DE102017213127A1

DE102017213127A1 - Verfahren zum Ermitteln eines Kalibrierungsfaktors für einen Drucksensor eines Kraftstoffinjektors

Info

Publication number: DE102017213127A1
Application number: DE102017213127.6A
Authority: DE
Inventors: Dietmar Zeh; Holger Rapp; Thomas Becker; Henning Kreschel; Andreas Rau; Matthias Siedentopf; Andreas Beckbissinger; Helmar Gruhl; Wolfgang Stoecklein; Thorsten Rick
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-07-31
Filing date: 2017-07-31
Publication date: 2019-01-31

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln eines Kalibrierungsfaktors für einen Sensor, der dafür vorgesehen ist, Kraftstoffdruckänderungen in einem Kraftstoffinjektor zu erfassen, wobei in dem Kraftstoffinjektor eine Druckänderung hervorgerufen und ein Signalverlauf (S) des Sensors erfasst werden, wobei aus einem Verhältnis eines charakteristischen Druckwertes der Druckänderung und einem Signalwert (M₁, M₂, M₃, M₄, M₅) eines dem charakteristischen Druckwert entsprechenden Parameters des Signalverlaufs (S) der Kalibrierungsfaktor ermittelt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln eines Kalibrierungsfaktors für einen Sensor, der dafür vorgesehen ist, Kraftstoffdruckänderungen in einem Kraftstoffinjektor zu erfassen, 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 eines Kalibrierungsfaktors für einen Sensor für einen Kraftstoffinjektor, 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 eines Kalibrierungsfaktors für einen Sensor, der dafür vorgesehen ist, Kraftstoffdruckänderungen in einem Kraftstoffinjektor zu erfassen. Typischerweise wird ein solcher Sensor dazu verwendet, ein Öffnen und/oder Schließen des Kraftstoffinjektors zu erfassen. Hierbei wird in dem Kraftstoffinjektor eine Druckänderung hervorgerufen und dabei ein Signalverlauf des Sensors erfasst. Um diese Druckänderung hervorzurufen, gibt es verschiedene Möglichkeiten, wie später noch erläutert wird. Aus einem Verhältnis eines charakteristischen Druckwertes der Druckänderung und einem Signalwert eines dem charakteristischen Druckwert entsprechenden Parameters des Signalverlaufs wird dann der Kalibrierungsfaktor ermittelt. Insbesondere kann dieses Verhältnis (bzw. dieser Quotient) direkt als der Kalibrierungsfaktor verwendet werden.
Unter Verwendung dieses Kalibrierungsfaktors kann dann ein Signal des Druckverlaufs erhalten werden, womit wiederum eine Ansteuerdauer und/oder eine Öffnungsdauer des Kraftstoffinjektors und/oder eine von dem Kraftstoffinjektor abgegebene Kraftstoffmenge ermittelt werden. Damit kann insbesondere eine Regelung der Einspritzmenge erfolgen.
Für bestimmte vorteilhafte Auswertemethoden zur Bestimmung der eingangs erwähnten Zeitdauern und damit einer abgegebenen Kraftstoffmenge, ist es sinnvoll, das Sensorsignal in ein Drucksignal oder zumindest in ein Signal, das eine Abweichung des Momentandrucks von einem stationären Druckwert angibt, umzurechnen. Dem steht herkömmlicherweise jedoch entgegen, dass der Verstärkungsfaktor zwischen einer Druckänderung und einer Änderung des elektrischen Sensorsignals sowohl von einem Übertragungsfaktor zwischen dem Druck und der vom Sensor gemessenen mechanischen Größe (z.B. einer auf den Sensor wirkenden Axialkraft oder einer Verformung des Haltekörpers) als auch von der Sensorverstärkung selbst abhängt. Diese beiden Parameter können in relativ weiten Bereichen schwanken, so dass die Gesamtverstärkung nur sehr ungenau bekannt bzw. zu ermitteln ist.
Bei dem vorgeschlagenen Verfahren ist es nun möglich, sehr einfach einen sehr genauen Kalibrierungsfaktor zur Umrechnung des Sensorsignals in ein Drucksignal (bzw. ein Signal, das eine Druckänderung angibt) zu erhalten. Dabei wurde erkannt, dass es verschiedene solcher Parameter, wie sie nachfolgend noch näher erläutert werden, gibt, die sich sehr genau bestimmen lassen. Wenn dann der zugehörige Druckwert möglichst genau bekannt ist (hierauf wird später noch genauer eingegangen), kann also ein sehr genauer Kalibrierungsfaktor ermittelt werden, welcher wiederum eine sehr genaue Ermittlung verschiedener Zeitdauern im Zusammenhang mit der Ansteuerung des Kraftstoffinjektors bzw. einer von diesem abgegebenen Kraftstoffmenge erlaubt.
Es ist bevorzugt, wenn die Druckänderung durch eine Ansteuerung des Kraftstoffinjektors zur Abgabe von Kraftstoff hervorgerufen wird. Hierbei handelt es sich also um einen typischen Betrieb des Kraftstoffinjektors, bei dem Kraftstoff durch den Kraftstoffinjektor geführt wird, sodass auch gewisse Druckänderungen in dem Kraftstoff im Kraftstoffinjektor auftreten. Dies kann sowohl im Rahmen von Testmessungen als auch während des regulären Betriebs erfolgen. Dabei sollte darauf geachtet werden, dass die dabei auftretenden charakteristischen Druckwerte bekannt sind. Diese können beispielsweise durch Vergleichsmessungen erhalten werden. Besonders zweckmäßig ist es in diesem Zusammenhang auch, wenn eine Ansteuerdauer für die Ansteuerung des Kraftstoffinjektors derart gewählt wird, dass eine Erhöhung der Ansteuerdauer eine Veränderung des charakteristischen Druckwertes um höchstens einen vorgegebenen Wert zur Folge hätte. Insbesondere kann die Ansteuerdauer also so hoch gewählt werden, dass eine weitere Erhöhung keine oder zumindest kaum eine weitere Veränderung des Druckwertes nach sich zieht. Dies ist möglich, da sich nach einer gewissen Zeitdauer ein gewisser Kraftstofffluss durch den Kraftstoffinjektor einstellt.
Vorzugsweise wird hierbei als der charakteristische Druckwert wenigstens einer der folgenden Werte eines Kraftstoffdruckverlaufs in dem Kraftstoffinjektor verwendet:

- ein Wert eines Minimums des Druckverlaufs in Bezug zu einem Referenzwert,
- ein Wert eines Maximums des Druckverlaufs in Bezug zu einem Referenzwert,
- ein Wert einer Differenz zwischen dem Minimum und dem Maximum des Druckverlaufs jeweils in Bezug zu dem Referenzwert,
- ein minimaler Wert einer zeitlichen Ableitung des Druckverlaufs, und
- ein maximaler Wert einer zeitlichen Ableitung des Druckverlaufs.

Alternativ ist es bevorzugt, wenn die Druckänderung durch Vorgabe einer Druckänderung in einem Hochdruckspeicher, über den der Kraftstoffinjektor mit Kraftstoff versorgt wird, hervorgerufen wird. Hierzu kann beispielsweise ein definierter Sollwertsprung für den Hochdruckspeicher (auch als Rail oder Common-Rail bezeichnet) vorgegeben werden. Auf diese Weise kann ebenso eine Druckänderung in dem Kraftstoff in dem Kraftstoffinjektor hervorgerufen werden, jedoch ohne den Kraftstoffinjektor betätigen zu müssen.
Zweckmäßig ist es hierbei, wenn als der charakteristische Druckwert einer der folgenden Werte verwendet wird: eine Höhe der vorgegebenen Druckänderung in dem Hochdruckspeicher, ein minimaler Wert einer zeitlichen Ableitung eines Druckverlaufs in dem Hochdruckspeicher, oder ein maximaler Wert einer zeitlichen Ableitung eines Druckverlaufs in dem Hochdruckspeicher. Bei diesen Druckwerten handelt sich um einfach erfassbare bzw. bestimmbare Druckwerte.
Vorzugsweise wird als Signalwert des Parameters des Signalverlaufs wenigstens einer der folgenden Werte verwendet:

- ein Wert eines Minimums des Signalverlaufs innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls nach Beginn einer Ansteuerung, die die Druckänderung hervorruft,
- ein Wert eines Maximums des Signalverlaufs innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls nach Beginn einer Ansteuerung, die die Druckänderung hervorruft,
- ein Wert einer Differenz zwischen dem Maximum und dem Minimum des Signalverlaufs innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls nach Beginn einer Ansteuerung, die die Druckänderung hervorruft,
- ein minimaler Wert einer zeitlichen Ableitung des Signalverlaufs innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls nach Beginn einer Ansteuerung, die die Druckänderung hervorruft,
- ein maximaler Wert einer zeitlichen Ableitung des Signalverlaufs innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls nach Beginn einer Ansteuerung, die die Druckänderung hervorruft, und
- ein charakteristischer Wert eines Abklingverhaltens des Signalverlaufs.

All diese 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. Da diese Parameter repräsentativ für die Dauer der Einspritzung sind, kann daraus sehr genau die Kraftstoffmenge ermittelt werden.
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 zeigt schematisch Ansteuer- und Druckverläufe mit verschiedenen Druckwerten, wie sie bei verschiedenen bevorzugten Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden können.
3 zeigt 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 Ansteuerdauer und einem Wert eines Parameters bei einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
5 zeigt schematisch einen Druckverlauf mit einem Druckwert, wie er bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden kann.

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 2 sind schematisch Ansteuer- und Druckverläufe mit verschiedenen charakteristischen Druckwerten, 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 eine Kraftstoffeinspritzrate R über der Zeit t aufgetragen, in einem unteren Diagramm ist ein zugehöriger Druckverlauf in Kraftstoff in dem Kraftstoffinjektor als Druck p über der Zeit t gezeigt.
Dabei sind im oberen Diagramm ein Ansteuerbeginn mit t_AB , ein Ansteuerende mit t_AE , ein Einspritzbeginn mit t_EB und ein Einspritzende mit t_EE bezeichnet. Entsprechend ergeben sich eine Ansteuerdauer Δt_A , des Kraftstoffinjektors und eine Öffnungsdauer Δt_O . Die Einspritzbeginnverzugsdauer Δt_EV ergibt sich aus der Differenz des Ansteuerbeginns t_AB und des Einspritzbeginns t_EB .
Es ist nun im unteren Diagramm ein Kraftstoffdruckverlauf V in dem Kraftstoffinjektor (insbesondere in der erwähnten Hochdruckbohrung) gezeigt, wie er sich bei der gezeigten Ansteuerung des Kraftstoffinjektors ergeben kann.
Der Druckverlauf V beginnt bei einem Start- bzw. Referenzwert p_Ref , erreicht dann zunächst ein Minimum mit Wert D₁ , danach ein Maximum mit Wert D₂ . Diese Werte (in Bezug zum Referenzwert) können dabei als charakteristische Druckwerte verwendet werden. Hierzu sei auf die noch folgenden Erläuterungen verwiesen. Mit D₃ ist weiterhin eine Differenz zwischen den Werten des Minimums und des Maximums bezeichnet.
Diese charakteristischen Druckwerte - oder zumindest einer, der verwendet wird - können beispielsweise im Rahmen von Testmessungen ermittelt werden, sodass sie später für den betreffenden Kraftstoffinjektor (und den zugehörigen Hochdruckspeicher) bekannt sind.
In 3 sind schematisch Ansteuer- und Signalverläufe mit verschiedenen 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 eine Kraftstoffeinspritzrate R über der Zeit t aufgetragen (wie in 2), in einem unteren Diagramm sind zugehörige Signalverläufe des Sensors als Spannung U über der Zeit t gezeigt.
Es 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. Weiterhin ist eine (zeitliche) Ableitung des Signalverlaufs S gezeigt und mit S' bezeichnet.
Der Signalverlauf S erreicht nun zunächst ein Minimum mit Wert M₁ , danach ein Maximum mit Wert M₂ . Diese Werte können dabei - ggf. unter Berücksichtigung eines etwaigen Offsets des Sensorsignals - als Parameter 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 minimaler Wert der Ableitung S' gezeigt, mit M₅ ein maximaler Wert der Ableitung S'.
Wie anhand eines Vergleichs zwischen den 2 und 3 zu erkennen ist, korrelieren der Druckverlauf V und der Signalverlauf S miteinander, insbesondere gibt es zu den charakteristischen Druckwerten entsprechende Parameter im Signalverlauf.
Indem nun zu einem bekannten Druckwert, beispielsweise D₁ (in Bezug zum Referenzwert p_Ref ) der Wert des zugehörigen Parameters im Signalverlauf, hier M1, ermittelt wird, lässt sich ein Kalibrierungsfaktor (bzw. Umrechnungsfaktor) sehr einfach als D₁ /M₁ erhalten, mittels welchem aus einem Wert des Signalverlaufs ein zugehörigen Druck des Kraftstoffs im Kraftstoffsensor ermittelt werden kann. Insgesamt lässt sich damit aus einem Signalverlauf besonders genau ein zugehöriger Druckverlauf ermitteln.
In 4 ist schematisch ein Zusammenhang zwischen Ansteuerdauer Δt_A und einem Wert eines Parameters, hier M₁ , bei einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. An diesem Verlauf ist zu sehen, dass sich ab einer bestimmten Ansteuerdauer der zugehörige Wert M₁ kaum mehr verändert bzw. stabil bleibt. Daher ist es bevorzugt, wenn bei der Ermittlung der oben genannten Werte eine entsprechend hohe Ansteuerdauer gewählt wird, da dann der zugehörige Druckwert sehr genau angegeben werden kann, ohne dass etwaige (große) Toleranzen zu berücksichtigen sind.
In 5 ist schematisch ein Druckverlauf mit einem Druckwert, wie er bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden kann, dargestellt. Hierzu ist ein Druck p über der Zeit t aufgetragen. Zudem ist ein zugehöriger Signalverlauf S gezeigt, wozu eine Spannung U über der Zeit aufgetragen ist.
Hier ist nun ein Druck im Hochdruckspeicher dargestellt. Der Druck kann hier zunächst bei einem bestimmten Wert, hier dem Referenzwert p_Ref , liegen (dieser kann dem Referenzwert in Bezug auf den Kraftstoffinjektor entsprechen, jedoch auch davon abweichen, beispielsweise aufgrund von Druckverlusten in den Zuleitungen). Nun kann ein Druckanstieg bzw. eine Druckänderung in dem Hochdruckspeicher um beispielhaft den Wert bzw. die Höhe Δp vorgegeben werden, der dann beispielsweise im Rahmen einer Regelung eingestellt werden kann.
Dieser Drucksprung im Hochdruckspeicher führt dann zu einem Drucksprung im Kraftstoff in dem Kraftstoffinjektor, der in dem zugehörigen Signalverlauf S - ähnlich zu demjenigen gemäß 3 - sichtbar wird. Hier ist auch das Abklingverhalten des Signalverlaufs zu sehen. Das Signal strebt wieder das Referenzpotential an, da die Ladung des Sensors über die Beschaltung abfließen kann. Der Wert des zugehörigen Parameters im Signalverlauf kann dann wiederum zur Ermittlung des Kalibrierungsfaktors - zusammen mit beispielsweise dem Wert Δp - verwendet werden. Dabei eignet sich bei einem positiven Drucksprung - wie in 5 gezeigt - besonders ein maximaler Wert der Ableitung des Signalverlaufs, bei einem negativen Drucksprung hingegen ein minimaler Wert der Ableitung des Signalverlaufs.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2944799 A1 [0005]
DE 102009027311 A1 [0007]

Claims

Verfahren zum Ermitteln eines Kalibrierungsfaktors für einen Sensor (50), der dafür vorgesehen ist, Kraftstoffdruckänderungen in einem Kraftstoffinjektor (10) zu erfassen, wobei in dem Kraftstoffinjektor (10) eine Druckänderung hervorgerufen und ein Signalverlauf (S) des Sensors (50) erfasst werden, wobei aus einem Verhältnis eines charakteristischen Druckwertes (D₁, D₂, D₃) der Druckänderung und einem Signalwert (M₁, M₂, M₃, M₄, M₅) eines dem charakteristischen Druckwert entsprechenden Parameters des Signalverlaufs (S) der Kalibrierungsfaktor ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Druckänderung durch eine Ansteuerung des Kraftstoffinjektors (10) zur Abgabe von Kraftstoff hervorgerufen wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei eine Ansteuerdauer (Δt_A) für die Ansteuerung des Kraftstoffinjektors (10) derart gewählt wird, dass eine Erhöhung der Ansteuerdauer (Δt_A) eine Veränderung des charakteristischen Druckwertes (D₁, D₂, D₃) um höchstens einen vorgegebenen Wert zur Folge hätte.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei als der charakteristische Druckwert wenigstens einer der folgenden Werte eines Kraftstoffdruckverlaufs in dem Kraftstoffinjektor (10) verwendet wird: - ein Wert eines Minimums (D₁) des Druckverlaufs in Bezug zu einem Referenzwertwert (p_Ref), - ein Wert eines Maximums (D₂) des Druckverlaufs in Bezug zu einem Referenzwertwert (p_Ref), - ein Wert einer Differenz (D₃) zwischen dem Minimum und dem Maximum des Druckverlaufs jeweils in Bezug zu dem Referenzwertwert (p_Ref), - ein minimaler Wert einer zeitlichen Ableitung des Druckverlaufs, und - ein maximaler Wert einer zeitlichen Ableitung des Druckverlaufs.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Druckänderung durch Vorgabe einer Druckänderung in einem Hochdruckspeicher (31), über den der Kraftstoffinjektor (10) mit Kraftstoff versorgt wird, hervorgerufen wird.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei als der charakteristische Druckwert wenigstens einer der folgenden Werte verwendet wird: - eine Höhe (Δp) der vorgegebenen Druckänderung in dem Hochdruckspeicher (31), - ein minimaler Wert einer zeitlichen Ableitung eines Druckverlaufs in dem Hochdruckspeicher (31), und - ein maximaler Wert einer zeitlichen Ableitung eines Druckverlaufs in dem Hochdruckspeicher (31).
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei als Signalwert des Parameters des Signalverlaufs einer der folgenden Werte verwendet wird: - ein Wert eines Minimums (M₁) des Signalverlaufs (S) innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls nach Beginn (t_AB) einer Ansteuerung, die die Druckänderung hervorruft, - ein Wert eines Maximums (M₂) des Signalverlaufs (S) innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls nach Beginn (t_AB) einer Ansteuerung, die die Druckänderung hervorruft, - ein Wert einer Differenz (M₃) zwischen dem Maximum und dem Minimum des Signalverlaufs (S) innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls nach Beginn (t_AB) einer Ansteuerung, die die Druckänderung hervorruft, - ein minimaler Wert (M₄) einer zeitlichen Ableitung (S') des Signalverlaufs (S) innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls nach Beginn (t_AB) einer Ansteuerung, die die Druckänderung hervorruft, und - ein maximaler Wert (M₅) einer zeitlichen Ableitung (S') des Signalverlaufs (S) innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls nach Beginn (t_AB) einer Ansteuerung, die die Druckänderung hervorruft, und - ein charakteristischer Wert eines Abklingverhaltens des Signalverlaufs (S).
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.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Kraftstoffinjektor (10) ein Servo-Ventil umfasst, das insbesondere durch einen Magnetaktor oder einen Piezoaktor betätigt ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei unter Verwendung des Kalibrierungsfaktors aus dem Sensorsignal ein Signal des Kraftstoffdruckverlaufs in dem Kraftstoffinjektor ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei unter Verwendung des Signals des Druckverlaufs eine Ansteuerdauer und/oder eine Öffnungsdauer des Kraftstoffinjektors und/oder eine von dem Kraftstoffinjektor abgegebene Kraftstoffmenge ermittelt und/oder geregelt werden.
Recheneinheit (80), die dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche durchzuführen.
Computerprogramm, das eine Recheneinheit (80) dazu veranlasst, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 durchzuführen, wenn es auf der Recheneinheit (80) ausgeführt wird.
Maschinenlesbares Speichermedium mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm nach Anspruch 13.