DE102015222318A1 - Fuel metering device with wirelessly readable sensors - Google Patents
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Abstract
Treibstoffdosiervorrichtung (1), umfassend mindestens ein Ventil (2, 2‘) zum Einspritzen oder Einblasen von Treibstoff (3) in mindestens einen Zylinder (4, 4‘) eines Verbrennungsmotors, wobei das Ventil (2, 2‘) im den Zylinder (4, 4‘) begrenzenden Zylinderkopf (5) angeordnet ist, wobei mindestens ein Sensor (7, 7‘) zur Erfassung von Werten (8) einer mit dem Betrieb des Ventils (2, 2‘) zusammenhängenden physikalischen Messgröße vorgesehen ist, wobei der Sensor (7, 7‘) mit einem Funksender (9, 9‘, 9a, 9b) zur Umwandlung der Werte (8) der physikalischen Messgröße in ein erstes Funksignal (10) gekoppelt ist, wobei der Zylinderkopf (5) durch einen Zylinderkopfdeckel (6, 6a, 6b, 6c) abgeschlossen ist und wobei innerhalb des Zylinderkopfes (5) mindestens eine Empfangsantenne (11, 20) für das erste Funksignal (10) angeordnet ist und dass ein Empfangssignal (12), das aus der in dem ersten Funksignal (10) enthaltenen Information über die Werte (8) der physikalischen Messgröße abgeleitet ist, ausgehend von der Empfangsantenne (11, 20) durch den Zylinderkopfdeckel (6, 6a, 6b, 6c) geführt ist, und/oder wobei der Zylinderkopfdeckel (6, 6a, 6b, 6c) für das erste Funksignal (10) durchlässig ausgebildet ist.A fuel metering device (1) comprising at least one valve (2, 2 ') for injecting or injecting fuel (3) into at least one cylinder (4, 4') of an internal combustion engine, the valve (2, 2 ') being in the cylinder (2, 2'). 4, 4 ') limiting cylinder head (5) is arranged, wherein at least one sensor (7, 7') for detecting values (8) of a related to the operation of the valve (2, 2 ') physical quantity is provided, wherein the Sensor (7, 7 ') is coupled to a radio transmitter (9, 9', 9a, 9b) for converting the values (8) of the physical quantity into a first radio signal (10), the cylinder head (5) being supported by a cylinder head cover (10). 6, 6a, 6b, 6c) is completed and wherein within the cylinder head (5) at least one receiving antenna (11, 20) for the first radio signal (10) is arranged and that a received signal (12), from that in the first radio signal (10) contained information about the values (8) of the physical Messgr is derived from the receiving antenna (11, 20) through the cylinder head cover (6, 6a, 6b, 6c) is guided, and / or wherein the cylinder head cover (6, 6a, 6b, 6c) for the first radio signal (10) is permeable.
Description
Die Erfindung betrifft Vorrichtungen zur Dosierung von Treibstoff für Motoren. The invention relates to devices for metering fuel for engines.
Stand der Technik State of the art
Beim Betrieb eines Verbrennungsmotors (Verbrennungskraftmaschine) hängen die Schadstoffemissionen entscheidend davon ab, dass den Zylindern des Motors genau zum richtigen Zeitpunkt eine genau definierte Menge an Treibstoff zugeführt wird. Sofern das Timing und/oder die Treibstoffmenge erheblich vom Optimum abweichen, kann der Motor auch versagen oder sogar beschädigt werden. When operating an internal combustion engine (internal combustion engine), the pollutant emissions depend crucially on the fact that the cylinders of the engine at exactly the right time, a well-defined amount of fuel is supplied. If the timing and / or the amount of fuel deviate significantly from the optimum, the engine can also fail or even be damaged.
Der Treibstoff wird in aller Regel mit Ventilen zugeführt, wie sie beispielsweise aus der
Daher wird in der
Das gleiche Prinzip lässt sich auch auf Gasventile anwenden, die den Treibstoff in eine zum Zylinder führende Zuleitung eindosieren.The same principle can also be applied to gas valves, which meter the fuel into a supply line leading to the cylinder.
Bei Motoren größerer Leistungsklassen sind die Ventile typischerweise in einem metallischen Zylinderkopf, der durch einen metallischen Zylinderkopfdeckel verschlossen ist, eingekapselt. Sie befinden sich dann in einem Faradayschen Käfig, so dass eine Funkübertragung nicht mehr möglich ist. Ein Ausweichen auf eine kabelgebundene Übertragung hat jedoch zum Einen den Nachteil, dass die Verkabelung aufwendig und damit teuer ist. Zum Anderen unterliegen die Kabel unter dem Zylinderkopfdeckel erheblichen Belastungen durch Temperatur, Vibrationen oder Betriebsflüssigkeiten, wie Kraftstoff oder Motoröl. Insbesondere muss sichergestellt sein, dass diese Betriebsflüssigkeiten nicht entlang der Kabel bis ins Motorsteuergerät kriechen.In engines of larger power classes, the valves are typically encapsulated in a metal cylinder head closed by a metallic cylinder head cover. You are then in a Faraday cage, so that a radio transmission is no longer possible. Dodging on a wired transmission, however, has the disadvantage that the wiring is complex and therefore expensive. On the other hand, the cables under the cylinder head cover are subject to considerable loads due to temperature, vibrations or operating fluids, such as fuel or engine oil. In particular, it must be ensured that these operating fluids do not creep along the cables to the engine control unit.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Im Rahmen der Erfindung wurde eine Treibstoffdosiervorrichtung entwickelt. Diese umfasst mindestens ein Ventil zum Einspritzen oder Einblasen von Treibstoff in mindestens einen Zylinder eines Verbrennungsmotors. Dabei ist das Ventil in dem Zylinderkopf angeordnet, der den Zylinder begrenzt. Es ist mindestens ein Sensor zur Erfassung von Werten einer mit dem Betrieb des Ventils zusammenhängenden physikalischen Messgröße vorgesehen. Der Sensor ist mit einem Funksender zur Umwandlung der Werte der physikalischen Messgröße in ein erstes Funksignal gekoppelt. In the context of the invention, a fuel metering device has been developed. This comprises at least one valve for injecting or injecting fuel into at least one cylinder of an internal combustion engine. The valve is arranged in the cylinder head, which limits the cylinder. At least one sensor is provided for detecting values of a physical quantity related to the operation of the valve. The sensor is coupled to a radio transmitter for converting the values of the physical measurand into a first radio signal.
Erfindungsgemäß ist der Zylinderkopf durch einen Zylinderkopfdeckel abgeschlossen. Es ist nun innerhalb des Zylinderkopfes mindestens eine Empfangsantenne für das erste Funksignal angeordnet. Ein Empfangssignal, das aus der im ersten Funksignal enthaltenen Information über die Werte der physikalischen Messgröße abgeleitet ist, ist ausgehend von der Empfangsantenne durch den Zylinderkopfdeckel geführt. Dabei können sich insbesondere innerhalb des Zylinderkopfes mehrere Empfangsantennen befinden, die jeweils einem Ventil zugeordnet sind.According to the invention, the cylinder head is closed by a cylinder head cover. It is now arranged within the cylinder head at least one receiving antenna for the first radio signal. A received signal, which is derived from the information contained in the first radio signal on the values of the physical measured variable, is guided from the receiving antenna through the cylinder head cover. In this case, in particular within the cylinder head several receiving antennas are located, each associated with a valve.
Alternativ oder in Kombination hierzu ist der Zylinderkopfdeckel für das erste Funksignal durchlässig ausgebildet.Alternatively or in combination with this, the cylinder head cover is permeable to the first radio signal.
Beide Alternativen sowie ihre Kombinationen haben die Wirkung, dass Funksignale, die Informationen über mit dem Ventilbetrieb zusammenhängende Messgrößen enthalten, trotz der Kapselung des Ventils im durch den Zylinderkopfdeckel abgeschlossenen Zylinderkopf vorteilhaft per Funk aus dem Zylinderkopf heraus geleitet und dem Motormanagement zugeführt werden können. Damit können die von der Anmelderin gemäß Stand der Technik bereits für kleinere Motoren im Pkw-Bereich erzielten Vorteile nunmehr auch auf deutlich größere Motoren ausgedehnt werden, bei denen die besagte Kapselung der Ventile im Zylinderkopf notwendig ist. Dank der vorliegenden Erfindung können somit auch diese größeren Motoren deutlich länger und mit guten Umwelteigenschaften betrieben werden.Both alternatives and their combinations have the effect that radio signals containing information on associated with the valve operation parameters, despite the encapsulation of the valve in the completed by the cylinder head cover cylinder head advantageously be routed by radio out of the cylinder head and fed to the engine management. Thus, the advantages already achieved by the applicant according to the prior art for smaller engines in the passenger car sector can now be extended to significantly larger engines in which the said encapsulation of the valves in the cylinder head is necessary. Thanks to the present invention, therefore, these larger engines can be operated significantly longer and with good environmental properties.
Das Empfangssignal kann insbesondere das elektrische Signal sein, das in der Empfangsantenne unmittelbar aus dem ersten Funksignal gebildet wird. Das Empfangssignal kann hieraus jedoch auch durch Filterung, Verstärkung oder eine sonstige Aufbereitung hervorgegangen sein. Weiterhin kann das Empfangssignal auch durch Demodulation der Werte der physikalischen Messgröße und anschließende Aufbereitung dieser Werte aus dem elektrischen Signal hervorgegangen sein, das in der Empfangsantenne unmittelbar aus dem ersten Funksignal gebildet wurde. The received signal may in particular be the electrical signal which is formed directly in the receiving antenna from the first radio signal. However, the received signal can also have resulted from this by filtering, amplification or other processing. Furthermore, the received signal can also be obtained by demodulating the values of the physical measured variable and subsequent Preparation of these values have emerged from the electrical signal, which was formed in the receiving antenna directly from the first radio signal.
Das Empfangssignal kann beispielsweise parallel zu einer schon bestehenden Leitung durch den Zylinderkopfdeckel geführt sein. Eine solche bestehende Leitung kann beispielsweise die Ansteuerleitung sein, die der Betätigung des Ventils dient. Daher ist in einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung das Empfangssignal auf einer Leitung über die gleiche Durchführung durch den Zylinderkopfdeckel geführt, durch die bereits eine andere Leitung von oder zu einer zentralen Steuereinheit geführt ist und/oder durch die eine Ansteuerleitung, die der Betätigung des Ventils dient, geführt ist.The received signal can be performed, for example, parallel to an already existing line through the cylinder head cover. Such an existing line may for example be the Ansteuerleitung, which serves to actuate the valve. Therefore, in a particularly advantageous embodiment of the invention, the received signal is passed on a line via the same passage through the cylinder head cover, is already performed by another line from or to a central control unit and / or by a drive line, the actuation of the valve serves, is guided.
In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ein Modulator vorgesehen, der das Empfangssignal in eine von einer zentralen Steuereinheit durch den Zylinderkopfdeckel geführte Leitung, und/oder in die Steuerleitung, die der Betätigung des Ventils dient, einkoppelt. Das Empfangssignal kann auf diese Weise unmittelbar der zentralen Steuereinheit zugeführt werden, ohne dass hierfür zusätzliche Leitungen verlegt werden müssen.In a further particularly advantageous embodiment of the invention, a modulator is provided which couples the received signal into a guided by a central control unit through the cylinder head cover line, and / or in the control line, which serves to actuate the valve. The received signal can be fed directly to the central control unit in this way, without the need for additional cables are laid.
Je nach den Anforderungen der konkreten Anwendung ist es eine mögliche und sinnvolle Strategie, die vom Sensor aufgenommenen Rohdaten möglichst in unveränderter Form aus dem Zylinderkopf auszukoppeln und erst zu einem späteren Zeitpunkt, beispielsweise in einem Steuergerät des Motormanagements, eine Auswertung und Verarbeitung dieser Rohdaten vorzunehmen. Im Zylinderkopf selbst befindet sich dann nur eine minimale Intelligenz, die nur wenige, robuste elektronische Bauteile benötigt. Depending on the requirements of the specific application, it is a possible and sensible strategy to decouple the raw data recorded by the sensor as unchanged as possible from the cylinder head and to carry out an evaluation and processing of this raw data only at a later date, for example in a control unit of the engine management. In the cylinder head itself is then only a minimal intelligence, which requires only a few, rugged electronic components.
In anderen Anwendungen kann hingegen die anfallende Menge an Rohdaten zu groß sein, um beispielsweise bis in ein Steuergerät des Motormanagements weiter transportiert und erst dort verarbeitet werden zu können. In solchen Anwendungen kann es sinnvoll sein, die Rohdaten möglichst frühzeitig in dem am Sensor beginnenden Signalpfad weiter zu verarbeiten und somit volumenmäßig zu verdichten. Eine Auswerteeinheit zur Verdichtung der Information über die Werte der physikalischen Messgröße kann vorteilhaft an beliebiger Stelle im vom Sensor ausgehenden Signalpfad angeordnet sein, so dass auch beliebige Abstufungen zwischen den genannten Extremen möglich sind.In other applications, however, the accumulated amount of raw data may be too large, for example, to be transported to a control unit of the engine management and processed there only. In such applications, it may be useful to process the raw data as early as possible in the signal path beginning at the sensor and thus to compact it in terms of volume. An evaluation unit for compressing the information about the values of the physical measured variable can advantageously be arranged at any point in the signal path starting from the sensor, so that any desired gradations between the mentioned extremes are also possible.
Ein Motor enthält typischerweise mehrere Zylinder und somit auch eine Mehrzahl von Ventilen, beispielsweise sechs oder acht Ventile. Es ist bereits viel gewonnen, wenn beispielsweise mit der Empfangsantenne die von allen zugehörigen Sensoren ausgehenden ersten Funksignale gesammelt aufgefangen und von dort über eine Kabelverbindung weiter transportiert werden. An engine typically includes a plurality of cylinders and thus also a plurality of valves, for example, six or eight valves. It has already gained a lot, for example, when collected with the receiving antenna emanating from all the associated sensors first radio signals collected and transported from there via a cable connection on.
Es ist dann nur noch eine gesammelte Kabelverbindung für alle Sensoren notwendig und nicht mehr eine separate Kabelverbindung pro Sensor. Je nach Anwendung kann eine solche Hybridlösung einen optimalen Kompromiss im Spannungsfeld der konkurrierenden Eigenschaften Einfachheit, Zuverlässigkeit und Kostenaufwand darstellen.It is then only a collected cable connection for all sensors necessary and no longer a separate cable connection per sensor. Depending on the application, such a hybrid solution can represent an optimal compromise in the conflicting field of competing properties of simplicity, reliability and cost.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist auf der der Empfangsantenne abgewandten Seite des Zylinderkopfdeckels eine Weitersendeantenne zur Umwandlung des Empfangssignals, und/oder eines aus dem Empfangssignal abgeleiteten Signals, in ein zweites Funksignal angeordnet. Dann kann die Übertragung, analog zum Stand der Technik für kleinere Motoren, komplett drahtlos erfolgen. Vorteilhaft ist hierbei das von der Empfangsantenne aus dem ersten Funksignal erzeugte elektrische Signal als Empfangssignal durch den Zylinderkopfdeckel geführt. Dieses Empfangssignal ist ein Radiofrequenzsignal, in das die Information über die Werte der physikalischen Messgröße durch Modulation einkodiert ist. Dabei kann die Information in Rohform vorliegen oder bereits einer ersten Verarbeitung unterzogen worden sein. Ein Empfangssignal in der Form eines elektrischen Radiofrequenzsignals lässt sich besonders einfach mit schneller Analogelektronik verstärken oder in sonstiger Form aufbereiten. Einfache Filterungen sind sogar mit passiven Bauelementen, die keine eigene Energieversorgung benötigen, möglich.In a particularly advantageous embodiment of the invention, a further transmitting antenna for converting the received signal, and / or a signal derived from the received signal, is arranged in a second radio signal on the side remote from the receiving antenna side of the cylinder head cover. Then, the transmission, analogous to the prior art for smaller engines, completely wireless. In this case, the electrical signal generated by the receiving antenna from the first radio signal is advantageously carried as a received signal through the cylinder head cover. This received signal is a radio-frequency signal into which the information about the values of the physical measurand is encoded by modulation. The information may be present in raw form or have already been subjected to a first processing. A received signal in the form of an electric radio-frequency signal can be amplified particularly easily with fast analogue electronics or processed in any other form. Simple filtering is possible even with passive components that do not require their own power supply.
In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Empfangssignal unmittelbar zur Weitersendeantenne geführt. Hierfür können die Empfangsantenne und die Weitersendeantenne beispielsweise durch ein möglichst kurzes Kabel oder durch einen anderen Wellenleiter miteinander verbunden sein (back-to-back Antennenkonfiguration). Eine solche Antennenkonfiguration transportiert das Signal rein passiv durch den Zylinderkopfdeckel, ohne das ein Verstärker mit separater Stromversorgung notwendig wäre. In a further particularly advantageous embodiment of the invention, the received signal is passed directly to the forwarding antenna. For this purpose, the receiving antenna and the Weitersendeantenne example, be connected by a shortest possible cable or by another waveguide to each other (back-to-back antenna configuration). Such an antenna configuration transports the signal purely passively through the cylinder head cover without the need for an amplifier with a separate power supply.
Eine für das erste Funksignal durchlässige Ausbildung des Zylinderkopfdeckels ist funktechnisch deutlich einfacher. Jedoch handelt es sich bei dem Zylinderkopfdeckel um einen wesentlichen Bestandteil des Motors, der in dessen Auslegung mit eingeht. Es ist daher in der Regel nur in Abstimmung mit dem Motorhersteller und auch nicht für jeden Motor möglich, einen metallischen Zylinderkopfdeckel beispielsweise gegen einen Zylinderkopfdeckel aus Kunststoff zu tauschen. Demgegenüber ist das Einbringen einer zusätzlichen Durchführung für das Empfangssignal in den Zylinderkopfdeckel ein weniger schwerwiegender Eingriff in den ursprünglichen Motor, für den eine Freigabe durch den Hersteller des Motors in vielen Fällen einfacher erlangt werden kann. A permeable to the first radio signal training of the cylinder head cover is radio technically much easier. However, the cylinder head cover is an integral part of the engine, which is included in its interpretation. It is therefore usually only in coordination with the engine manufacturer and not possible for each engine to replace a metallic cylinder head cover, for example, against a cylinder head cover made of plastic. In contrast, the introduction of an additional implementation for the receipt signal in the cylinder head cover is a less serious intervention in the original engine, for which approval by the manufacturer of the engine can be obtained in many cases more easily.
Bei den hier diskutierten größeren Motoren erschwert der Zylinderkopfdeckel weiterhin die Versorgung des Sensors mit elektrischer Energie. Die Erfindung stellt auch hierfür Lösungen bereit. So ist in einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung der Sensor über eine Ansteuerleitung, die der Betätigung des Ventils dient, mit elektrischer Energie gespeist. Es ist dann keine zusätzliche Durchführung einer Stromversorgung durch den Zylinderkopfdeckel nötig. Dabei können zur Speisung des Sensors insbesondere diejenigen Spannungen und Ströme auf der Ansteuerleitung herangezogen werden, die für die normale Betätigung des Ventils auf die Ansteuerleitung gegeben werden.In the larger engines discussed here, the cylinder head cover further complicates the supply of electrical energy to the sensor. The invention also provides solutions for this purpose. Thus, in a particularly advantageous embodiment of the invention, the sensor via a drive line, which serves to actuate the valve, fed with electrical energy. There is then no additional implementation of a power supply through the cylinder head cover necessary. In this case, in particular those voltages and currents can be used on the control line for feeding the sensor, which are given for the normal operation of the valve on the control line.
Die meisten in Motoren eingesetzten Ventile von Treibstoffdosiervorrichtungen sind normal-geschlossene Ventile, bei denen die Ansteuerleitung nur dann eine Spannung bzw. einen Strom führt, wenn das Ventil geöffnet sein soll. Es kann jedoch auch sinnvoll sein, dass der Sensor, und/oder der Funksender, auch zu anderen Zeiten mit elektrischer Energie gespeist ist. Beispielsweise kann dann ein Zeitversatz zwischen dem Beginn bzw. dem Ende der Ansteuerung des Ventils und dem tatsächlichen Öffnen bzw. Schließen optimal erfasst werden. Gerade ein solcher Zeitversatz ist eine besonders interessante Messgröße im Zusammenhang mit der Alterung und dem Verschleiß von Ventilen. Most valves of fuel metering devices used in engines are normally-closed valves in which the drive line carries a voltage or current only when the valve is to be opened. However, it may also be appropriate that the sensor, and / or the radio transmitter, is also fed at other times with electrical energy. For example, then a time offset between the beginning and the end of the control of the valve and the actual opening or closing can be optimally detected. Just such a time offset is a particularly interesting parameter in connection with the aging and wear of valves.
Zu diesem Zweck kann der Sensor, und/oder der Funksender, in einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung durch eine Energieerntevorrichtung mit elektrischer Energie gespeist sein. Eine solche Energieerntevorrichtung wandelt beispielsweise eine Bewegung, eine Vibration und/oder einen Temperaturunterschied, der im Betrieb des Motors bzw. des Fahrzeugs zwangsläufig vorhanden ist, in elektrische Energie um. Diese Energie steht auch dann zur Verfügung, wenn das Ventil gerade nicht angesteuert wird. For this purpose, the sensor, and / or the radio transmitter, in a particularly advantageous embodiment of the invention by an energy harvesting device with electrical energy to be fed. Such an energy harvesting device converts, for example, a movement, a vibration and / or a temperature difference, which is inevitably present in the operation of the engine or the vehicle, into electrical energy. This energy is also available when the valve is not being controlled.
Alternativ oder auch in Kombination kann die Speisung des Sensors, und/oder des Funksenders, mit elektrischer Energie auch über einen Energiespeicher geführt sein. Ein solcher Energiespeicher kann insbesondere ein Kondensator sein, der sehr schnell und beliebig oft aufgeladen und wieder entladen werden kann. Ein solcher Energiespeicher ist insbesondere vorteilhaft in Kombination mit der Speisung über die Ansteuerleitung für das Ventil. Alternatively, or in combination, the power supply of the sensor, and / or the radio transmitter, be performed with electrical energy via an energy storage. Such an energy store may in particular be a capacitor which can be charged and discharged again very quickly and as often as desired. Such an energy store is particularly advantageous in combination with the supply via the control line for the valve.
Die Speisung über die Ansteuerleitung kann in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung dahingehend erweitert werden, dass zur Speisung des Sensors, und/oder des Funksenders mit elektrischer Energie die Ansteuerleitung mit einer Spannung und/oder einem Strom unterhalb des für eine Betätigung des Ventils erforderlichen Niveaus beaufschlagt wird. Das Ventil selbst hat typischerweise nur einen betätigten und einen unbetätigten Zustand. Erst wenn die Ansteuerung in Form eines Strom oder einer Spannung einen bestimmten Schwellwert überschreitet, wird die Rückstellkraft, die das Ventil im unbetätigten Zustand in seiner geschlossenen Ruheposition hält, überwunden. The supply via the control line can be extended in a further advantageous embodiment of the invention to the effect that for supplying the sensor, and / or the radio transmitter with electrical energy, the control line with a voltage and / or a current below the levels required for actuation of the valve is charged. The valve itself typically has only one actuated and one unactuated state. Only when the control in the form of a current or voltage exceeds a certain threshold, the restoring force, which holds the valve in the unactuated state in its closed rest position, overcome.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Sensor zur Erfassung von Werten einer physikalischen Messegröße ausgebildet, die ein Maß für die vom Ventil freigesetzte Menge an Treibstoff, und/oder für die Öffnungsdauer des Ventils, ist. Dies sind diejenigen Kenngrößen des Ventils, die im Hinblick auf das Motormanagement am wichtigsten sind und die zugleich die größte Tendenz haben, sich durch Alterung und/oder Verschleiß des Ventils zu verändern. Dass nunmehr auch bei größeren Motoren eine Funkübertragung der vom Sensor erfassten Werte möglich ist, hat verschiedene Vorteile. Jede leitungsgebundene Übertragung von Messwerten benötigt mindestens ein Kabel, bzw. sogar zwei Kabel, wenn keine gemeinsame Masseleitung für den Rückweg zur Verfügung steht. Das Multiplexen bzw. die Verwendung einer Leitung für mehrere Zwecke birgt das Risiko, dass die Signalqualität leidet und das Motormanagement auf verfälschte Signale unvorhersehbar reagiert. Zugleich kann ein solches Multiplexen auch den Aufwand für die Zulassung des Fahrzeugs zum Straßenverkehr in die Höhe treiben. Die Verwendung einer Vielzahl von Kabeln wiederum ist nicht nur aufwendig und teuer, sondern schafft auch zusätzliche Fehlerquellen. Zusätzliche Fehlerquellen ergeben sich insbesondere dann, wenn verschiedene Kabel unterschiedlich lang sind und dementsprechend verschiedene parasitäre Kapazitäten haben. Weiterhin sind Kabel vielfach ein begrenzender Faktor für die Signalqualitäten, für die übertragbaren Datenmengen und für die Übertragungsgeschwindigkeiten. In a particularly advantageous embodiment of the invention, the sensor is designed to detect values of a physical fair variable, which is a measure of the amount of fuel released by the valve, and / or for the opening duration of the valve. These are those characteristics of the valve that are most important in terms of engine management, and which at the same time have the greatest tendency to change due to aging and / or wear of the valve. The fact that radio transmission of the values recorded by the sensor is now also possible with larger motors has various advantages. Each conducted transmission of measured values requires at least one cable, or even two cables, if no common ground line is available for the return path. The multiplexing or the use of a line for several purposes carries the risk that the signal quality suffers and the engine management unpredictably reacts to corrupted signals. At the same time, such multiplexing can also drive up the expense for the approval of the vehicle for road traffic. The use of a variety of cables in turn is not only expensive and expensive, but also creates additional sources of error. Additional sources of error arise in particular when different cables are of different lengths and accordingly have different parasitic capacitances. Furthermore, cables are often a limiting factor for the signal qualities, for the transferable data volumes and for the transmission speeds.
Die mit dem Sensor erfassbare physikalische Messgröße kann beispielsweise insbesondere umfassen: Druck, Temperatur, Strömungsgeschwindigkeit, Längenänderungen/ Änderungen von geometrischen Abmessungen, (Relativ-)Bewegungen von Bauteilen, Lageänderung von Bauteilen, akustische Messgrößen wie Körperschall, elektrische Messgrößen wie Widerstand, Kapazität, Induktivität, Strom, Spannung, etc. For example, the physical measured variable that can be detected by the sensor can include in particular: pressure, temperature, flow velocity, changes in length / changes of geometric dimensions, (relative) movements of components, change in position of components, acoustic measured variables such as structure-borne noise, electrical measured variables such as resistance, capacitance, inductance , Current, voltage, etc.
Als Sensoren kommen alle Ausführungsformen, Messprinzipien (direkt, indirekt), Gehäuseformen, diskrete Schaltungen und integrierte Schaltkreise in Frage, mit der die jeweilige physikalische Messgröße erfasst werden kann. The sensors include all embodiments, measuring principles (direct, indirect), housing shapes, discrete circuits and integrated Circuits in question with which the respective physical measured variable can be detected.
Bevorzugt sind solche Sensoren vorhanden bzw. werden solche Messgrößen erfasst, mit denen direkt oder indirekt eindosierte Treibstoffmengen bestimmt werden können. Die Treibstoffmengen können summarisch (das heißt, über eine ganze Einspritzung/Einblasung) oder zeitaufgelöst erfasst werden. Insbesondere ist auch die Erfassung zufälliger und/oder systematischer Abweichungen von Sollwerten von Interesse. Beispiele hierfür sind die shot-shot-Streuung zwischen zwei Betätigungen des Ventils, die Exemplarstreuung zwischen nominell identisch gefertigten Ventilen, das Driftverhalten des Ventils bei Änderung der Umgebungsbedingungen oder Alterungseffekte. Preferably, such sensors are present or such measured variables are detected with which directly or indirectly metered amounts of fuel can be determined. The amounts of fuel can be collected summarily (that is, over a whole injection / injection) or time-resolved. In particular, the detection of random and / or systematic deviations from target values is of interest. Examples include the shot-shot spread between two actuations of the valve, the sample spread between nominally identical valves, the drift behavior of the valve when environmental conditions change or aging effects.
Vom Sensor erfasste und per Funk, bzw. durch eine hybride Funk-Kabel-Verbindung, übertragene Messwerte können in weiterer Folge dazu dienen, im Motormanagement entsprechende Korrekturfunktionen vorzusehen und auszuführen. Weiterhin können erfasste Messwerte sowie zugehörige Auswertealgorithmen auch dazu verwendet werden, um entsprechende Prognosen abzuleiten und beispielsweise vor dem bevorstehenden Versagen von Bauteilen oder Komponenten zu warnen.Measured values acquired by the sensor and transmitted by radio or by a hybrid radio-cable connection can subsequently serve to provide and execute corresponding correction functions in the engine management system. Furthermore, acquired measured values and associated evaluation algorithms can also be used to derive corresponding forecasts and to warn, for example, of the impending failure of components or components.
Es können insbesondere
- • der Einfluss des Verschleißes am Ventil auf die Treibstoffmenge studiert werden;
- • eine Drift über die Lebensdauer des Ventils gemessen, kompensiert oder geregelt werden;
- • Einflüsse des verwendeten Kraftstoffs, insbesondere von dessen Qualität, gemessen werden;
- • Ausfallwahrscheinlichkeiten prognostiziert werden;
- • sich anbahnende Reparaturen auf einen günstigen Zeitpunkt vorgezogen werden (preventive maintenance);
- • aktuelle und vorbeugende Korrekturen vorgenommen werden;
- • Verschleiß kompensiert werden;
- • und/oder beim Einsatz mehrerer Treibstoffdosiervorrichtungen, insbesondere mehrerer Ventile, die defekte Komponente eindeutig identifiziert werden.
- • the influence of wear on the valve on the amount of fuel is studied;
- • a drift is measured, compensated or regulated over the life of the valve;
- • influences of the used fuel, in particular of its quality, are measured;
- • failure probabilities are forecasted;
- • anticipated repairs are brought forward at a favorable time (preventive maintenance);
- • make current and preventive corrections;
- • wear compensated;
- • and / or when using multiple fuel metering devices, in particular a plurality of valves, the defective component uniquely identified.
Damit die von verschiedenen Sensoren bzw. Ventilen ausgehenden Funkübertragungen nicht miteinander kollidieren, kann jedes hierfür geeignete Verfahren angewendet werden. So können beispielsweise unterschiedlichen Funksendern unterschiedliche Frequenzen oder Zeitschlitze zugewiesen werden. Es kann auch entsprechend dem Arbeitszyklus des Motors ein round-robin-Sendeverfahren für das Multiplexing zwischen verschiedenen Zylindern zum Einsatz kommen. Eine eindeutige Zuordnung der Funkübertragungen zu bestimmten Sensoren bzw. Ventilen kann beispielsweise durch das Mitsenden einer eindeutigen Identifikation des Ventils, des Sensors oder auch der Treibstoffdosiervorrichtung bei jeder Funkübertragung sichergestellt werden. Es können auch beispielsweise Treibstoffdosiervorrichtungen an ein zentrales Steuergerät des Motormanagements oder an andere Komponenten angelernt werden. Ein solches Anlernen kann beispielsweise durch ein definiertes Zeitprofil des Stroms oder der Spannung auf der Ansteuerleitung ausgelöst werden.In order that the radio transmissions from different sensors or valves do not collide with one another, any suitable method can be used. For example, different radio transmitters can be assigned different frequencies or time slots. It can also be used according to the duty cycle of the engine, a round-robin transmission method for multiplexing between different cylinders. An unambiguous assignment of the radio transmissions to specific sensors or valves can be ensured, for example, by sending a clear identification of the valve, of the sensor or of the fuel metering device in each radio transmission. It is also possible, for example, to teach fuel metering devices to a central control unit of the engine management or to other components. Such learning can be triggered for example by a defined time profile of the current or the voltage on the control line.
Wenn die erfassten Messwerte bzw. Informationen letztendlich vom Steuergerät des Motormanagements weiterverarbeitet werden, so kann die Korrektheit der Übertragung beispielsweise Ende-zu-Ende überprüft werden: Hierzu kann beispielsweise das zentrale Steuergerät auf die gesendeten Daten mit einer Prüfziffer antworten. Die Treibstoffdosiervorrichtung berechnet die gleiche Prüfziffer hiervon unabhängig und überprüft, ob das zentrale Steuergerät den gleichen Wert zurückgemeldet hat. Wenn ja, bestätigt die Treibstoffdosiervorrichtung dem zentralen Steuergerät die Korrektheit der Übertragung. If the acquired measured values or information are ultimately further processed by the control unit of the engine management system, the correctness of the transmission can be checked, for example, end-to-end. For this purpose, the central control unit can respond to the transmitted data with a check digit, for example. The fuel meter independently calculates the same check digit and verifies that the central controller has returned the same value. If so, the fuel meter confirms to the central controller the correctness of the transmission.
Die Energieversorgung von Komponenten kann auch auf drahtlosem Wege erfolgen, beispielsweise analog zur Energieversorgung von RFID-Transpondern.The energy supply of components can also be done wirelessly, for example, analogous to the power supply of RFID transponders.
Dier Erfindung kann in allen Typen, Bauformen, Baugrößen und Ausführungsformen von Treibstoffdosiervorrichtungen (TSDV) zu Dosierung von Brennstoffen für Verbrennungskraftmaschinen eingesetzt werden. The invention can be used in all types, designs, sizes and embodiments of fuel metering devices (TSDV) for metering of fuels for internal combustion engines.
Das Ventil kann beispielsweise ein Ventil zur Dosierung von gasförmigen Brennstoffen für Verbrennungskraftmaschinen (Gasmotoren, Motoren für mehrere Brennstoffe, wie beispielsweise Gas-Diesel-Dual Fuel-Motoren) sein, bei dem bevorzugt der gasförmige Brennstoff in das Saugrohr eindosiert wird.The valve may for example be a valve for metering of gaseous fuels for internal combustion engines (gas engines, engines for multiple fuels, such as gas-diesel-dual-fuel engines), in which preferably the gaseous fuel is metered into the intake manifold.
Das Ventil kann auch ein Injektor sein, der für flüssige Brennstoffe wie Benzin, Diesel, Marine-Diesel, Schweröl („heavy fuel oil“ HFO) sowie weitere Brennstoffarten und Brennstoffqualitäten (wie z.B. Kerosin, Ethanol, biogene Kraftstoffe wie Säureester) oder Mischungen hiervon geeignet ist. Mit einem solchen Injektor wird der Kraftstoff direkt in eine Brennkammer eingespritzt.The valve may also be an injector suitable for liquid fuels such as gasoline, diesel, marine diesel, heavy fuel oil (HFO), as well as other fuel types and qualities (such as kerosene, ethanol, biogenic fuels such as acid esters) or mixtures thereof suitable is. With such an injector, the fuel is injected directly into a combustion chamber.
Das Ventil kann auch ein Injektor für verflüssigte Gase als Brennstoffe, wie Propan, Butan („LPG“), Dimetholäther und andere mehr, sein.The valve may also be an injector for liquefied gases as fuels, such as propane, butane ("LPG"), dimethol ethers, and others.
Das Ventil kann auch als „Dual Fuel“-Injektor zur Dosierung von mehr als einem Brennstoff ausgeführt sein (z.B. für verflüssigtes Gas und Diesel).The valve may also be implemented as a "dual fuel" injector for metering more than one fuel (e.g., liquefied gas and diesel).
Die Treibstoffdosiervorrichtung kann weitere dem Fachmann an sich bekannte Module enthalten, die zur Verbesserung der Kraftstoffdosierung beitragen, wie z.B. Druckverstärkermodule. The fuel metering device may include further modules known per se to those skilled in the art, which contribute to the improvement of the fuel metering, such as pressure intensifier modules.
Baugrößen bzw. Zylinderleistungen zugehöriger Motoren reichen von typischen Pkw-Applikationen über alle Arten von Nutzfahrzeugen bis hin zu „large engines“ (derzeit Größenordnung 20 MW oberer Leistungsbereich), umfassend alle Leistungsklassen für alle Brennstoffe. Prinzipiell kann die Erfindung auch in Zweirädern mit Verbrennungsmotoren eingesetzt werden (einschließlich Varianten wie Roller mit drei Rädern, Trikes, Quads und so weiter). Sizes and cylinder outputs of associated engines range from typical passenger car applications to all types of commercial vehicles to large engines (currently 20 MW in the upper performance range), encompassing all performance classes for all fuels. In principle, the invention can also be used in two-wheelers with internal combustion engines (including variants such as scooters with three wheels, trikes, quads and so on).
Speziell im large engine Bereich können Treibstoffdosiervorrichtungen (TSDV) in folgenden Applikationssegmenten eingesetzt werden:
- • elektrische Energieerzeugung (PowerGen, Gensets, Blockheizkraftwerke BHKW, Combined Heat & Power CHP)
- • Mining, Gasförderung (z.B. Fracking, Drilling, Grubengas, Kompressoren/Pipeline-Verdichter)
- • Transport (gasbetriebene und Dual Fuel-Lokomotiven als Ersatz für Dieselloks und dieselelektrische Loks)
- • Schifffahrt (Binnen, See) und hier insbesondere Hauptmotoren und/oder Hilfsaggregate, z.B. zur Stromerzeugung
- • Off-Highway-Anwendungen (z.B. mining trucks)
- • „Mech drive“ z.B. in Kompressoren für Gaspipelines.
- • electrical power generation (PowerGen, gensets, combined heat and power plants CHP, Combined Heat & Power CHP)
- • mining, gas production (eg fracking, drilling, mine gas, compressors / pipeline compressors)
- • Transport (gas-powered and dual-fuel locomotives to replace diesel locomotives and diesel-electric locomotives)
- • Shipping (inland, sea) and in particular main engines and / or auxiliary equipment, eg for power generation
- • Off-highway applications (eg mining trucks)
- • "Mech drive" eg in compressors for gas pipelines.
Die Injektoren können die unterschiedlichsten Bauarten bzw. Typen vorliegen: Beispiele sind direkt einspritzende Injektoren („Direktschalter“), servohydraulisch übersetzte Injektoren, Injektoren mit Magnetventilen, Injektoren mit Ventilen mit/ohne/mit teilweisem Druckausgleich, Injektoren mit Piezo-Aktoren.The injectors can be of any type or type: Examples are direct injection injectors ("direct switches"), servohydraulically translated injectors, injectors with solenoid valves, injectors with valves with / without / with partial pressure equalization, injectors with piezo actuators.
Für einen Einsatz kommen insbesondere folgende Komponenten bzw. Erzeugnisse in Frage:
- • Diesel-Injektoren für PKWs
- • Diesel-Injektoren für Nutzfahrzeuge
- • Diesel/HFO Injektoren für large engines
- • NGI bzw. NGI2
- • LE GV (large engine gas valves)
- • Injektoren/Ventile zur Benzindirekteinspritzung
- • Diesel injectors for cars
- • Diesel injectors for commercial vehicles
- • Diesel / HFO injectors for large engines
- • NGI or NGI2
- • LE GV (large engine gas valves)
- • Injectors / valves for gasoline direct injection
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Figuren näher dargestellt. Further measures improving the invention will be described in more detail below together with the description of the preferred embodiments of the invention with reference to figures.
Ausführungsbeispieleembodiments
Es zeigt: It shows:
Nach
Der Zylinderkopf
Die Versorgungsleitung
In
Der Sensor
Wofür dies sinnvoll ist, ist in
Interessant für das Motormanagement sind nun diejenigen Zeitpunkte, zu denen das Ventil
Nach einiger Zeit wird die gleiche Prozedur für ein zweites Ventil
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- US 5575264 A [0003] US 5575264 A [0003]
- US 5348233 A [0003] US 5348233 A [0003]
- US 5398724 A [0003] US 5398724 A [0003]
- EP 1961952 A1 [0004] EP 1961952 A1 [0004]
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2015
- 2015-11-12 DE DE102015222318.3A patent/DE102015222318A1/en not_active Withdrawn
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