(n2π (t – φ) / T)·e^–δt (6)

n: Oberschwingung
φ: Phasenlage
T: Periodendauer
t: Zeit
δ: Abklingkoeffiezient

Es liegt eine gedämpfte harmonische Schwingung vor. n ist eine ganze Zahl für freie Schwingungen. Die Faktoren δ und T werden aus den Nachschwingungen ermittelt.
11 zeigt neben dem Drucksignal 156 und dem Stromsignal den Verlauf des Signals COS_AZO 250. Dieses Signal gibt die Druckwelle wieder, die durch Öffnen der Ablaufdrossel erzeugt wird und schwingt um den Wert des dynamischen Anteils des Drucks 157, der dem Massenstrom durch das Steuerventil entspricht. Weiterhin sind der gemessene Druckverlauf 156 und ein Stromverlauf 254 dargestellt.
12 zeigt unterschiedliche Verläufe von Einspritzraten an, nämlich HDA_FR 260, der Verlauf der sich durch eine Hydraulikdruckanalyse ergibt, PLD_FR 262, die unkorrigierte Einspritzrate, PLD_FR_CORR 264, die durch Verschieben um einen Doppelpfeil 272, der einer Fluss- bzw. Einspritzrate durch Öffnen der Ablaufdrossel entspricht, sich ergebende korrigierte Einspritzrate. Ein erster Doppelpfeil 270 zeigt einen Druck an, der der Einspritzrate gemäß Doppelpfeil 272 entspricht. 12 zeigt weiterhin den gemessenen Druckverlauf 156, und COS_AZ_OPEN 268, den Druckabfall durch Öffnen der Ablaufdrossel.
Somit verdeutlicht 12 die Auswirkung auf den Druckverlauf durch Öffnen der Ablaufdrossel, die bei der Umrechnung des gemessenen Druckverlaufs in die berechnete Einspritzrate berücksichtigt wird.
13 zeigt Verläufe an, nämlich HDA_FR 260, der Verlauf der sich durch eine Hydraulikdruckanalyse ergibt, den gemessenen Druckverlauf 156, COS_AZ_OPEN 268, den Druckabfall durch Öffnen der Ablaufdrossel, und COS_PLD 286, den berechneten bzw. idealisierten Druckverlauf, der durch den Beginn der Einspritzung ausgelösten Druckwelle erzeugt wird. Die Berechnung von 286 basiert auf den Informationen der Druckänderung, die durch den ersten Impuls ausgelöst wird. Mit Bezugsziffern 290 und 292 sind Bereiche markiert, die noch von keinen Reflexionen beeinträchtigt sind und daher eine erste Abschätzung ermöglichen.
14 zeigt den Verlauf des mittleren Einspritzdrucks 300. Weiterhin ist der gemessene Druckverlauf 156, der Druckverlauf COS_AZ_OPEN 268, der durch Öffnen der Ablaufdrossel im Injektor bewirkt wird, und ein Signal 306, das eine Summe aus dem Druckverlauf 268 und dem Signal COS_PLD 286 aus 13 darstellt.
15 zeigt Verläufe, nämlich HDA_FR 260, den Verlauf durch die Hydraulikdruckanalyse, das gemessene Drucksignal 156, COS_AZ_OPEN 268, die Druckwelle durch Öffnen der Ablaufdrossel, COS_PLD 286 und ein Verlauf COS_R 358, nämlich eine an der Raildrossel reflektierte Welle und zwar die durch den Verlauf 286 bewirkte Reflexion.
16 zeigt den Zeitpunkt 380, bei dem das Steuerventil öffnet, und den Zeitpunkt 382, bei dem das Steuerventil schließt. Damit wird verdeutlicht, ab wann die Berechnung beginnen kann. Ein Doppelpfeil 159 zeigt einen Zeitraum an, an dem der Druck 156 mit einem Knick beginnt, abzufallen. Dieser Zeitraum wird, wie ein weiterer Doppelpfeil 161 entsprechender Länge anzeigt, übertragen auf den Zeitpunkt 382, wie dies in 17 dargestellt ist.
17 zeigt die Verläufe von HDA_FR 260, den gemessenen Druckverlauf 156, COS_AZ_OPEN 268, COS_PLD 286, COS_R 358 und COS_AZ_CLOSE 410 und damit die Druckwelle, die durch Schließen der Ablaufdrossel bewirkt wird. Hierbei ist die Verschiebung entsprechend Doppelpfeil 161 in 16 berücksichtigt. Ab diesem Zeitpunkt 163 beginnt COS_AZ_CLOSE 410 zu laufen.
18 zeigt Verläufe von HDA_FR 260, den gemessenen Druckverlauf 156, COS_AZ_OPEN 268, COS_PLD 286, COS_R 358, ein Verlauf 460, der die Summe aus COS_AZ OPEN 268 und COS_PLD 286 abzüglich COS_R 358 darstellt, COS_AZ_CLOSE 410 ein Verlauf END-PHASE 464, der die Summe aus Verlauf 460 und Verlauf 410 darstellt,.
19 zeigt ein Verlauf RESULT_PRESSURE 466, der sich durch Berücksichtigung der Überlagerungen ergebende korrigierte Druckverlauf. Weiterhin ist ein Mittelwert 490 angegeben, über den Beträge, die durch Pfeile 492 angezeigt sind, um die der gemessene Druckverlauf 156 entsprechend Pfeilen 494 zu verschieben ist.
20 zeigt den gemessenen Druckverlauf 156, den korrigierten Druckverlauf 502 entsprechend 466 aus 18, die berechnete Einspritzrate bzw. den berechneten Einspritzratenverlauf 504 und die gemessene Einspritzrate bzw. den gemessenen Einspritzratenverlauf 506. Hierbei ist die gute Übereinstimmung zwischen berechneten Einspritzratenverlauf 504 und gemessenen Einspritzratenverlauf 506 zu erkennen.
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

DE 102004007048 A1 [0005]
DE 10309720 A1 [0006]
DE 10232356 A1 [0007]

Claims

Verfahren zum Bestimmen des Einspritzratenverlaufs während einer Einspritzung in einem Verbrennungsmotor, der über eine Einspritzanlage (10) mit einem Niederdruckbereich (20) und einem Hochdruckbereich (22), in dem ein Hochdruckspeicher (16, 106) verwendet wird, verfügt, wobei durch die Einspritzung ein Druckabfall bewirkt wird, der mit einem Drucksensor (102) im Hochdruckbereich (22) gemessen wird, wobei der Drucksensor (102) einen Druckverlauf (156) aufnimmt, wobei im aufgenommenen Druckverlauf (156) zunächst Signalüberlagerungen berücksichtigt werden, so dass sich ein bereinigter Druckverlauf ergibt, aus dem der Einspritzratenverlauf (208, 504) berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem Signalüberlagerungen berücksichtigt werden, die durch die Einspritzung und einen Abfluss aus einem Steuerraum im Injektor (18, 108) bewirkt werden, so dass Signalüberlagerungen berücksichtigt werden, die durch Öffnen einer Ablaufdrossel bewirkt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem Signalüberlagerungen berücksichtigt werden, die durch Schließen einer Ablaufdrossel bewirkt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der Drucksensor (102) in einer Hochdruckzuleitung zwischen dem Hochdruckspeicher (16, 106) und dem Injektor (18, 108) angeordnet ist, wobei Reflexionen in der Hochdruckzuleitung berücksichtigt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der Druckverlauf (156) im Hochdruckspeicher (16, 106) berücksichtigt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem eine Mittelwertbildung vorgenommen wird, um ein Verschieben des gemessenen Druckverlaufs zu ermöglichen, um einen korrigierten Druckverlauf (466, 502) zu erhalten.
Anordnung zum Bestimmen des Einspritzratenverlaufs während einer Einspritzung in einem Verbrennungsmotor, der über eine Einspritzanlage (10) mit einem Niederdruckbereich (20) und einem Hochdruckbereich (22), in dem ein Hochdruckspeicher (16, 106) verwendet wird, verfügt, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei durch die Einspritzung ein Druckabfall bewirkt wird, mit einem Drucksensor (102), der den Druck an einer Stelle im Hochdruckbereich (22) misst, wobei der Drucksensor (102) einen Druckverlauf (156) aufnimmt, und einer Einrichtung, mit der Signalüberlagerungen im aufgenommenen Druckverlauf (156) berücksichtigt werden, so dass sich ein korrigierter Druckverlauf (466, 502) ergibt, aus dem der Einspritzratenverlauf (504) zu berechnen ist.
Anordnung nach Anspruch 7, bei der die Einrichtung in einem Steuergerät implementiert ist.