DE102019215482B4 - Method and device for inferring a change in the type of fluid flowing through an actuator - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Rückschließen auf eine Änderung der Art eines durch einen Injektor strömenden Kraftstoffes, wobei der Kraftstoff mittels des Injektors in einen Verbrennungsraum eines Verbrennungsmotors eingespritzt wird, und der Injektor zwischen einer den Kraftstoffstrom freigebenden Offenstellung und einer den Kraftstoffstrom blockierenden Schließstellung verstellbar ist, gekennzeichnet durch die Schritte:- Ermitteln der zum Erreichen der Schließstellung benötigten Schließzeit (tclose) des Injektors bei zumindest zwei unterschiedlichen Temperaturen (T1, T2) des Kraftstoffes,- Bestimmen einer Abweichung zwischen einer Steigung einer durch die ermittelten Schließzeiten verlaufenden Gerade (G1, G2) und einem Referenzwert für die Steigung,- Rückschließen auf eine relative Viskositätsänderung des Kraftstoffes, wenn die bestimmte Steigung von dem Referenzwert für die Steigung über einen vorbestimmten Schwellenwert hinaus abweicht- Rückschließen auf eine Änderung der Art des Kraftstoffes aufgrund der Viskositätsänderung durch Ermitteln eines absoluten Viskositätswerts aus den ermittelten Schließzeiten (tclose), aus der Steigung der Geraden (G1, G2), Ermitteln des stöchiometrischen Luftbedarfs (Lst) des Kraftstoffs, Ermitteln der Kraftstoffart und/oder der Kraftstoffbestandteile aus dem ermittelten absoluten Viskositätswert und dem ermittelten Luftbedarf (Lst).Method for inferring a change in the type of fuel flowing through an injector, the fuel being injected by means of the injector into a combustion chamber of an internal combustion engine, and the injector being adjustable between an open position releasing the fuel flow and a closed position blocking the fuel flow, characterized by the Steps: - Determining the closing time (tclose) of the injector required to reach the closed position at at least two different temperatures (T1, T2) of the fuel, - Determining a deviation between a slope of a straight line (G1, G2) running through the determined closing times and a reference value for the gradient,- conclusions on a relative change in viscosity of the fuel if the determined gradient deviates from the reference value for the gradient by more than a predetermined threshold value- conclusions on a change in the type of fuel aufg around the change in viscosity by determining an absolute viscosity value from the determined closing times (tclose), from the slope of the straight line (G1, G2), determining the stoichiometric air requirement (Lst) of the fuel, determining the fuel type and/or the fuel components from the determined absolute viscosity value and the determined air requirement (Lst).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Rückschließen auf eine Änderung der Art eines durch einen Aktor strömenden Fluids, wobei der Aktor zwischen einer den Fluidstrom freigebenden Offenstellung und einer den Fluidstrom blockierenden Schließstellung verstellbar ist. Das Fluid kann insbesondere ein Kraftstoff und der Aktor ein Injektor zum Einspritzen des Kraftstoffes in einen Verbrennungsraum eines Verbrennungsmotors sein. Das Verfahren bzw. die Vorrichtung können folglich dazu dienen, auf eine Änderung der Kraftstoffart rückzuschließen.The invention relates to a method and a device for inferring a change in the type of fluid flowing through an actuator, the actuator being adjustable between an open position releasing the fluid flow and a closed position blocking the fluid flow. The fluid can in particular be a fuel and the actuator can be an injector for injecting the fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine. The method and the device can consequently be used to draw conclusions about a change in the type of fuel.

Üblicherweise sind Verbrennungsmotoren sowie die dazugehörigen Systeme für die Verwendung einer großen am Markt verfügbaren Bandbreite an Kraftstoffen ausgebildet. Die Kraftstoffe unterscheiden sich innerhalb gewisser Grenzen in einer Vielzahl von Eigenschaften, wie insbesondere der Dichte, dem Luftbedarf, dem Heizwert sowie der Viskosität. Zur Steuerung des Verbrennungsvorgangs werden robuste Regelstrukturen eingesetzt, die trotz der Unterschiede in den Eigenschaften der Kraftstoffe ein gewünschtes Systemverhalten, wie insbesondere eine möglichst vollständige Verbrennung des Kraftstoffs, ermöglichen. Eine solche Regelstruktur ist beispielsweise der sogenannte Lambdaregler. Wie grundsätzlich bekannt, wird bei der Lambdaregelung im Abgas eines Verbrennungsmotors ein gewünschtes Verbrennungsluftverhältnis eingestellt. Lambda steht für das Verhältnis Luft zu Brennstoff im Vergleich zu einem verbrennungsstöchiometrischen Gemisch.Internal combustion engines and the associated systems are usually designed to use a wide range of fuels available on the market. The fuels differ within certain limits in a large number of properties, such as in particular the density, the air requirement, the calorific value and the viscosity. Robust control structures are used to control the combustion process, which, despite the differences in the properties of the fuels, enable a desired system behavior, such as the most complete possible combustion of the fuel. Such a control structure is, for example, the so-called lambda controller. As is generally known, a desired combustion air ratio is set in the exhaust gas of an internal combustion engine in the case of lambda control. Lambda represents the air to fuel ratio compared to a combustion stoichiometric mixture.

Zwar ermöglichen solche Regelstrukturen den Betrieb des Verbrennungsmotors auch mit sich ändernden Kraftstoffeigenschaften. Allerdings lassen sich hieraus keine Informationen über die Eigenschaften bzw. die Änderungen der Eigenschaften von Kraftstoff zu Kraftstoff ableiten. Die Kenntnis dieser Informationen ist insbesondere für eine prädiktive Diagnose der Komponenten des Verbrennungssystems förderlich. Für eine solche Diagnose können für die einzelnen Motorkomponenten Funktionen entwickelt werden, die eine Rückmeldung über den Verschleißgrad der jeweiligen Komponente geben, so dass vor dem Ausfall der Komponente rechtzeitig gewarnt werden kann. Die genannten Eigenschaften des Kraftstoffes haben einen Einfluss auf den Verschleiß und sollten daher als Eingabewerte für die Funktionen berücksichtigt werden. Hierfür ist letztlich das Wissen um den jeweils eingesetzten Kraftstoff wünschenswert.It is true that such control structures also allow the internal combustion engine to be operated with changing fuel properties. However, no information about the properties or the changes in properties from fuel to fuel can be derived from this. Knowledge of this information is particularly beneficial for predictive diagnosis of the components of the combustion system. For such a diagnosis, functions can be developed for the individual engine components that provide feedback on the degree of wear of the respective component, so that a warning can be given in good time before the component fails. The fuel properties mentioned have an effect on wear and should therefore be taken into account as input values for the functions. Ultimately, knowledge of the fuel used is desirable for this.

In der DE 10 2016 205 577 A1 ist ein Verfahren zum Bestimmen mindestens einer Eigenschaft eines Kraftstoffes beschrieben. Bei dem Verfahren wird eine Schließdauer eines Ankers eines Magnetventils, der sich durch einen Kraftstoff bewegt, bei einer Ansteuerdauer gemessen, wobei abhängig von der gemessenen Schließdauer ein Faktor ermittelt wird, der die mindestens Eigenschaft repräsentiert, wobei die Messung bei einer Ansteuerdauer durchgeführt wird, bei der sich der Anker des Magnetventils in einem Anschlagpunkt befindet.In the DE 10 2016 205 577 A1 describes a method for determining at least one property of a fuel. In the method, a closing duration of an armature of a solenoid valve, which moves through a fuel, is measured during a control duration, with a factor being determined depending on the measured closing duration, which factor represents the at least property, the measurement being carried out during a control duration the armature of the solenoid valve is in a stop point.

Die DE 10 2017 216 973 A1 zeigt ein Verfahren zum Bestimmen einer Kraftstoffsorte, bei dem ein zeitliches Verhalten eines Schaltventils erfasst und ausgewertet wird, in dem das zeitliche Verhalten einer der Kraftstoffsorten zugeordnet wird, wobei zusätzlich ein Zeitpunkt eines Öffnens des Schaltventils berücksichtigt wird und dieser Zeitpunkt bei der Zuordnung berücksichtigt wird.the DE 10 2017 216 973 A1 shows a method for determining a type of fuel, in which a behavior over time of a switching valve is detected and evaluated, in which the behavior over time is assigned to one of the types of fuel, a point in time at which the switching valve opens is also taken into account and this point in time is taken into account in the assignment.

Aus der DE 10 2016 211 336 A1 ist ein Verfahren zum Bestimmen mindestens einer Eigenschaft eines Kraftstoffs in einem Einspritzsystem bekannt, das über mindestens einen Injektor mit Piezoaktor verfügt, wobei ein Spannungsverlauf am Piezoaktor gemessen wird und anhand des Spannungsverlaufs die mindestens eine Eigenschaft bestimmt wird. Als Eigenschaft des Kraftstoffes wird dabei die Viskosität des Kraftstoffes bestimmt. Bei der Bestimmung wird zusätzlich mindestens ein Temperaturwert berücksichtigt.From the DE 10 2016 211 336 A1 discloses a method for determining at least one property of a fuel in an injection system that has at least one injector with a piezo actuator, wherein a voltage curve is measured at the piezo actuator and the at least one property is determined using the voltage curve. The viscosity of the fuel is determined as a property of the fuel. At least one temperature value is also taken into account in the determination.

In der DE 10 2013 100 687 A1 ist ein Kraftstoff-Einspritz-Controller beschrieben. Ein common rail ist mit einer Hochdruckpumpe zum Druckbeaufschlagen und Auslassen eines Kraftstoffs verbunden und mit einem Injektor zum Einspritzen des Kraftstoffs in das common rail in eine Maschine verbunden. Das common rail ist mit einem Überdruckventil ausgebildet. Eine Steuerungseinrichtung führt eine Kraftstoffeinspritzung durch den Injektor basierend auf einem Maschinenbetriebszustand durch und öffnet das Überdruckventil basierend auf einer Druckverringerungsanfrage mit Bezug auf das common rail. Das Überdruckventil wird geöffnet, um einen Rail-Druck zu verringern, nachdem die Maschine gestoppt wird. Ferner erfasst die Steuerungseinrichtung den Rail-Druck in einem Zustand, in welchem das Überdruckventil offen ist, und bestimmt eine Kraftstoffeigenschaft bzw. Kraftstoffeigenschaften basierend auf einem Verringerungsbetrag des Rail-Drucks.In the DE 10 2013 100 687 A1 a fuel injection controller is described. A common rail is connected to a high-pressure pump for pressurizing and discharging a fuel, and connected to an injector for injecting the fuel into the common rail into an engine. The common rail is designed with a pressure relief valve. A controller performs fuel injection by the injector based on an engine operating condition and opens the relief valve based on a pressure reduction request with respect to the common rail. The relief valve is opened to decrease rail pressure after the engine is stopped. Further, the controller detects the rail pressure in a state where the relief valve is open, and determines a fuel property based on a decrease amount of the rail pressure.

Die DE 10 2015 219 640 A1 offenbart ein Verfahren zum Bestimmen einer Eigenschaft eines Kraftstoffs, was in einem Injektor einer Einspritzanlage eines Verbrennungsmotors, welcher über ein Magnetventil verfügt, durchgeführt wird. Dabei wird an mindestens einer Stelle in dem Injektor der Druck des Krafstoffes in einem Zeitraum während einer Ansteuerung des Magnetventils gemessen und aus dem Verlauf des Drucks die mindestens eine Eigenschaft des Kraftstoffes hergeleitet.the DE 10 2015 219 640 A1 discloses a method for determining a property of a fuel, which is carried out in an injector of an injection system of an internal combustion engine, which has a solenoid valve. The pressure of the fuel is measured at at least one point in the injector over a period of time while the solenoid valve is being actuated, and the at least one property of the fuel is derived from the course of the pressure.

Es liegt daher der Erfindung die Aufgabe zugrunde, in möglichst einfacher und effizienter Weise die Art des durch den Aktor strömenden Fluids bestimmen zu können.The invention is therefore based on the object of being able to determine the type of fluid flowing through the actuator in the simplest and most efficient manner possible.

Die Erfindung löst die Aufgabe durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 5. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche, der Beschreibung sowie der Figuren.The invention solves the problem by a method according to claim 1 and by a device according to claim 5. Advantageous configurations are the subject matter of the dependent claims, the description and the figures.

Das erfindungsgemäße Verfahren sieht die folgenden Schritte vor:

  • - Ermitteln der zum Erreichen der Schließstellung benötigten Schließzeit des Injektors bei zumindest zwei unterschiedlichen Temperaturen des Kraftstoffes,
  • - Bestimmen einer Abweichung zwischen einer Steigung einer durch die ermittelten Schließzeiten verlaufenden Gerade und einem Referenzwert für die Steigung,
  • - Rückschließen auf eine relative Viskositätsänderung des Kraftstoffes, wenn die bestimmte Steigung von dem Referenzwert für die Steigung über einen vorbestimmten Schwellenwert hinaus abweicht,
  • - Rückschließen auf eine Änderung der Art des Kraftstoffes aufgrund der Viskositätsänderung durch Ermitteln eines absoluten Viskositätswerts aus den ermittelten Schließzeiten, aus der Steigung der Geraden, Ermitteln des stöchiometrischen Luftbedarfs des Kraftstoffs, Ermitteln der Kraftstoffart und/oder der Kraftstoffbestandteile aus dem ermittelten absoluten Viskositätswert und dem ermittelten Luftbedarf .
The method according to the invention provides the following steps:
  • - Determining the closing time of the injector required to reach the closed position at at least two different temperatures of the fuel,
  • - determining a deviation between a slope of a straight line running through the determined closing times and a reference value for the slope,
  • - conclusions about a relative change in viscosity of the fuel if the slope determined deviates from the reference value for the slope by more than a predetermined threshold value,
  • - Conclusions about a change in the type of fuel due to the change in viscosity by determining an absolute viscosity value from the determined closing times, from the slope of the straight line, determining the stoichiometric air requirement of the fuel, determining the fuel type and/or the fuel components from the determined absolute viscosity value and the determined air requirement.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird letztlich aus einer Änderung der Schließzeit des Aktors auf eine Änderung der Viskosität des durch den Aktor strömenden Fluids geschlossen. Wird auf Grundlage der geänderten Schließzeit eine Änderung in der Viskosität festgestellt, so wird daraus gefolgert, dass sich die Art des Fluids geändert hat. Da die Schließzeit des Aktors auch von dem Druck des Fluids abhängt, wird dieser bevorzugt während des Verfahrens/der Messung konstant gehalten. Die Referenzwerte können im Rahmen von vorherigen Messungen der Schließzeit ermittelt werden. Die Schließzeit des Aktors meint die Zeit, die benötigt wird, um den Aktor von der Offenstellung in die Schließstellung zu verstellen. Insbesondere die Zeit, die benötigt wird, um den Aktor von einer vollständigen Offenstellung in die Schließstellung zu verstellen. Das Fluid ist insbesondere ein Kraftstoff und der Aktor ein Injektor zum Einspritzen des Kraftstoffes in einem Verbrennungsraum eines Verbrennungsmotors, wie bereits erwähnt. Der Injektor meint eine Einspritzdüse. Es handelt sich also insbesondere um ein Verfahren zum Rückschließen auf eine Änderung der Kraftstoffart eines durch den Injektor fließenden Kraftstoffes.With the method according to the invention, a change in the viscosity of the fluid flowing through the actuator is ultimately concluded from a change in the closing time of the actuator. If a change in viscosity is detected based on the changed closing time, it is concluded that the nature of the fluid has changed. Since the closing time of the actuator also depends on the pressure of the fluid, this is preferably kept constant during the method/measurement. The reference values can be determined as part of previous measurements of the closing time. The closing time of the actuator means the time required to move the actuator from the open position to the closed position. In particular, the time required to move the actuator from a fully open position to a fully closed position. The fluid is in particular a fuel and the actuator is an injector for injecting the fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine, as already mentioned. The injector means an injection nozzle. It is therefore in particular a method for inferring a change in the fuel type of a fuel flowing through the injector.

Erfindungsgemäß wird zunächst bei zumindest zwei unterschiedlichen Temperaturen eine Schließzeitmessung vorgenommen. Dies ist insbesondere sinnvoll, da die Schließzeit des Aktors auch von der Temperatur des Fluids abhängig ist. Insbesondere kann die Schließzeit bei den zu mindestens zwei unterschiedlichen Temperaturen des Fluids jeweils mehrfach ermittelt und ein Mittelwert aus den gemessenen Schließzeiten bestimmt werden. Die Schließzeit kann dann über der Temperatur aufgetragen werden. So wird anschließend eine Gerade durch die ermittelten Schließzeiten bzw. deren Mittelwerte gelegt. Verändert sich die Steigung über einen gewissen Schwellenwert hinaus, so kann daraus in einem weiteren Schritt abgeleitet werden, dass sich die Viskosität des Fluids geändert hat. Dies ist mit Rückschließen gemeint. Eine solche Änderung der Viskosität des Fluids wird als Änderung der Art des Fluids interpretiert, es erfolgt also ein Rückschluss auf die Art des Fluids.According to the invention, a closing time measurement is first carried out at at least two different temperatures. This is particularly useful since the closing time of the actuator also depends on the temperature of the fluid. In particular, the closing time can be determined several times at the at least two different temperatures of the fluid and a mean value can be determined from the measured closing times. The closing time can then be plotted against the temperature. A straight line is then laid through the determined closing times or their mean values. If the gradient changes beyond a certain threshold value, then in a further step it can be deduced that the viscosity of the fluid has changed. This is what is meant by inference. Such a change in the viscosity of the fluid is interpreted as a change in the type of fluid, so the type of fluid is inferred.

Dank des erfindungsgemäßen Verfahrens kann somit aus einer ermittelten Schließzeit des Aktors auf eine Eigenschaft des Fluids, nämlich die Viskosität, geschlossen und aus dieser wiederum auf eine Änderung der Fluidart geschlossen werden. So weisen Fluide unterschiedlicher Viskosität unterschiedliche Schließzeiten sowie eine unterschiedliche Änderung der Schließzeiten mit der Temperatur auf. Es wird sich also die Steigung für unterschiedlich viskose Fluide unterscheiden. Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich bei Verbrennungsmotoren insbesondere ohne eine hardwareseitige Änderung des Kraftstoffsystems anwenden, sofern das Kraftstoffsystem über die Möglichkeit einer sofwareseitigen Schließzeitmessung verfügt. Damit lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren einfach für Kraftfahrzeuge mit Verbrennungsmotor nachrüsten.Thanks to the method according to the invention, a property of the fluid, namely the viscosity, can be inferred from a determined closing time of the actuator and, in turn, a change in the type of fluid can be inferred from this. For example, fluids of different viscosity have different closing times and a different change in closing times with temperature. The slope will therefore differ for fluids with different viscosities. The method according to the invention can be used in internal combustion engines, in particular without a hardware change in the fuel system, provided that the fuel system has the option of software-based closing time measurement. The method according to the invention can thus be easily retrofitted for motor vehicles with internal combustion engines.

Sollte beispielsweise das erfindungsgemäße Verfahren ergeben, dass die ermittelten Schließzeiten - über den definierten Schwellenwert hinaus - unterhalb zuvor ermittelter Schließzeiten als Referenzwerte liegen und/oder die ermittelte Steigung der Geraden - über den definierten Schwellenwert hinaus - kleiner ist als die Steigung einer zuvor ermittelten Geraden als Referenzwert, so kann daraus geschlossen werden, dass das nun durch den Aktor strömende Fluid eine geringere Viskosität aufweist, als das zuvor durch den Aktor geströmte Fluid. Hieraus kann gefolgert werden, dass sich die Art des Fluids, also insbesondere die Kraftstoffart, geändert hat und zwar hin zu einem Kraftstoff mit geringerer Viskosität. Dies kann beispielsweise an der Verringerung des Ethanolanteils im Kraftstoff liegen. Ist der zuvor verwendete Kraftstoff bekannt, kann auf den nun verwendeten Kraftstoff geschlossen werden. Die somit ermittelte Kraftstoffart kann Eingang finden in eine den Verschleißgrad der Motorkomponenten beschreibenden Funktion.If, for example, the method according to the invention should show that the closing times determined - beyond the defined threshold value - are below previously determined closing times as reference values and/or the determined slope of the straight line - beyond the defined threshold value - is smaller than the slope of a previously determined straight line as Reference value, it can be concluded that the fluid now flowing through the actuator has a lower viscosity than the fluid that previously flowed through the actuator. From this it can be concluded that the type of fluid, that is to say in particular the type of fuel, has changed, specifically towards a fuel with a lower viscosity. This can be due, for example, to the reduction in the ethanol content of the fuel. If the previously used fuel is known, the now used fuel are closed. The type of fuel determined in this way can be used in a function that describes the degree of wear of the engine components.

Es können auch mehr als zwei Schließzeiten bei zwei unterschiedlichen Temperaturen bestimmt werden. Insbesondere kann der Wert der Schließzeit vom Motorstart bis zum aufgeheizten Zustand des Motors aufgezeichnet werden. Aufgrund von Bauteiltoleranzen sowie Verschleiß der Komponenten können aus den ermittelten Schließzeitwerten, insbesondere aus der abgeleiteten Steigung, nur bedingt absolute Werte für die Viskosität ermittelt werden. Dies ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren jedoch auch nicht notwendig, da hier Fluide, insbesondere getankte Kraftstoffe, untereinander verglichen werden, wie erläutert.It is also possible to determine more than two closing times at two different temperatures. In particular, the value of the dwell time can be recorded from the engine start to the heated state of the engine. Due to component tolerances and wear and tear of the components, absolute values for the viscosity can only be determined to a limited extent from the determined closing time values, in particular from the derived slope. However, this is also not necessary in the method according to the invention, since fluids, in particular fuels in tanks, are compared with one another here, as explained.

Es ist vorgesehen, einen absoluten Viskositätswert aus den ermittelten Schließzeiten zu ermitteln. Dies kann insbesondere auf Grundlage der bestimmten Steigung der Geraden geschehen. Wie erläutert, ist ein solcher Viskositätswert zwar nur bedingt aussagekräftig, lässt also nur bedingt Rückschlüsse auf die tatsächliche verwendete Art des Fluids, also insbesondere die Kraftstoffart zu. Zur genaueren Klassifikation des Fluids kann jedoch nach dieser Ausgestaltung der stöchiometrische Luftbedarf des Kraftstoffs hinzugezogen werden. So ist nach dieser Ausgestaltung das folgende Verfahren vorgesehen: Ermitteln eines absoluten Viskositätswerts aus den ermittelten Schließzeiten, Ermitteln des stöchiometrischen Luftbedarfs des Kraftstoffs, Ermitteln der Kraftstoffart und/oder der Kraftstoffbestandteile aus dem ermittelten absoluten Viskositätswert und dem ermittelten Luftbedarf. Der stöchiometrische Luftbedarf bezeichnet in bekannter Weise genau die Luftmenge, die für eine vollständige Verbrennung des Kraftstoffs von Nöten ist. Ein Rückschluss auf die Art des verwendeten Fluids, also insbesondere des Kraftstoffs, allein aus dem Viskositätswert, wäre zwar möglicherweise nicht aussagekräftig, wie erwähnt. Unter zusätzlicher Berücksichtigung des Luftbedarfs des jeweiligen Fluids kann jedoch eine zuverlässige Aussage über die Art des Kraftstoffs getroffen werden. Somit kann die Kraftstoffart nach dieser Ausgestaltung auch absolut bestimmt werden. Hierzu können in einer Steuereinheit Tabellen hinterlegt sein, die unterschiedlichen Werten für die Viskosität und den Luftbedarf eine Kraftstoffart zuordnen.It is intended to determine an absolute viscosity value from the determined closing times. In particular, this can be done on the basis of the determined slope of the straight line. As explained, such a viscosity value is only meaningful to a limited extent, so it only allows limited conclusions to be drawn about the type of fluid actually used, ie in particular the type of fuel. According to this embodiment, however, the stoichiometric air requirement of the fuel can be used for a more precise classification of the fluid. According to this embodiment, the following method is provided: determining an absolute viscosity value from the determined closing times, determining the stoichiometric air requirement of the fuel, determining the fuel type and/or the fuel components from the determined absolute viscosity value and the determined air requirement. In a known manner, the stoichiometric air requirement describes exactly the amount of air that is required for complete combustion of the fuel. A conclusion about the type of fluid used, ie in particular the fuel, from the viscosity value alone might not be meaningful, as mentioned. However, if the air requirement of the respective fluid is also taken into account, a reliable statement can be made about the type of fuel. The type of fuel can thus also be determined in absolute terms according to this embodiment. For this purpose, tables can be stored in a control unit, which assign a fuel type to different values for the viscosity and the air requirement.

Nach einer diesbezüglichen Ausgestaltung wird der stöchiometrische Luftbedarf gemäß der folgenden Beziehung ermittelt: L s t = m l , s t m f = 1 λ m l m f

Figure DE102019215482B4_0001
According to an embodiment in this regard, the stoichiometric air requirement is determined according to the following relationship: L s t = m l , s t m f = 1 λ m l m f
Figure DE102019215482B4_0001

Wobei Lst der stöchiometrische Luftbedarf, ml,st die stöchiometrische Luftmasse, mf die Kraftstoffmasse, ml die Luftmasse, und λ das Verhältnis Luft zu Brennstoff im Vergleich zum verbrennungsstöchiometrischen Gemisch ist. Die Luftmasse ml, die Fluidmasse mf sowie der Lambdawert können in an sich bekannter Weise bestimmt werden. Beispielsweise kann die Luftmasse ml über einen Luftmassensensor und/oder ein Luftmassenmodell und der Lambdawert aus dem Lambdasondensignal berechnet werden.Where L st is the stoichiometric air requirement, m l,st is the stoichiometric air mass, m f is the fuel mass, m l is the air mass, and λ is the air to fuel ratio compared to the combustion stoichiometric mixture. The air mass m l, the fluid mass m f and the lambda value can be determined in manner known per se. For example, the air mass m l of an air mass sensor and / or an air-mass model and the lambda value can be calculated from the lambda probe signal.

Nach einer Ausgestaltung wird abhängig von der ermittelten Kraftstoffart und/oder der Kraftstoffbestandteile der Verschleißgrad einer oder mehrerer Motorkomponenten ermittelt. Wie eingangs erläutert, können zur prädiktiven Diagnose Funktionen entwickelt werden, die eine Rückmeldung über den Verschleißgrad der jeweiligen Komponenten liefern. Dank der nun bekannten Kraftstoffart bzw. der Bestandteile als Eingangsparameter für diese Funktionen kann der Verschleißgrad ermittelt werden.According to one embodiment, the degree of wear of one or more engine components is determined as a function of the determined type of fuel and/or the fuel components. As explained at the beginning, functions can be developed for predictive diagnosis that provide feedback on the degree of wear of the respective components. Thanks to the now known type of fuel or the components as input parameters for these functions, the degree of wear can be determined.

Nach einer Ausgestaltung wird die Schließzeit des Aktors aus der am Aktor anliegenden Steuerspannung, der Temperatur des Fluids sowie dem Druck des Fluids ermittelt. So kann insbesondere bei bekanntem Druck und bekannter Temperatur des Fluids die Steuerspannung über einen Schließvorgang hinweg ermittelt werden. Die Schließzeit kann bestimmt werden als Zeitdifferenz zwischen dem Beginn der Bestromung und dem Ende der Bestromung des Aktors, wobei die Bestromung die Ansteuerung des Aktors zum Verstellen in die Schließstellung bezeichnet. Insbesondere kann ein charakteristischer Wendepunkt im Spannungsverlauf das Ende der Bestromung kennzeichnen.According to one embodiment, the closing time of the actuator is determined from the control voltage applied to the actuator, the temperature of the fluid and the pressure of the fluid. In particular, when the pressure and temperature of the fluid are known, the control voltage can be determined over a closing process. The closing time can be determined as the time difference between the start of the energization and the end of the energization of the actuator, the energization designating the actuation of the actuator for adjustment into the closed position. In particular, a characteristic turning point in the voltage curve can mark the end of the current flow.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Rückschließen auf eine Änderung der Art eines durch einen Aktor strömenden Fluids umfasst eine Steuereinheit, die dazu ausgebildet ist, das oben erläuterte Verfahren auszuführen. Zu dem Verfahren gemachte Erläuterungen gelten entsprechend für die Vorrichtung.The device according to the invention for inferring a change in the type of fluid flowing through an actuator comprises a control unit which is designed to carry out the method explained above. Explanations made about the method apply accordingly to the device.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Figuren erläutert. Es zeigen:

  • 1 ein normiertes Messsignal für die Injektorspannung sowie die Massenflussrate des Kraftstoffs durch den Injektor über der Zeit,
  • 2 Temperatur-Druck-Diagramme für die Schließzeit des Injektors für zwei Kraftstoffe unterschiedlicher Viskosität,
  • 3 das Verhalten der Schließzeit über der Temperatur für zwei Kraftstoffe unterschiedlicher Viskosität, und
  • 4 ein Diagramm des Luftbedarfs aufgetragen über der Viskosität.
The invention is explained below with reference to figures. Show it:
  • 1 a normalized measurement signal for the injector voltage and the mass flow rate of the fuel through the injector over time,
  • 2 Temperature-pressure diagrams for the closing time of the injector for two fuels with different viscosities,
  • 3 the behavior of the closing time versus temperature for two fuels of different viscosity, and
  • 4 a diagram of the air requirement plotted against the viscosity.

Die Erfindung wird im Folgenden für einen als Injektor ausgebildeten Aktor und einen Kraftstoff als Fluid erläutert. Der Injektor dient dem Einspritzen des Kraftstoffes in einen Verbrennungsraum eines Motors.The invention is explained below for an actuator designed as an injector and a fuel as a fluid. The injector is used to inject fuel into a combustion chamber of an engine.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zunächst die Schließzeit des Injektors ermittelt. Die Schließzeit tclose des Injektors kann dabei über eine Messung der Injektorspannung UInj durch eine Steuereinheit, insbesondere das Motorsteuergerät, bestimmt werden. 1 zeigt als gestrichelte Linie den normierten Verlauf der Injektorspannung UInj über die Zeit. Zudem ist in 1 der Massenstrom („Mass flow rate“) des Kraftstoffs durch den Injektor ebenfalls normiert zeitlich als durchgezogene Linie aufgetragen. Zwischen 0 und ca. 0,6 ms liegt der Massenstrom zunächst beim Wert 0, der Injektor befindet sich also in der Schließstellung. Bei ca. 0,6 ms wird der Injektor von der Schließstellung in die Offenstellung verstellt und somit der Kraftstoffstrom durch den Injektor freigegeben. Wie ersichtlich, steigt der Massenstrom auf den Wert 1. Bei ca. 1,5 ms wird der Injektor geschlossen, so dass der Massenstrom wieder auf den Wert null abfällt. Die Schließzeit tclose wird bestimmt als die Zeitdifferenz zwischen dem Beginn der Bestromung des Injektors zwecks Verstellung in die Schließstellung, zu sehen bei gut 1 ms, und dem Ende der Bestromung des Injektors bei gut 1,5 ms. In diesem Fall beträgt die Schließzeit also ca. tclose = 0,5 ms. Das Ende der Bestromung ist durch einen charakteristischen Wendepunkt im Spannungsverlauf der Injektorspannung gekennzeichnet.According to the method according to the invention, the closing time of the injector is first determined. The closing time t close of the injector can be determined by a control unit, in particular the engine control unit, by measuring the injector voltage U Inj . 1 shows the normalized profile of the injector voltage U Inj over time as a dashed line. In addition, 1 the mass flow rate of the fuel through the injector is also normalized over time and plotted as a solid line. The mass flow is initially at a value of 0 between 0 and approx. 0.6 ms, ie the injector is in the closed position. At approx. 0.6 ms, the injector is moved from the closed position to the open position, thus releasing the flow of fuel through the injector. As can be seen, the mass flow increases to the value 1. At approx. 1.5 ms the injector is closed so that the mass flow falls back to the value zero. The closing time t close is determined as the time difference between the start of energizing the injector for the purpose of moving it to the closed position, seen at a good 1 ms, and the end of energizing the injector at a good 1.5 ms. In this case, the closing time is approx. t close = 0.5 ms. The end of the energization is marked by a characteristic turning point in the voltage profile of the injector voltage.

Messungen der Schließzeit zeigen eine Abhängigkeit von Druck, Temperatur sowie Viskosität des durch den Injektor fließenden Kraftstoffes. Zudem beeinflussen auch Produktionsunterschiede, wie Bauteiltoleranzen, sowie Verschleiß der Bauteile des Injektors sowie weiterer am System teilnehmender Komponenten die Schließzeit. Daher wird die Schließzeit bei konstant gehaltenem Kraftstoffdruck bei mehreren unterschiedlichen Temperaturen des Kraftstoffs ermittelt. Insbesondere wird der Wert der Schließzeit vom Motorstart bis zum aufgeheizten Zustand des Motors aufgezeichnet. Die Temperatur des Kraftstoffs kann grundsätzlich über Sensoren bestimmt werden. Auch kann auf die Kraftstofftemperatur geschlossen werden. So kann beispielsweise nach längerem Stillstand des Fahrzeugs davon ausgegangen werden, dass beim Motorstart die Kraftstofftemperatur der Umgebungstemperatur, für die üblicherweise ein Sensorwert vorhanden ist, entspricht. Bei warmem Motor entspricht die Kraftstofftemperatur im Injektor üblicherweise ungefähr der ebenfalls messbaren Kühlwassertemperatur. Somit kann eine für den Injektor und den jeweiligen Kraftstoff charakteristische Änderung der Schließzeit über der Temperatur ermittelt werden.Measurements of the closing time show a dependency on the pressure, temperature and viscosity of the fuel flowing through the injector. In addition, production differences such as component tolerances and wear and tear of the injector components and other components participating in the system also influence the closing time. Therefore, the closing time is determined at constant fuel pressure at several different temperatures of the fuel. In particular, the value of the dwell time is recorded from the engine start to the heated state of the engine. In principle, the temperature of the fuel can be determined using sensors. The fuel temperature can also be inferred. For example, after the vehicle has been stationary for a long time, it can be assumed that when the engine is started the fuel temperature corresponds to the ambient temperature for which a sensor value is usually available. When the engine is warm, the fuel temperature in the injector usually corresponds approximately to the cooling water temperature that can also be measured. A change in the closing time over the temperature that is characteristic of the injector and the respective fuel can thus be determined.

2 stellt das Verhalten der Schließzeit des Injektors in Abhängigkeit von Temperatur T und Druck p für zwei Kraftstoffe unterschiedlicher Viskosität dar. In 2 links sind Schließzeitkurven für einen Kraftstoff mit geringerer Viskosität und in 2 rechts Schließzeitkurven für einen Kraftstoff mit hoher Viskosität dargestellt. Aufgrund von Produktionsunterschieden, insbesondere aufgrund von Part-to-Part-Streuungen, sowie aufgrund von Verschleiß ergeben sich gegebenenfalls für jeden Injektor unterschiedliche absolute Werte für die Viskosität auch bei der Verwendung desselben Kraftstoffs. Zuverlässig können daher mit dem erfindungsgemäßen Verfahren nur getankte Kraftstoffe untereinander verglichen werden. Die aus dem Wechsel von niedrigviskosem Kraftstoff zu hochviskosem Kraftstoff resultierende Schließzeitverlängerung lässt sich jedoch ohne Schwierigkeiten detektieren. Wird nun, wie erläutert, der Kraftstoffdruck konstant gehalten und die Schließzeit bei mehreren Temperaturen ermittelt, ergibt sich das in 3 dargestellte charakteristische Verhalten der Schließzeiten über der Temperatur. 2 shows the behavior of the closing time of the injector as a function of temperature T and pressure p for two fuels with different viscosities. In 2 left are dwell curves for a lower viscosity fuel and in 2 Dwell time curves for a fuel with high viscosity are shown on the right. Due to production differences, in particular due to part-to-part scattering, and due to wear, there may be different absolute values for the viscosity for each injector, even when using the same fuel. Only fuels that have been tanked can therefore be reliably compared with one another using the method according to the invention. However, the increase in closing time resulting from the change from low-viscosity fuel to high-viscosity fuel can be detected without difficulty. If, as explained, the fuel pressure is kept constant and the closing time is determined at several temperatures, the result is in 3 shown characteristic behavior of the closing times over the temperature.

In 3 ist ersichtlich, dass bei der Temperatur T1 von 0 °C sowie bei einer Temperatur T2 von knapp über 50 °C jeweils Schließzeiten des Injektors ermittelt wurden. Insbesondere kann die Schließzeit bei beiden Temperaturen jeweils mehrfach ermittelt und aus diesen einzelnen Messwerten ein Mittelwert für die Schließzeit bestimmt werden. Bei einem ersten Messvorgang wurde bei der Temperatur von 0 °C eine Schließzeit von ca. 0,47 Sekunden und bei der Temperatur von über 50°C eine Schließzeit von ca. 0,42 ms ermittelt. Durch diese Absolutwerte der Schließzeit wurde eine in 3 gestrichelt dargestellte Gerade G1 gelegt und deren Steigung bestimmt. Bei einem nachfolgenden Messvorgang wurde bei der Temperatur von 0 °C eine Schließzeit von ca. 0,42 ms und bei der Temperatur von knapp über 50° eine Schließzeit von ca. 0,4 ms ermittelt. Durch diese ermittelten Schließzeiten wurde eine mit durchgezogener Linie dargestellte Gerade G2 gelegt und deren Steigung bestimmt.In 3 it can be seen that closing times of the injector were determined at a temperature T 1 of 0 °C and at a temperature T 2 of just over 50 °C. In particular, the closing time can be determined several times at both temperatures and an average value for the closing time can be determined from these individual measured values. In a first measurement process, a closing time of approx. 0.47 seconds was determined at a temperature of 0 °C and a closing time of approx. 0.42 ms at a temperature of over 50 °C. Through these absolute values of the closing time, an in 3 straight line G 1 shown in dashed lines and determines its slope. In a subsequent measurement process, a closing time of approx. 0.42 ms was determined at a temperature of 0 °C and a closing time of approx. 0.4 ms at a temperature of just over 50°C. A straight line G 2 , represented by a solid line, was placed through these determined closing times and its gradient was determined.

Es ist ersichtlich, dass die Absolutwerte der ermittelten Schließzeit für die untere Gerade niedriger liegen als für die obere Gerade. Zudem weist die untere Gerade eine andere Steigung auf als die obere Gerade. Die ermittelten Schließzeiten für die obere Gerade oder auch andere auf der Gerade liegende Absolutwerte, insbesondere der Y-Achsenabschnitt der oberen Gerade, sowie die Steigung der oberen Gerade dienen für das erfindungsgemäße Verfahren als Referenzwert. Es erfolgt also erfindungsgemäß ein Abgleich dieser Referenzwerte mit zumindest einem Absolutwert und der Steigung der unteren Gerade, wobei auch hier der Absolutwert ein bei entsprechender Temperatur auf der Gerade liegender Punkt, insbesondere die tatsächlich ermittelten Schließzeiten oder auch der Y-Achsen-Abschnitt der unteren Gerade sein kann. Verändert sich die Steigung und der Absolutwert, also beispielsweise der Y-Achsenabschnitt, der unteren Geraden über einen gewissen Schwellenwert hinaus, wird daraus abgeleitet, dass sich die Viskosität des Kraftstoffes geändert hat. So kann festgestellt werden, dass bei dem ersten Messvorgang ein höherviskoser Kraftstoff durch den Injektor strömte als bei dem zweiten Messvorgang. Dies wird daraus geschlossen, dass bekannterweise die Schließzeit des Injektors mit abnehmender Viskosität des Kraftstoffes zunimmt sowie dass sich auch das Temperaturverhalten der Schließzeit mit unterschiedlicher Viskosität des Kraftstoffs ändert, also die Steigung verändert. Ist beispielsweise bekannt, dass beim ersten Messvorgang ein Benzin-Ethanol-Gemisch als Kraftstoff verwendet wurde, kann aufgrund des erfindungsgemäßen Verfahrens darauf geschlossen werden, dass nun ein Kraftstoff mit geringerer Viskosität, wie beispielsweise Benzin mit einem geringeren Ethanolanteil, verwendet wird.It can be seen that the absolute values of the determined closing time for the lower straight line are lower than for the upper straight line. In addition, the lower straight line has a different slope than the upper straight line. The closing times determined for the upper straight line or other absolute values lying on the straight line, in particular the Y-axis section of the upper straight line, and the gradient of the upper straight line serve as a reference value for the method according to the invention. According to the invention, these reference values are also compared at least one absolute value and the gradient of the lower straight line, whereby the absolute value can also be a point lying on the straight line at a corresponding temperature, in particular the actually determined closing times or also the Y-axis section of the lower straight line. If the gradient and the absolute value, ie for example the Y-axis intercept, of the lower straight line change beyond a certain threshold value, it is derived from this that the viscosity of the fuel has changed. It can thus be determined that a higher viscosity fuel flowed through the injector during the first measuring process than during the second measuring process. This is concluded from the fact that, as is known, the closing time of the injector increases as the viscosity of the fuel decreases and that the temperature behavior of the closing time also changes with different viscosity of the fuel, ie the slope changes. If, for example, it is known that a gasoline-ethanol mixture was used as fuel during the first measurement process, the method according to the invention can be used to conclude that a fuel with a lower viscosity, such as gasoline with a lower ethanol content, is now being used.

Dank des erfindungsgemäßen Verfahrens kann der durch den Injektor strömende Kraftstoff zumindest relativ bestimmt werden. Der so bestimmte Kraftstoff kann Eingang finden in die Ermittlung des Verschleißes des Injektors oder anderer Bauteile des Verbrennungssystems.Thanks to the method according to the invention, the fuel flowing through the injector can be determined at least relatively. The fuel determined in this way can be used to determine the wear on the injector or other components of the combustion system.

Nach einer Fortbildung des Verfahrens kann auch eine absolute Bestimmung der Kraftstoffart erfolgen, ohne Wissen über die zuvor durch den Injektor geströmte Kraftstoffart zu haben. Hierbei wird zunächst ein Absolutwert der Viskosität ermittelt, wohl wissend, dass dieser aufgrund der erläuterten Produktionsunterschiede und des Verschleißes der Komponenten nur eine bedingte Aussagekraft hat. Es wird jedoch zur genaueren Klassifikation der stöchiometrische Luftbedarf des Kraftstoffs hinzugezogen. Der stöchiometrische Luftbedarf gibt, wie bekannt, an, wie viel Luftmasse pro Kraftstoffmasse für eine stöchiometrische Verbrennung benötigt wird. Anhand von in der Steuereinheit hinterlegter Tabellen kann aus dem ermittelten Viskositätswert sowie dem ermittelten Luftbedarf die Kraftstoffart bzw. die Kraftstoffbestandteile ermittelt werden, wie in 4 dargestellt. Dort ist der Luftbedarf Lst über der Viskosität µ aufgetragen. Beispielsweise bei einer Temperatur von 80 °C sowie einem Druck von 300 bar für den Kraftstoff, lassen sich die Kraftstoffbestandteile Superplus, Ethanol und Methanol in der dargestellten Weise trennen. Es kann somit also insbesondere auch eine absolute Bestimmung der Kraftstoffart erfolgen.According to a further development of the method, the type of fuel can also be determined in absolute terms without having knowledge of the type of fuel that previously flowed through the injector. First of all, an absolute value of the viscosity is determined, knowing full well that this is only of limited significance due to the production differences explained and the wear of the components. However, the stoichiometric air requirement of the fuel is used for more precise classification. As is known, the stoichiometric air requirement indicates how much air mass per fuel mass is required for stoichiometric combustion. Based on tables stored in the control unit, the fuel type or fuel components can be determined from the determined viscosity value and the determined air requirement, as in 4 shown. There, the air requirement L st is plotted against the viscosity μ. For example, at a temperature of 80 °C and a pressure of 300 bar for the fuel, the fuel components Superplus, ethanol and methanol can be separated in the manner shown. An absolute determination of the type of fuel can therefore also be carried out in particular.

Claims (5)

Verfahren zum Rückschließen auf eine Änderung der Art eines durch einen Injektor strömenden Kraftstoffes, wobei der Kraftstoff mittels des Injektors in einen Verbrennungsraum eines Verbrennungsmotors eingespritzt wird, und der Injektor zwischen einer den Kraftstoffstrom freigebenden Offenstellung und einer den Kraftstoffstrom blockierenden Schließstellung verstellbar ist, gekennzeichnet durch die Schritte: - Ermitteln der zum Erreichen der Schließstellung benötigten Schließzeit (tclose) des Injektors bei zumindest zwei unterschiedlichen Temperaturen (T1, T2) des Kraftstoffes, - Bestimmen einer Abweichung zwischen einer Steigung einer durch die ermittelten Schließzeiten verlaufenden Gerade (G1, G2) und einem Referenzwert für die Steigung, - Rückschließen auf eine relative Viskositätsänderung des Kraftstoffes, wenn die bestimmte Steigung von dem Referenzwert für die Steigung über einen vorbestimmten Schwellenwert hinaus abweicht - Rückschließen auf eine Änderung der Art des Kraftstoffes aufgrund der Viskositätsänderung durch Ermitteln eines absoluten Viskositätswerts aus den ermittelten Schließzeiten (tclose), aus der Steigung der Geraden (G1, G2), Ermitteln des stöchiometrischen Luftbedarfs (Lst) des Kraftstoffs, Ermitteln der Kraftstoffart und/oder der Kraftstoffbestandteile aus dem ermittelten absoluten Viskositätswert und dem ermittelten Luftbedarf (Lst).Method for inferring a change in the type of fuel flowing through an injector, the fuel being injected by means of the injector into a combustion chamber of an internal combustion engine, and the injector being adjustable between an open position releasing the fuel flow and a closed position blocking the fuel flow, characterized by the Steps: - determining the closing time (t close ) of the injector required to reach the closed position at at least two different temperatures (T 1 , T 2 ) of the fuel, - determining a deviation between a slope of a straight line (G 1 , G 2 ) and a reference value for the gradient, - conclusions about a relative change in viscosity of the fuel if the determined gradient deviates from the reference value for the gradient by more than a predetermined threshold value - conclusions about a change in the type of force fuel due to the change in viscosity by determining an absolute viscosity value from the determined closing times (t close ), from the gradient of the straight line (G 1 , G 2 ), determining the stoichiometric air requirement (L st ) of the fuel, determining the type of fuel and/or the fuel components from the determined absolute viscosity value and the determined air requirement (L st ). Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Ermitteln des stöchiometrischen Luftbedarfs gemäß der folgenden Beziehung: L s t = m l , s t m f = 1 λ m l m f
Figure DE102019215482B4_0002
wobei Lst der stöchiometrische Luftbedarf, ml,st die stöchiometrische Luftmasse, mf die Kraftstoffmasse, ml die Luftmasse, und λ das Verhältnis Luft zu Brennstoff im Vergleich zum verbrennungsstöchiometrischen Gemisch ist.procedure after claim 1 , characterized by determining the stoichiometric air requirement according to the following relationship: L s t = m l , s t m f = 1 λ m l m f
Figure DE102019215482B4_0002
 where L st is the stoichiometric air requirement, m l,st is the stoichiometric air mass, m f is the fuel mass, m l is the air mass, and λ is the air to fuel ratio compared to the combustion stoichiometric mixture. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass abhängig von der ermittelten Kraftstoffart und/oder der Kraftstoffbestandteile der Verschleißgrad einer oder mehrerer Motorkomponenten ermittelt wird.procedure after claim 1 or 2 , characterized in that the degree of wear of one or more engine components is determined as a function of the determined type of fuel and/or the fuel components. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schließzeit (tclose) des Injektors aus der am Injektor anliegenden Steuerspannung (UInj), der Temperatur (T) des Kraftstoffes sowie dem Druck (p) des Kraftstoffes ermittelt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the closing time (t close ) of the injector is determined from the control voltage (U Inj ) present at the injector, the temperature (T) of the fuel and the pressure (p) of the fuel. Vorrichtung zum Rückschließen auf eine Änderung der Art eines durch einen Injektor strömenden Kraftstoffes umfassend eine Steuereinheit, die dazu ausgebildet ist, das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche auszuführen.Device for inferring a change in the type of fuel flowing through an injector, comprising a control unit which is designed to carry out the method according to one of the preceding claims.
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