Beschreibung description
Verfahren zum Ermitteln eines Öffnungszeitpunkts eines Injektors mit einem Magnetventil, Computerprogramm, Steuergerät, Verbrennungskraftmaschine und Kraftfahrzeug Method for determining an opening time of an injector with a solenoid valve, computer program, control unit, internal combustion engine and motor vehicle
Die Erfindung betrifft einen Verfahren zum Ermitteln eines Öffnungszeitpunkts eines Injektors mit einem Magnetventil sowie ein Computerprogramm, ein Steuergerät, eine Verbrennungs- kraftmaschine und ein Kraftfahrzeug. The invention relates to a method for determining an opening time of an injector with a solenoid valve and a computer program, a control device, an internal combustion engine and a motor vehicle.
In Verbrennungskraftmaschinen werden Injektoren verwendet, um Kraftstoff direkt in einen Brennraum einzuspritzen. Dabei steuert ein Motorsteuergerät das in den Injektoren integrierte Schaltventil, wodurch eine Einspritzdüse öffnet und wieder schließt. Über eine Öffnungsdauer des Schaltventils kann die eingespritzte Kraftstoffmenge bestimmt werden. In internal combustion engines, injectors are used to inject fuel directly into a combustion chamber. An engine control unit controls the switching valve integrated in the injectors, which causes an injection nozzle to open and close again. The quantity of fuel injected can be determined by way of an opening duration of the switching valve.
Bei einer elektrischen Ansteuerung von Magnetventilinjektoren kann es dazu kommen, dass ein Öffnen und Schließen dieser Ventile nur verzögert stattfindet. Der Verzug der einzelnen Injekto- ren unterliegt Toleranzen mit der Folge, dass die Injektoren unterschiedliche Öffnungsdauern bei gleicher Ansteuerdauer aufweisen. Daraus resultiert eine unerwünschte Ungleichverteilung der Kraftstoffmasse. When solenoid valve injectors are actuated electrically, opening and closing of these valves can only take place with a delay. The distortion of the individual injectors is subject to tolerances, with the result that the injectors have different opening durations with the same activation duration. This results in an undesirable uneven distribution of the fuel mass.
Die WO 2011/012518 A1 beschreibt ein Verfahren zum Betreiben eines Magnetventils eines In- jektors. Das Magnetventil weist ein Ventilelement mit einer Ventilnadel auf und einen mittels ei- nes Elektromagneten bewegbaren Anker. Das Magnetventil ist beispielsweise im stromlosen Zustand geschlossen. Nach dem Ansteuerbeginn des Elektromagneten beginnt - nach der Ab- hebeverzögerung - die Öffnungsbewegung des Ventilelements, welche durch einen Huban- schlag begrenzt ist. Der Hubanschlag wird dazu benutzt, um das Bewegungsende des Ventil- elements zu ermitteln. Aus dem Ansteuerbeginn, dem Bewegungsende und der vorab bestimm- ten Bewegungszeit ("Flugzeit") des Ventilelements kann die Abhebeverzögerung ermittelt wer- den. Die Abhebeverzögerung entspricht einer Zeitspanne zwischen dem Beginn der Bestro- mung einer Ankerwicklung („Ansteuerbeginn“) und dem Abheben der Ventilnadel aus ihrem Sitz. WO 2011/012518 A1 describes a method for operating a solenoid valve of an injector. The solenoid valve has a valve element with a valve needle and an armature that can be moved by means of an electromagnet. The solenoid valve is closed, for example, in the de-energized state. After the activation of the electromagnet begins--after the lift-off delay--the opening movement of the valve element begins, which is limited by a stroke stop. The stroke stop is used to determine the end of movement of the valve element. The lift-off delay can be determined from the start of actuation, the end of movement and the previously determined movement time ("flight time") of the valve element. The lift-off delay corresponds to a period of time between the start of energizing an armature winding (“start of control”) and the lift-off of the valve needle from its seat.
Die DE 10 2009 045 469 A1 beschreibt ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffeinspritz- ventils einer Brennkraftmaschine, bei dem eine erste Verzugszeit ermittelt wird, die eine zeitli-
che Differenz charakterisiert zwischen einem Zeitpunkt einer ersten Änderung eines Ansteuer- signals für das Ventil und einem Zeitpunkt einer mit der ersten Änderung des Ansteuersignals korrespondierenden ersten Betriebszustandsänderung des Ventils. Aus der ersten Verzugszeit wird geschlossen auf mindestens eine zweite Verzugszeit des Ventils, die eine zeitliche Diffe- renz charakterisiert zwischen einem Zeitpunkt einer zweiten, von der ersten Änderung verschie- denen, Änderung des Ansteuersignals und einem Zeitpunkt einer mit der zweiten Änderung des Ansteuersignals korrespondierenden zweiten Betriebszustandsänderung des Ventils. DE 10 2009 045 469 A1 describes a method for operating a fuel injection valve of an internal combustion engine, in which a first delay time is determined, which is a temporal che difference characterized between a point in time of a first change in a control signal for the valve and a point in time of a first change in the operating state of the valve that corresponds to the first change in the control signal. From the first delay time, at least a second delay time of the valve is deduced, which characterizes a time difference between a point in time of a second change in the control signal that differs from the first change and a point in time of a second change that corresponds to the second change in the control signal Change in operating status of the valve.
Die EP 2 685 074 A1 beschreibt ein Verfahren zum Erfassen einer Öffnung eines elektromag- netisch betätigten Kraftstoffeinspritzventils, das durch Anlegen eines Ansteuersignals betätigt wird. Dabei wird eine Spulenspannung des Kraftstoffeinspritzventils überwacht ab dem Schlie- ßen des Einspritzventils und eine Länge eines Kurvensegments mit gleichem Vorzeichen von der zweiten Ableitung der Spulenspannung wird bestimmt. Wenn die Länge des Kurvenseg- ments einen kalibrierten Schwellenwert überschreitet, wird geschlussfolgert, dass das Einspritz- ventil geöffnet ist. EP 2 685 074 A1 describes a method for detecting an opening of an electromagnetically actuated fuel injection valve, which is actuated by applying a control signal. A coil voltage of the fuel injection valve is monitored from the time the injection valve closes, and a length of a curve segment with the same sign is determined from the second derivation of the coil voltage. If the length of the curve segment exceeds a calibrated threshold, it is concluded that the injector is open.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zum Ermitteln eines Öff- nungszeitpunkts eines Injektors mit einem Magnetventil, ein verbessertes Computerprogramm, ein verbessertes Steuergerät, eine verbesserte Verbrennungskraftmaschine und ein verbesser- tes Kraftfahrzeug bereitzustellen. The object of the present invention is to provide an improved method for determining an opening time of an injector with a solenoid valve, an improved computer program, an improved control unit, an improved internal combustion engine and an improved motor vehicle.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren nach Anspruch 1 , das Computerprogramm nach An- spruch 12, das Steuergerät nach Anspruch 13, die Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 14 und das Kraftfahrzeug nach Anspruch 15 gelöst. This object is achieved by the method according to claim 1, the computer program according to claim 12, the control unit according to claim 13, the internal combustion engine according to claim 14 and the motor vehicle according to claim 15.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung. Further advantageous refinements of the invention result from the dependent claims and the following description of preferred exemplary embodiments of the present invention.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln eines Öffnungszeitpunkts eines Injektors mit einem Magnetventil. Das Verfahren umfasst: A first aspect of the invention relates to a method for determining an opening time of an injector with a solenoid valve. The procedure includes:
- Ermitteln eines Ankeraufprallzeitpunkts, zu dem ein Anker des Magnetventils auf eine Ventil- nadel des Magnetventils anschlägt; - Determining an armature impact time at which an armature of the solenoid valve strikes a valve needle of the solenoid valve;
- Ermitteln einer Öffnungsverzugszeit des Injektors, die einer Zeitspanne zwischen dem An- keraufprallzeitpunkt und einem Öffnungszeitpunkt des Ventils entspricht; und - Determining an opening delay time of the injector, which corresponds to a period of time between the armature impact time and an opening time of the valve; and
- Ermitteln eines Öffnungszeitpunkts des Injektors basierend auf dem Ankeraufprallzeitpunkt und der Öffnungsverzugszeit.
Der Injektor mit dem Magnetventil, auch Magnetventilinjektor genannt, wird zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine verwendet. Dabei wird der In- jektor elektromagnetisch betätigt. Dazu weist der Injektor eine Spule zum Erzeugen eines Mag- netfeldes auf, so dass die Spule als Elektromagnet verwendet werden kann. In einem Ruhezu- stand des Magnetventils, in dem die Spule nicht bestromt ist und somit kein Magnetfeld vorliegt, wird die Ventilnadel durch ein Vorspannelement, bspw. eine Feder, in einen Ventilsitz gedrückt und somit eine Ventilöffnung geschlossen, wodurch das Magnetventil in einer geschlossenen (Ventil-)Stellung gedrängt bzw. gehalten wird. Zum Öffnen des Magnetventils kann ein Strom an die Spule angelegt werden, wodurch das Magnetfeld erzeugt wird. Während dieser Öffnungs- phase übersteigt die magnetische Kraft eine Vorspannkraft des Vorspannelements. Somit kann während der Öffnungsphase der an der Ventilnadel angeordnete Anker durch die magnetische Kraft derart bewegt werden, dass der Anker die Ventilnadel mitführt und gegen die Vorspann- kraft bewegt. Dadurch wird die Ventilnadel aus dem Ventilsitz gehoben, die Ventilöffnung freige- geben und somit das Magnetventil geöffnet. Zum Schließen des Magnetventils wird der an der Spule anliegende Strom abgeschaltet, so dass kein Magnetfeld mehr vorliegt. Dadurch wird die Ventilnadel durch das Vorspannelement wieder in den Ventilsitz gedrückt und die Ventilöffnung versperrt, so dass sich das Magnetventil wieder in seiner geschlossenen Ventilstellung befindet. - Determination of an opening time of the injector based on the armature impact time and the opening delay time. The injector with the solenoid valve, also known as the solenoid valve injector, is used to inject fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine. The injector is actuated electromagnetically. For this purpose, the injector has a coil for generating a magnetic field, so that the coil can be used as an electromagnet. When the solenoid valve is in a resting state, in which the coil is not energized and there is therefore no magnetic field, the valve needle is pressed into a valve seat by a pretensioning element, e.g. a spring, and a valve opening is thus closed, as a result of which the solenoid valve is in a closed ( valve) position is pushed or held. To open the solenoid valve, a current can be applied to the coil, which creates the magnetic field. During this opening phase, the magnetic force exceeds a prestressing force of the prestressing element. Thus, during the opening phase, the armature arranged on the valve needle can be moved by the magnetic force in such a way that the armature entrains the valve needle and moves it against the prestressing force. This lifts the valve needle out of the valve seat, releases the valve opening and thus opens the solenoid valve. To close the solenoid valve, the current applied to the coil is switched off so that there is no longer a magnetic field. As a result, the valve needle is pressed back into the valve seat by the pretensioning element and the valve opening is blocked, so that the solenoid valve is again in its closed valve position.
Der Öffnungszeitpunkt des Injektors ist derjenige, an dem sich die Ventilnadel aus dem Ventil- sitz hebt und die Ventilöffnung freilegt, so dass Kraftstoff in den Brennraum einspritzbar ist. Mit anderen Worten, der Öffnungszeitpunkt ist der Zeitpunkt des initialen Abhebens der Ventilnadel aus dem Ventilsitz. The opening time of the injector is when the valve needle lifts out of the valve seat and exposes the valve opening so that fuel can be injected into the combustion chamber. In other words, the opening time is the time when the valve needle is initially lifted off the valve seat.
Mit dem Verfahren wird der Öffnungszeitpunkt des Injektors bzw. des Magnetventils bestimmt. Folglich wird an ein Ansteuerstrom zum Erzeugen des Magnetfelds der Spule angelegt, um die Öffnungsphase des Magnetventils zu beginnen. The opening time of the injector or the solenoid valve is determined with the method. Consequently, a driving current for generating the magnetic field of the coil is applied to start the opening phase of the solenoid valve.
Bei dem Verfahren wird der Ankeraufprallzeitpunkt ermittelt, zu dem der Anker auf die Ventilna- del anschlägt. Zur Erläuterung wird zunächst eine Anordnung des Ankers an der Ventilnadel be- schrieben. Der Anker befindet sich in einem stromlosen Zustand der Spule in einer Ruhelage, in der er auf einem an der Ventilnadel angeordneten Ruhesitz anliegt. In einem bestromten Zu- stand der Spule hebt der der Anker aufgrund der magnetischen Kraft von dem Ruhesitz ab und bewegt sich in Richtung eines Ankeranschlags an der Ventilnadel. Der Anker ist also derart an der Ventilnadel angeordnet, so dass er zwischen dem Ruhesitz und dem Ankeranschlag be-
wegbar ist. Der Ankeraufprallzeitpunkt ist somit derjenige, zu dem der Anker (während der Öff- nungsphase des Magnetventils) an dem Ankeranschlag der Ventilnadel anschlägt. Aus dem An- keraufprallzeitpunkt kann ein Ankerfreiweg abgeleitet werden, der einer Bewegungsstrecke des Ankers aus der Ruhelage bis zum Aufprall an dem Hubanschlag der Ventil entspricht. In the method, the armature impact time is determined at which the armature strikes the valve needle. For explanation, an arrangement of the armature on the valve needle is first described. When the coil is in a currentless state, the armature is in a rest position in which it rests on a rest seat arranged on the valve needle. In an energized state of the coil, the armature lifts off the resting seat due to the magnetic force and moves in the direction of an armature stop on the valve needle. The armature is thus arranged on the valve needle in such a way that it is located between the resting seat and the armature stop. is removable. The armature impact time is therefore the point at which the armature strikes the armature stop of the valve needle (during the opening phase of the solenoid valve). An armature free path can be derived from the armature impact time, which corresponds to a movement distance of the armature from the rest position to impact with the stroke stop of the valve.
In dem Verfahren wird ferner die Öffnungsverzugszeit ermittelt, die der Zeitspanne zwischen dem Ankeraufprallzeitpunkt und dem Öffnungszeitpunkt des Magnetventils entspricht. Während der Öffnungsphase bewegt sich der Anker in Richtung des Ankeranschlags und schlägt schließ- lich dort an. Um die Ventilnadel aus dem Ventilsitz zu heben, muss die Vorspannkraft überwun- den werden. Diese Öffnungsverzugszeit beschreibt die Dauer zwischen dem Aufprallen des An- kers auf dem Ankeranschlag bis zum tatsächlichen Öffnen des Magnetventils. Die Öffnungsver- zugszeit hängt maßgeblich von der Vorspannkraft des Vorspannelements in dem Injektor. Fer- ner hängt die Öffnungsverzugszeit von der bestromten Spule erzeugten magnetischen Kraft ab. Anders ausgedrückt, die Öffnungsverzugszeit ist abhängig von einem elektromagnetischen Ak- tor des Injektors, der das Vorspannelement, die Spule, die Ventilnadel mit dem Ruhesitz und dem Ankeranschlag sowie den Anker umfasst. In the method, the opening delay time is also determined, which corresponds to the time span between the armature impact time and the opening time of the solenoid valve. During the opening phase, the anchor moves in the direction of the anchor stop and finally strikes there. In order to lift the valve needle out of the valve seat, the pretensioning force must be overcome. This opening delay time describes the time between the impact of the armature on the armature stop and the actual opening of the solenoid valve. The opening delay time depends significantly on the prestressing force of the prestressing element in the injector. The opening delay time also depends on the magnetic force generated by the energized coil. In other words, the opening delay time is dependent on an electromagnetic actuator of the injector, which includes the pretensioning element, the coil, the valve needle with the rest seat and the armature stop, and the armature.
In manchen Ausführungsformen kann der Einfluss des Vorspannelements bspw. mit einem Mo- dell berücksichtigt werden. Dabei kann es sich um eine empirisches und/oder mathematisches Modell handeln. In anderen Ausführungsformen kann die Öffnungsverzugszeit mit einer kon- stanten Zeitspanne approximiert werden. In some embodiments, the influence of the prestressing element can be taken into account with a model, for example. This can be an empirical and/or mathematical model. In other embodiments, the opening delay time can be approximated with a constant time period.
Ferner wird in dem Verfahren der Öffnungszeitpunkts des Magnetventils basierend auf dem An- keraufprallzeitpunkt und der Öffnungsverzugszeit ermittelt. In manchen Ausführungsformen kann der Öffnungszeitpunkt bestimmt werden, indem auf dem Ankeraufprallzeitpunkt die Öff- nungsverzugszeit aufaddiert wird. Furthermore, in the method, the opening time of the solenoid valve is determined based on the armature impact time and the opening delay time. In some embodiments, the opening time can be determined by adding the opening delay time to the armature impact time.
Mit dem Verfahren kann der Öffnungszeitpunkt für einen Magnetventilinjektor vergleichsweise einfach und präzise ermittelt werden. Dabei berücksichtigt das Verfahren eine Bauweise und/ oder Dimensionierung der Elemente des Magnetventilinjektors, wie bspw. den elektromagneti- schen Aktor, der von der Induktivität der Spule (die sich aus der Anzahl der Windungen der Spule, der Abmessung der Spule und ggf. einem von der Spule eingeschlossenen Material ergibt), dem Ankerfreiweg an der Ventilnadel, etc. abhängig sein kann.
ln manchen Ausführungsformen kann der Ankeraufprallzeitpunkt unter Auswertung eines Span- nungsverlaufs ermittelt werden. Mit dem Spannungsverlauf ist der Verlauf der an der Spule an- liegenden Spannung gemeint. Der Spannungsverlauf kann über entsprechende Messtechnik besonders einfach und präzise erfasst werden. Dabei kann bspw. das Spannungsrohsignal er- fasst werden. Folglich kann der Ankeraufprallzeitpunkt unter Auswertung des Spannungsver- laufs besonders einfach und präzise ermittelt werden. The opening time for a solenoid valve injector can be determined comparatively easily and precisely with the method. The method takes into account the design and/or dimensioning of the elements of the solenoid valve injector, such as the electromagnetic actuator, which depends on the inductance of the coil (which results from the number of turns in the coil, the dimensions of the coil and, if applicable, one of the coil results in trapped material), the armature free travel on the valve needle, etc. may depend. In some embodiments, the armature impact time can be determined by evaluating a voltage profile. The voltage curve means the curve of the voltage applied to the coil. The voltage curve can be recorded particularly easily and precisely using appropriate measurement technology. In this way, for example, the raw voltage signal can be recorded. Consequently, the armature impact time can be determined particularly easily and precisely by evaluating the stress profile.
In weiteren Ausführungsformen kann das Auswerten des Spannungsverlaufs ein Auswerten ei- ner ersten zeitlichen Ableitung des Spannungsverlaufs umfassen. Beim Öffnen des Injektors kann eine Änderung in dem Verlauf der ersten Ableitung des Spannungsverlaufs aufgrund einer Geschwindigkeitsveränderung und einer bewegten Masse des Ankers und/oder der Ventilnadel beobachtet werden. Somit kann der Ankeraufprallzeitpunkt vergleichsweise genau und einfach durch Auswerten der ersten zeitlichen Ableitung des Spannungsverlaufs ermittelt werden. In further specific embodiments, the evaluation of the voltage profile can include an evaluation of a first time derivative of the voltage profile. When the injector opens, a change in the course of the first derivative of the voltage course can be observed due to a change in speed and a moving mass of the armature and/or the valve needle. The armature impact time can thus be determined comparatively precisely and simply by evaluating the first time derivative of the voltage profile.
In anderen Ausführungsformen kann der Ankeraufprallzeitpunkt einem Extremwert in der ersten zeitlichen Ableitung des Spannungsverlaufs entsprechen. Beim Öffnen des Injektors flacht der Spannungsverlauf ab, wenn der Anker auf die Ventilnadel prallt und diese anschließend mit- führt. Mit „Extremwert“ ist gemeint, dass die erste zeitliche Ableitung ein Maximum oder ein Mi- nimum zum Ankeraufprallzeitpunkt aufweist. Dabei sind das Maximum und das Minium ein ma- ximaler bzw. minimaler Wert. Durch die Extremwertbestimmung kann der Ankeraufprallzeitpunkt rechnerisch und somit einfach bestimmt werden. In other embodiments, the armature impact time can correspond to an extreme value in the first time derivative of the voltage profile. When the injector opens, the voltage curve flattens out when the armature hits the valve needle and then carries it with it. “Extreme value” means that the first time derivative shows a maximum or a minimum at the time of anchor impact. The maximum and the minimum are a maximum and a minimum value. By determining the extreme value, the armature impact time can be calculated and thus easily determined.
In weiteren Ausführungsformen kann das Ermitteln des Ankeraufprallzeitpunkts ferner umfas- sen: In further embodiments, the determination of the anchor impact time can also include:
- Bestimmen eines Anfangszeitpunkts und eines Endzeitpunkts eines Auswertungszeitraums zum Auswerten der ersten zeitlichen Ableitung des Spannungsverlaufs; - determining a start time and an end time of an evaluation period for evaluating the first time derivative of the voltage profile;
- Bilden eines ersten Differenzenquotientenverlaufs über den Auswertungszeitraum basierend auf dem Anfangszeitpunkt; - forming a first difference quotient curve over the evaluation period based on the starting time;
- Bilden eines zweiten Differenzenquotientenverlaufs über den Auswertungszeitraum basierend auf dem Endzeitpunkt; und - forming a second difference quotient profile over the evaluation period based on the end time; and
- Bilden einer Hilfsfunktion, die einen Quotienten aus dem ersten Differenzenquotientenverlauf und dem zweiten Differenzenquotientenverlauf oder eine Differenz zwischen dem ersten Diffe- renzenquotientenverlauf und dem zweiten Differenzenquotientenverlauf umfasst; und - Forming an auxiliary function that includes a quotient from the first difference quotient curve and the second difference quotient curve or a difference between the first difference quotient curve and the second difference quotient curve; and
- Bestimmen eines Extremwerts in der Hilfsfunktion, wobei der Extremwert dem Ankeraufprall- zeitpunkt entspricht.
Mit den obigen Schritten lässt ich ein knickartiger Steigungsabfall in der ersten zeitlichen Ablei- tung des Spannungsverlaufs ermitteln. Dabei entspricht der Zeitpunkt des knickartigen Stei- gungsabfall dem Ankeraufprallzeitpunkt. Die obigen Schritte zum Ermitteln des Ankeraufprall- zeitpunkts resultieren aus der Annahme, dass die erste Ableitung des Spannungsverlaufs mit- tels zwei Geraden approximiert werden kann, nämlich eine erste Gerade vom Anfangszeitpunkt kommend und eine zweite Gerade vom Endzeitpunkt kommend. Dabei ist einerseits die Stei- gung der ersten Gerade so lange konstant bis der knickartiger Steigungsabfall („Knick“) beim Vorwärtsdurchgang überschritten wird. Dabei bedeutet „Vorwärtsdurchgang“ die Betrachtung der ersten Gerade ausgehend vom Anfangszeitpunkt in Richtung des Endzeitpunkts. Anderer- seits ist die Steigung der zweiten Gerade so lange konstant bis der knickartige Steigungsabfall beim Rückwärtsdurchgang erreicht wird. Dabei bedeutet „Rückwärtsdurchgang“ die Betrachtung der zweiten Gerade ausgehend vom Endzeitpunkt in Richtung des Anfangszeitpunkts. Um die Steigungsverläufe der ersten und zweiten Gerade miteinander zu vergleichen, können Diffe- renzquotienten(-verläufe) für die erste und die zweite Gerade gebildet und ausgewertet werden. - Determination of an extreme value in the auxiliary function, the extreme value corresponding to the anchor impact time. With the steps above, I can determine a sudden drop in gradient in the first time derivative of the voltage curve. The point in time of the abrupt drop in gradient corresponds to the point in time of the armature impact. The above steps for determining the armature impact time result from the assumption that the first derivation of the voltage profile can be approximated using two straight lines, namely a first straight line coming from the start time and a second straight line coming from the end time. On the one hand, the incline of the first straight line is constant until the abrupt drop in incline ("kink") is exceeded during the forward pass. "Forward passage" means the consideration of the first straight line starting from the start point in the direction of the end point. On the other hand, the gradient of the second straight line is constant until the abrupt drop in gradient is reached during the reverse pass. "Reverse passage" means the consideration of the second straight line starting from the end point in the direction of the start point. In order to compare the gradients of the first and second straight lines, difference quotients (courses) can be formed and evaluated for the first and second straight lines.
Durch das Bestimmen des Auswertungszeitraums für das Ermitteln des Ankeraufprallzeitpunkts können Zeiträume in dem Spannungsverlauf, in welchen ein Ankeraufprallzeitpunkt unplausibel ist, bereits im Vorfeld aussortiert werden. Somit kann das Verfahren ressourceneffizienter, bspw. auf einem Steuergerät, durchgeführt werden. By determining the evaluation period for determining the moment of impact of the armature, periods of time in the voltage curve in which an instant of impact of the armature is implausible can already be sorted out in advance. The method can thus be carried out in a more resource-efficient manner, for example on a control unit.
Ein Differenzenquotient beschreibt das Verhältnis der Veränderung einer ersten Größe zu der Veränderung einer zweiten Größe, wobei die erste Größe von der zweiten Größe abhängt. Der Differenzenquotient kann bspw. verwendet werden, um die Steigung einer linearen Funktion zu ermitteln. So kann zur Ermittlung eines Differenzenquotienten das Verhältnis zwischen einem Abstand von Messwerten, die zu einem ersten Zeitpunkt und einem zweiten Zeitpunkt ermittelt werden, und einem Abstand zwischen dem ersten und zweiten Zeitpunkt ermittelt werden. Die Zeitpunkte können dabei beliebig gewählt werden. Im vorliegenden Fall kann der erste Zeit- punkt ein aktueller Zeitpunkt innerhalb des zugrundeliegenden Auswertungszeitraums sein, wo- bei der aktuelle Zeitpunkt stets ein aktueller Zeitschrift eines vorbestimmten zeitdiskreten Aus- wertungsrasters (Rechenraster) ist. Durch das Auswertungsraster werden die Messwerte zu (Mess-)Zeitpunkten ermittelt, die (im Wesentlichen) äquidistant voneinander entfernt sind. Der zweite Zeitpunkt kann konstant sein, z. B. kann der zweite Zeitpunkt der Anfangszeitpunkt oder der Endzeitpunkt des Auswertungszeitraums sein. Der Begriff „Differenzenquotient" schließt ex- plizit positive wie negative Werte ein, d. h. geometrisch kann das zur Bestimmung eines Diffe- renzenquotienten wohlbekannte Steigungsdreieck in Richtung der x-Achse (in der Regel eine Zeitachse) orientiert sein oder in entgegengesetzter Richtung der x-Achse.
Mit „Differenzenquotientenverlauf" ist der Verlauf des Differenzenquotienten über einen be- stimmten Zeitraum gemeint. Gemäß den obigen Ausführungsformen wird der erste Differenzen- quotientenverlauf über den Auswertungszeitraum gebildet und basiert auf dem Anfangszeit- punkt. Damit ist gemeint, dass der Differenzenquotient über den gesamten Auswertungszeit- raum für jeden (Mess-)Zeitpunkt der Differenzenquotienten in Bezug zum Anfangszeitpunkt er- mittelt wird. Entsprechendes gilt für den zweiten Differenzenquotientenverlauf. A difference quotient describes the ratio of the change in a first variable to the change in a second variable, with the first variable being dependent on the second variable. The difference quotient can be used, for example, to determine the slope of a linear function. In order to determine a difference quotient, the ratio between a distance between measured values that are determined at a first point in time and a second point in time and a distance between the first and second point in time can be determined. The times can be chosen arbitrarily. In the present case, the first point in time can be a current point in time within the underlying evaluation period, with the current point in time always being a current journal of a predetermined time-discrete evaluation grid (computing grid). The measured values are determined by the evaluation grid at (measurement) times that are (essentially) equidistant from one another. The second point in time can be constant, e.g. For example, the second point in time can be the start point in time or the end point in time of the evaluation period. The term "difference quotient" explicitly includes both positive and negative values, ie geometrically, the gradient triangle, which is well known for determining a difference quotient, can be oriented in the direction of the x-axis (usually a time axis) or in the opposite direction of the x-axis . "Difference quotient curve" means the curve of the difference quotient over a certain period of time. According to the above embodiments, the first difference quotient curve is formed over the evaluation period and is based on the start time. This means that the difference quotient over the entire evaluation time - space for each (measuring) point in time the difference quotient is determined in relation to the starting time.The same applies to the second difference quotient profile.
Beispielsweise können der erste Differenzenquotientenverlauf und der zweite Differenzenquoti- entenverlauf wie folgt ermittelt werden:
wobei For example, the first difference quotient curve and the second difference quotient curve can be determined as follows: whereby
I1t() = erster Differenzenquotientenverlauf l2(t) = zweiter Differenzenquotientenverlauf t = Zeitpunkt in dem Auswertungszeitraum A = Anfangszeitpunkt des Auswertungszeitraums tE = Endzeitpunkt des Auswertungszeitraums I 1 t()=first difference quotient curve l 2 (t)=second difference quotient curve t=time in the evaluation period A =start time of the evaluation period t E =end time of the evaluation period
U‘(t) = erste Ableitung des Spannungsverlaufs zum Zeitpunkt t U'(t) = first derivative of the voltage curve at time t
U‘(tA) = erste Ableitung des Spannungsverlaufs zum Anfangszeitpunkt desU'(t A ) = first derivative of the voltage profile at the beginning of the
Auswertungszeitraums evaluation period
U‘(tE) = erste Ableitung des Spannungsverlaufs zum Endzeitpunkt des Auswertungszeitraums U'(t E )=first derivation of the voltage profile at the end of the evaluation period
Ferner wird eine Hilfsfunktion gebildet. Dabei wird die Hilfsfunktion derart gebildet, dass der erste und der zweite Differenzenquotientenverlauf direkt miteinander verglichen werden kön- nen. Furthermore, an auxiliary function is formed. The auxiliary function is formed in such a way that the first and the second difference quotient profile can be compared directly with one another.
So kann die Hilfsfunktion den Quotienten (das Verhältnis) aus dem ersten und dem zweiten Dif- ferenzenquotientenverlauf umfassen. In einem Beispiel kann die Hilfsfunktion dem Quotienten aus dem ersten und dem zweiten Differenzenquotientenverlauf entsprechen. So kann der Hilfs- funktion beispielsweise der zweite Differenzenquotientenverlauf geteilt durch den ersten Diffe- renzenquotientenverlauf sein oder umgekehrt. In weiteren Beispielen kann die Hilfsfunktion noch weitere Parameter umfassen. Wenn die Hilfsfunktion als Quotient gebildet wird, werden in manchen Beispielen der erste Differenzenquotientenverlauf und der zweiten Differenzenquoti- entenverlauf derart gebildet, dass die Hilfsfunktion stets positive Werte liefert. Alternativ kann
die Hilfsfunktion auch derart gebildet werden, dass sie einen Betrag des Quotienten umfasst. Dazu kann die Hilfsfunktion bspw. einem Betrag des Quotienten von dem ersten Differenzen- quotientenverlauf und dem zweiten Differenzenquotientenverlauf entsprechen. Die Hilfsfunktion kann bspw. wie folgt gebildet werden:
mit a(t) = Hilfsfunktion The auxiliary function can thus include the quotient (the ratio) from the first and the second differential quotient profile. In one example, the auxiliary function can correspond to the quotient from the first and the second difference quotient profile. For example, the auxiliary function can be the second difference quotient profile divided by the first difference quotient profile or vice versa. In further examples, the auxiliary function can also include further parameters. If the auxiliary function is formed as a quotient, in some examples the first differential quotient curve and the second differential quotient curve are formed in such a way that the auxiliary function always supplies positive values. Alternatively can the auxiliary function can also be formed in such a way that it includes an absolute value of the quotient. For this purpose, the auxiliary function can, for example, correspond to an absolute value of the quotient of the first differential quotient profile and the second differential quotient profile. The auxiliary function can be formed as follows, for example: with a(t) = auxiliary function
Alternativ kann die Hilfsfunktion eine Differenz zwischen dem ersten Differenzenquotientenver- lauf und dem zweiten Differenzenquotientenverlauf umfassen. Beispielsweise kann die Hilfs- funktion der Differenz zwischen dem ersten Differenzenquotientenverlauf und dem zweiten Dif- ferenzenquotientenverlauf entsprechen. Die Hilfsfunktion kann bspw. der zweite Differenzen- quotientenverlauf minus dem ersten Differenzenquotienten sein oder umgekehrt. Alternatively, the auxiliary function can include a difference between the first difference quotient curve and the second difference quotient curve. For example, the auxiliary function can correspond to the difference between the first difference quotient curve and the second difference quotient curve. The auxiliary function can be, for example, the second difference quotient course minus the first difference quotient or vice versa.
Mit der Hilfsfunktion können der erste und der zweite Differenzenquotientenverlauf ausgewertet werden. So lässt sich anhand der Hilfsfunktion erkennen, zu welchem Zeitpunkt der Abstand zwischen dem ersten Differenzenquotientenverlauf und dem zweiten Differenzenquotientenver- lauf am größten ist. Zu diesem Zeitpunkt liegt dann in der Hilfsfunktion ein Extremwert vor. Der Ankeraufprallzeitpunkt entspricht dem Extremwert in der Hilfsfunktion. Mit anderen Worten, der Ankeraufprallzeitpunkt liegt dann vor, wenn die Hilfsfunktion den Extremwert aufweist. Je nach- dem, wie die Hilfsfunktion gebildet ist, kann der Extremwert ein maximaler oder minimaler Wert sein. Somit kann der Ankeraufprallzeitpunkt (basierend auf der ersten zeitlichen Ableitung) rechnerisch und somit einfach bestimmt werden. The first and the second difference quotient course can be evaluated with the help function. The auxiliary function can be used to identify the point in time at which the distance between the first difference quotient curve and the second difference quotient curve is greatest. At this point in time there is then an extreme value in the auxiliary function. The anchor impact time corresponds to the extreme value in the auxiliary function. In other words, the armature impact time is present when the auxiliary function has the extreme value. Depending on how the auxiliary function is formed, the extreme value can be a maximum or minimum value. Thus, the armature impact time (based on the first time derivative) can be calculated and thus easily determined.
In anderen Ausführungsformen kann die Hilfsfunktion wie folgt gebildet sein:
mit
Die hier verwendeten Formelzeichen sind bereits oben beschrieben. Wird die Hilfsfunktion der- art gebildet, entspricht der Ankeraufprallzeitpunkt einem Peak in Form eines Extremwertes. In other embodiments, the auxiliary function can be formed as follows: With The symbols used here are already described above. If the auxiliary function is formed in this way, the armature impact time corresponds to a peak in the form of an extreme value.
In manchen Ausführungsformen kann der Spannungsverlauf den Verlauf der Spannung wäh- rend einer Boostphase umfassen. Die Boostphase ist eine Phase während einer Öffnungsan- steuerung des Magnetventils, in der eine hohe Spannung die sog. Boosterspannung, an dem Magnetventil angelegt wird, die bspw. bis zu 100 Volt betragen kann. Dadurch steigt der Strom in der Spule um ein Vielfaches steiler als beim Anlegen einer Batteriespannung. Der Ankerauf- prallzeitpunkt fällt in diese Boostphase. In manchen Ausführungsformen kann das Auswerten des Spannungsverlaufs durchgeführt werden, wenn die Boostphase vorliegt. Somit kann das Verfahren bspw. auf einem Steuergerät besonders ressourceneffizient durchgeführt werden. In some embodiments, the voltage profile can include the voltage profile during a boost phase. The boost phase is a phase during an opening control of the solenoid valve, in which a high voltage, the so-called booster voltage, is applied to the solenoid valve, which can be up to 100 volts, for example. As a result, the current in the coil rises many times more steeply than when battery voltage is applied. The anchor impact time falls in this boost phase. In some embodiments, the voltage profile can be evaluated when the boost phase is present. The method can thus be carried out in a particularly resource-efficient manner, for example, on a control unit.
In weiteren Ausführungsformen kann die Öffnungsverzugszeit mit einem Modell ermittelt wer- den, das ein Betriebsverhalten, insbesondere ein Öffnungsverhalten und ein Schließverhalten, des Magnetventils nachbildet. Wie oben erwähnt, hängt das Öffnungsverhalten (unter anderem) von dem elektromagnetischen Aktor des Injektors ab und maßgeblich von dem Vorspannele- ment des elektromagnetischen Aktors. Entsprechend hängt auch das Schließverhalten davon ab. Somit besteht eine starke Korrelation zwischen dem Öffnungsverhalten und dem Schließ- verhalten. So kann aus dem Schließverhalten des Magnetventils auf das Öffnungsverhalten des Magnetventils geschlossen werden. Da das Schließverhalten über bekannte Verfahren ver- gleichsweise einfach ermittelbar ist und das Öffnungsverhalten eine starke Korrelation zum Schließverhalten aufweist, kann über das oben erwähnte Betriebsverhalten-Modell die Öff- nungsverzugszeit besonders einfach ermittelt werden. In further embodiments, the opening delay time can be determined using a model that simulates an operating behavior, in particular an opening behavior and a closing behavior, of the solenoid valve. As mentioned above, the opening behavior depends (among other things) on the electromagnetic actuator of the injector and largely on the pretensioning element of the electromagnetic actuator. Accordingly, the closing behavior also depends on it. There is thus a strong correlation between the opening behavior and the closing behavior. In this way, conclusions can be drawn about the opening behavior of the magnetic valve from the closing behavior of the magnetic valve. Since the closing behavior can be determined comparatively easily using known methods and the opening behavior has a strong correlation to the closing behavior, the opening delay time can be determined particularly easily using the above-mentioned operating behavior model.
In manchen Ausführungsformen kann die Öffnungsverzugszeit in Abhängigkeit einer Schließ- verzugszeit des Injektors ermittelt werden. Anders ausgedrückt, die Öffnungsverzugszeit kann basierend auf der Schließverzugszeit ermittelt werden. Dabei ist die Schließverzugszeit dieje- nige, die zwischen dem Abschalten des Stroms an der Spule und dem Schließen des Mag- netventils liegt. Da eine starke Korrelation zwischen dem Öffnungsverhalten und dem Schließ- verhalten des Magnetventils besteht, korreliert die Öffnungsverzugszeit ebenfalls stark mit der Schließverzugszeit. In some embodiments, the opening delay time can be determined as a function of a closing delay time of the injector. In other words, the opening delay time can be determined based on the closing delay time. The closing delay time is the time between switching off the current to the coil and closing the solenoid valve. Since there is a strong correlation between the opening behavior and the closing behavior of the solenoid valve, the opening delay time also correlates strongly with the closing delay time.
In manchen Ausführungsformen kann die Öffnungsverzugszeit mit einem Öffnungsverzugszeit- modell ermittelt werden. In manchen Ausführungsformen kann das obige Betriebsverhaltensmo- dell das Öffnungsverzugszeitmodell umfassen. In manchen Ausführungsformen kann das obige Betriebsverhaltensmodell das Öffnungsverzugszeitmodell sein. Das Öffnungsverzugszeitmodell
kann bspw. eine Kennlinie oder ein Kennfeld sein. Das Öffnungsverzugszeitmodell ist derart aufgebaut, dass als Eingangsgröße die Schließverzugszeit eingeht und als Ausgangsgröße die Öffnungsverzugszeit für den Injektor hervorgeht. In manchen Ausführungsformen kann eine Öff- nungsverzugszeitkennlinie verwendet werden, indem die Öffnungsverzugszeit über die Schließ- verzugszeit aufgetragen ist. Die Schließverzugszeit ist in der Regel besonders einfach mit Hilfe von Messtechnik und entsprechender Auswertung ermittelbar. Folglich kann unter Kenntnis der Schließverzugszeit mithilfe des Öffnungsverzugszeitmodells besonders einfach auf die Öff- nungsverzugszeit geschlossen werden. In some embodiments, the opening delay time can be determined using an opening delay time model. In some embodiments, the above performance model may include the open delay time model. In some embodiments, the above performance model may be the open delay time model. The opening delay time model can, for example, be a characteristic curve or a characteristic map. The opening delay time model is constructed in such a way that the closing delay time is used as the input variable and the opening delay time for the injector is the output variable. In some embodiments, an opening delay time characteristic curve can be used in that the opening delay time is plotted against the closing delay time. The closing delay time is usually particularly easy to determine with the help of measurement technology and appropriate evaluation. Consequently, with knowledge of the closing delay time, the opening delay time can be inferred particularly easily with the aid of the opening delay time model.
In manchen Ausführungsformen kann das Öffnungsverzugszeitmodell wie folgt bestimmt wer- den. In einem ersten Schritt wird für einen Injektor über eine Vielzahl von Versuchen die Schließverzugszeit des Injektors für verschiedene Ansteuerzeiten ermittelt. Eine Ansteuerzeit ist eine Zeitdauer der Bestromung der Spule. Zum Ermitteln der Schließverzugszeit können bereits bekannte Verfahren verwendet werden, wie bspw. die Auswertung einer zweiten zeitlichen Ab- leitung des Spannungsverlaufs an der Spule nach dem Abschalten des Ansteuerstroms. Im nächsten Schritt wird aus den Versuchsergebnissen eine mittlere Schließverzugszeit für den In- jektor gebildet. Aus der mittleren Schließverzugszeit kann ein Vorspannkraftindikator (Vorspan- nelementmodell) für den Injektor abgeleitet werden, wobei der Vorspannkraftindikator zumin- dest einem Maß für die Vorspannkraft des Vorspannelements entspricht. Im nächsten Schritt wird am Prüfstand die Öffnungsverzugszeit des Injektors für verschiedene Ansteuerzeiten mit einer Vielzahl von Versuchen ermittelt und daraus eine mittlere Öffnungsverzugszeit gebildet. Die mittlere Schließverzugszeit und die mittlere Öffnungsverzugszeit können mit einem tatsäch- lichen Durchfluss des Injektors verglichen werden. Der tatsächlichen Durchfluss ist abhängig von der tatsächlichen Schließverzugszeit und der tatsächlichen Öffnungsverzugszeit. Durch den Vergleich der Mittelwerte für die Öffnungsverzugszeit und Schließverzugszeit mit dem tatsächli- chen Durchfluss des Injektors kann der Zusammenhang zwischen der mittleren Öffnungsver- zugszeit und der mittleren Schließverzugszeit angepasst werden. Dieser Zusammenhang kann schließlich in dem Öffnungsverzugszeitmodell abgelegt werden. Mit dem Öffnungsverzugszeit- modell kann somit die (mittlere) Öffnungsverzugszeit in Abhängigkeit der Vorspannkraft bzw. des Vorspannkraftindikators und der (mittleren) Schließverzugszeit ermittelt werden. In some embodiments, the opening delay time model can be determined as follows. In a first step, the closing delay time of the injector for different activation times is determined for an injector using a large number of tests. A control time is a duration of the energization of the coil. Methods that are already known can be used to determine the closing delay time, such as, for example, the evaluation of a second time derivative of the voltage profile at the coil after the activation current has been switched off. In the next step, an average closing delay time for the injector is formed from the test results. A prestressing force indicator (prestressing element model) for the injector can be derived from the mean closing delay time, the prestressing force indicator corresponding at least to a measure of the prestressing force of the prestressing element. In the next step, the opening delay time of the injector for different activation times is determined with a large number of tests on the test bench and an average opening delay time is formed from this. The average closing delay time and the average opening delay time can be compared with an actual flow rate of the injector. The actual flow depends on the actual closing delay time and the actual opening delay time. By comparing the average values for the opening delay time and closing delay time with the actual flow rate of the injector, the relationship between the average opening delay time and the average closing delay time can be adjusted. This relationship can finally be stored in the opening delay time model. With the opening delay time model, the (mean) opening delay time can be determined as a function of the preload force or the preload force indicator and the (mean) closing delay time.
Das Vorgehen zum Bestimmen des Öffnungsverzugszeitmodells kann für verschiedene Injekto- ren durchgeführt werden, so dass das Modell eine Vielzahl von Injektoren abbilden kann.
Wie oben gezeigt, kann in manchen Ausführungsformen die Öffnungsverzugszeit abhängig sein von der Vorspannkraft des Vorspannelements des Magnetventils. Das Vorspannelement drängt das Magnetventil in die geschlossene Stellung. The procedure for determining the opening delay time model can be carried out for different injectors, so that the model can depict a large number of injectors. As shown above, in some embodiments the opening delay time may depend on the biasing force of the biasing element of the solenoid valve. The biasing member urges the solenoid valve to the closed position.
In manchen Ausführungsformen kann die Vorspannkraft des Vorspannelements durch ein Vor- spannelementmodell approximiert werden. Die Vorspannkraft kann über das Vorspannelement- modell besonders einfach zumindest näherungsweise ermittelbar werden. Dabei kann das Vor- spannelementmodell bspw. mathematisch und/oder empirisch bestimmt werden. In manchen Ausführungsformen kann, wie oben erwähnt, das Vorspannelementmodell aus der mittleren Schließverzugszeit abgeleitet werden. Das Vorspannelementmodell wird zum Ermitteln der Öff- nungsverzugszeit verwendet. Durch das Vorspannelementmodell kann besonders einfach der Einfluss des Vorspannelements auf die Öffnungsverzugszeit berücksichtigt werden. In some embodiments, the preload force of the preload element can be approximated by a preload element model. The prestressing force can be determined particularly easily, at least approximately, via the prestressing element model. The prestressing element model can be determined mathematically and/or empirically, for example. In some embodiments, as mentioned above, the biasing element model may be derived from the mean closing delay time. The prestressing element model is used to determine the opening delay time. The influence of the prestressing element on the opening delay time can be taken into account in a particularly simple manner by means of the prestressing element model.
In manchen Ausführungsformen kann die Öffnungsverzugszeit eine vorbestimmte konstante Zeitdauer sein. Die vorbestimmte konstante Zeitdauer kann injektorabhängig sein und durch Vorversuche am Prüfstand ermittelt werden. Die vorbestimmte konstante Zeitdauer kann in dem Steuergerät für die Verbrennungskraftmaschine hinterlegt sein. Dadurch ist die Verwendung der vorbestimmten Zeitdauer als Öffnungsverzugszeit besonders ressourceneffizient, da keine Be- rechnungen oder Auswertungen (in dem Steuergerät) zum Ermitteln der Öffnungsverzugszeit durchgeführt werden müssen. In some embodiments, the open delay time may be a predetermined constant amount of time. The predetermined constant period of time can depend on the injector and can be determined by preliminary tests on the test bench. The predetermined constant time period can be stored in the control unit for the internal combustion engine. As a result, the use of the predetermined period of time as the opening delay time is particularly resource-efficient, since no calculations or evaluations (in the control unit) have to be carried out to determine the opening delay time.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln des Öffnungszeitpunkts des Injektors. Das Verfahren gemäß dem weiteren Aspekt umfasst: A further aspect of the invention relates to a method for determining the opening time of the injector. The method according to the further aspect comprises:
- Auswerten der zeitlichen Ableitung des Spannungsverlaufs, der während der Boostphase an dem Injektor anliegt, wobei das Auswerten der zeitlichen Ableitung ein Auswerten einer zweiten Ableitung des Spannungsverlaufs umfasst und der Öffnungszeitpunkt einem Extremwert der zweiten Ableitung entspricht, der während der Boostphase als zweiter Extremwert vorliegt. - Evaluation of the time derivation of the voltage profile that is present during the boost phase at the injector, wherein the evaluation of the time derivation includes an evaluation of a second derivation of the voltage profile and the opening time corresponds to an extreme value of the second derivation, which is present as the second extreme value during the boost phase.
Das alternative Verfahren ist geeignet für Magnetventilinjektoren, die ohne einen Anker und/o- der einen Ankerfreilauf ausgebildet sind. The alternative method is suitable for solenoid valve injectors that are designed without an armature and/or an armature freewheel.
Es wurde erkannt, dass während der Boostphase für das Öffnen des Magnetventils in der zwei- ten Ableitung des Spannungsverlaufs eine Doppelpeakstruktur vorliegt. It was recognized that during the boost phase for opening the solenoid valve there is a double peak structure in the second derivation of the voltage curve.
In dem alternativen Verfahren entspricht der Öffnungszeitpunkt dem Zeitpunkt, zu dem der zweite Extremwert in der zweiten Ableitung vorliegt. Somit ist der relevante zweite Extremwert
der zweite Peak in der obigen Doppelpeakstruktur. Anders ausgedrückt, der zweite Extremwert entspricht dem (zeitlich gesehenen) zweiten Maximum in der zweiten Ableitung des Spannungs- verlaufs während der Boostphase. In the alternative method, the opening time corresponds to the time at which the second extreme value is present in the second derivation. Thus, the relevant second extreme value is the second peak in the above double peak structure. In other words, the second extreme value corresponds to the second maximum (in terms of time) in the second derivation of the voltage profile during the boost phase.
Wie oben erwähnt, kann der Spannungsverlauf an der Spule über geeignete Messtechnik er- fasst werden. Somit kann die zweite Ableitung basierend auf dem Spannungsverlauf ermittelt werden. Mit dem alternativen Verfahren ist es möglich, durch die Extremwertbestimmung den Öffnungszeitpunkt rechnerisch und somit präzise bestimmt werden. As mentioned above, the voltage curve on the coil can be recorded using suitable measurement technology. The second derivation can thus be determined based on the voltage profile. With the alternative method, it is possible to calculate the opening time by determining the extreme value and thus determine it precisely.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Computerprogramm, das Befehle umfasst, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, eines der oben be- schriebenen Verfahren auszuführen. Das Computerprogramm kann auf einem elektrischen Speichermedium abgespeichert sein. A second aspect of the invention relates to a computer program which includes instructions which, when the program is executed by a computer, cause the latter to execute one of the methods described above. The computer program can be stored on an electrical storage medium.
Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein Steuergerät, das eingerichtet ist, eines der oben be- schriebenen Verfahren auszuführen. A third aspect of the invention relates to a control unit that is set up to carry out one of the methods described above.
Ein vierter Aspekt der Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine. Die Verbrennungs- kraftmaschine kann den oben beschriebenen Injektor aufweisen und kann über das obige Steu- ergerät gesteuert werden. Die Verbrennungskraftmaschine ist eingerichtet und ausgebildet, ei- nes der oben beschriebenen Verfahren auszuführen. A fourth aspect of the invention relates to an internal combustion engine. The internal combustion engine can have the injector described above and can be controlled via the above control unit. The internal combustion engine is set up and designed to carry out one of the methods described above.
Ein fünfter Aspekt der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit dem oben beschriebenen Steuer- gerät. Das Kraftfahrzeug ist eingerichtet und ausgebildet, eines der oben beschriebenen Ver- fahren auszuführen. A fifth aspect of the invention relates to a motor vehicle with the control device described above. The motor vehicle is set up and designed to carry out one of the methods described above.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun beispielhaft und unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt: Embodiments of the invention will now be described by way of example and with reference to the accompanying drawings. It shows:
Fig. 1a, 1 b schematisch einen Magnetventilinjektor; 1a, 1b schematically show a solenoid valve injector;
Fig. 2 schematisch Diagramme für einen Ankerhub, für einen Ansteuerstrom und für ei- nen Ventilhub; 2 shows schematic diagrams for an armature lift, for a control current and for a valve lift;
Fig. 3 schematisch ein Verfahren zum Ermitteln eines Öffnungszeitpunkts gemäß einer Ausführungsform; 3 schematically shows a method for determining an opening time according to an embodiment;
Fig. 4 schematisch Verfahren zum Ermitteln eines Öffnungsverzugszeitmodells; 4 shows a schematic of a method for determining an opening delay time model;
Fig. 5 schematisch zwei Verläufe für eine erste Ableitung eines Spannungsverlaufs;
Fig. 6 schematisch ein Verfahren zum Ermitteln eines Ankeraufprallzeitpunkts; FIG. 5 schematically shows two curves for a first derivation of a voltage curve; FIG. 6 schematically shows a method for determining an armature impact time;
Fig. 7a-c erklärende Beispiele für das Verfahren gemäß Fig. 6; Fig. 7a-c explanatory examples for the method according to Fig. 6;
Fig. 8a, 8b ein Beispiel für ein Ergebnis aus dem Verfahren gemäß Fig. 6; FIGS. 8a, 8b show an example of a result from the method according to FIG. 6;
Fig. 9a, 9b ein Beispiel für ein weiteres Ergebnis aus dem Verfahren gemäß Fig. 6; und9a, 9b show an example of a further result from the method according to FIG. 6; and
Fig.10 schematisch ein Kraftfahrzeug mit einem Steuergerät gemäß einer Ausführungs- form. 10 schematically shows a motor vehicle with a control device according to one embodiment.
Fig. 1a zeigt schematisch einen Magnetventilinjektor (Injektor) 100 in einer geschlossenen Ven- tilstellung und Fig. 1b zeigt den Injektor 100 in einer geöffneten Ventilstellung. Der Injektor 100 weist ein Magnetventil auf, das eine Ventilnadel 5 und einen Ventilsitz 15 umfasst. Der Injektor 100 weist einen elektromagnetischen Aktor zum Betätigen des Magnetventils auf, der eine Spule 1 , einen Anker 11 und ein Vorspannelement 13 umfasst. FIG. 1a schematically shows a solenoid valve injector (injector) 100 in a closed valve position and FIG. 1b shows the injector 100 in an open valve position. The injector 100 has a solenoid valve that includes a valve needle 5 and a valve seat 15 . The injector 100 has an electromagnetic actuator for actuating the solenoid valve, which includes a coil 1 , an armature 11 and a biasing element 13 .
Das Magnetventil ist ein stromlos geschlossenes Ventil. Das heißt, dass in einem unbestromten Zustand der Spule 1 die Ventilnadel 5 derart an dem Ventilsitz 15 angeordnet ist, dass eine Ein- spritzöffnung 17 durch die Ventilnadel 5 geschlossen ist. The solenoid valve is a normally closed valve. This means that when the coil 1 is not energized, the valve needle 5 is arranged on the valve seat 15 in such a way that an injection opening 17 is closed by the valve needle 5 .
Dabei ist das Vorspannelement 13 dazu ausgebildet, das Magnetventil in der geschlossenen Stellung zu halten. Dafür beaufschlagt das Vorspannelement 13 die Ventilnadel mit einer Vor- spannkraft, so dass die Ventilnadel in Richtung des Ventilsitzes 15 und somit in Schließrichtung bewegt wird. In dem gezeigten Beispiel ist das Vorspannelement 13 als Feder ausgebildet. In this case, the prestressing element 13 is designed to hold the solenoid valve in the closed position. For this purpose, the prestressing element 13 applies a prestressing force to the valve needle, so that the valve needle is moved in the direction of the valve seat 15 and thus in the closing direction. In the example shown, the biasing element 13 is designed as a spring.
Die Ventilnadel 5 weist einen Ruhesitz 7 sowie einen Ankeranschlag 9 für den Anker 11 auf, zwischen denen der Anker 11 bewegbar ist. Der Ruhesitz 7 und der Ankeranschlag 9 definieren also einen Ankerhub oder einen Ankerfreiweg für den Anker 11 relativ zur Ventilnadel 5. Ferner weist der Injektor 1 einen Hubanschlag 3 auf, der einen Hub der Ventilnadel 5 (Ventilhub) be- grenzt. In der geschlossenen Ventilstellung sitzt der Anker 11 auf dem Ruhesitz 7 und in der ge- öffneten Ventilstellung liegt der Anker 11 an dem Ankeranschlag 9 sowie dem Hubanschlag 3 an. Der Anker 11 kann durch Anlegen eines Ansteuerstroms I an der Spule 1 durch magneti- sche Kraft von dem Ruhesitz 7 zum Ankeranschlag 9 bewegt werden. Durch die magnetische Kraft wird der Anker 11 an dem Ankeranschlag 9 gehalten, so dass der Anker 11 die Ventilna- del 5 entgegen der Vorspannkraft des Vorspannelements 13 mitführt und somit die Ventilnadel 5 aus dem Ventilsitz 15 hebt bis der Anker 11 an dem Hubanschlag 3 anschlägt. Dadurch wird die Einspritzöffnung 17 freigelegt, so dass Kraftstoff durch die Einspritzöffnung 17 in einen Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine eingespritzt werden kann.
Fig. 2 zeigt ein Ansteuerstrom-Diagramm 20 für einen zeitlichen Verlauf des Ansteuerstroms I an der Spule 1 , ein Ankerhub-Diagramm 30 für einen zeitlichen Verlauf des Ankerhubs und ein Ventilhub-Diagramm 50 für einen zeitlichen Verlauf des Ventilhubs. Dabei ist der Ankerhub der Hub des Ankers 5 zwischen dem Ruhesitz 7 und dem Ankeranschlag 9. Die Diagramme 20, 30, 50 stellen die zeitlichen Verläufe sehr schematisch dar. The valve needle 5 has a resting seat 7 and an armature stop 9 for the armature 11, between which the armature 11 can be moved. The rest seat 7 and the armature stop 9 thus define an armature lift or an armature free travel for the armature 11 relative to the valve needle 5. The injector 1 also has a lift stop 3 which limits a lift of the valve needle 5 (valve lift). In the closed valve position, the armature 11 sits on the rest seat 7 and in the open valve position, the armature 11 rests against the armature stop 9 and the stroke stop 3 . The armature 11 can be moved from the rest seat 7 to the armature stop 9 by applying a drive current I to the coil 1 by magnetic force. The armature 11 is held on the armature stop 9 by the magnetic force, so that the armature 11 carries the valve needle 5 along against the prestressing force of the prestressing element 13 and thus lifts the valve needle 5 out of the valve seat 15 until the armature 11 strikes the stroke stop 3 . As a result, the injection opening 17 is uncovered, so that fuel can be injected through the injection opening 17 into a combustion chamber of an internal combustion engine. 2 shows a control current diagram 20 for a time profile of the control current I at the coil 1, an armature lift diagram 30 for a time profile of the armature lift and a valve lift diagram 50 for a time profile of the valve lift. The armature stroke is the stroke of the armature 5 between the resting seat 7 and the armature stop 9. Diagrams 20, 30, 50 show the progression over time very schematically.
Dabei zeigt das Ansteuerstrom-Diagramm 20 ein Anlegen des Ansteuerstrom I zum Ansteuer- zeitpunkt 21 zum Öffnen des Magnetventils. Dabei weist der zeitliche Verlauf unmittelbar nach dem Ansteuerzeitpunkt 21 eine steile Flanke auf, so dass der Ansteuerstrom I vergleichsweise schnell einen entsprechenden Wert für eine Anzugsstromphase 22 (Anzugstrom) zum Anzug- zeitpunkt 23 erreicht. Die Zeit zwischen dem Ansteuerzeitpunkt 21 und dem Anzugzeitpunkt 23 entspricht einer Boostphase während einer Öffnungsphase des Magnetventils. Die steile Flanke ermöglicht es, eine geringe Toleranz und eine hohe Reproduzierbarkeit der Kraftstoffeinspritz- menge zu erreichen. Die steile Flanke wird erreicht, indem eine sog. Boosterspannung an den Spulenbetrieb angelegt wird, bis der entsprechende Stromwert für die Anzugstromphase 22 er- reicht wird. Zum Haltezeitpunkt 25 wird der Ansteuerstrom I von dem Anzugstrom auf einen Wert für eine Haltestromphase 24 (Haltestrom) abgesenkt. Zum Abschaltzeitpunkt 27 wird der Ansteuerstrom I abgeschaltet und erreicht dann zum Ansteuerendzeitpunkt 29 den Wert Null. The control current diagram 20 shows the application of the control current I at the control time 21 for opening the solenoid valve. In this case, the course over time has a steep edge immediately after activation time 21 , so that activation current I reaches a corresponding value for a pull-in current phase 22 (pick-up current) at pull-in time 23 comparatively quickly. The time between activation time 21 and pull-in time 23 corresponds to a boost phase during an opening phase of the solenoid valve. The steep edge makes it possible to achieve a low tolerance and high reproducibility of the fuel injection quantity. The steep edge is achieved by applying what is known as a booster voltage to the coil operation until the corresponding current value for the inrush current phase 22 is reached. At the holding time 25, the drive current I is reduced from the inrush current to a value for a holding current phase 24 (holding current). The control current I is switched off at the switch-off point in time 27 and then reaches the value zero at the control end point in time 29 .
Das Ankerhub-Diagramm 30 zeigt den zeitlichen Verlauf des Ankerhubs. Nachdem der Ansteu- erstrom I zum Ansteuerzeitpunkt 21 angelegt wird, hebt sich der Anker 5 erst zum Ankerabheb- zeitpunkt 31 von dem Ruhesitz 7 ab. Zwischen dem Anlegen des Ansteuerstroms I und dem Abheben des Ankers 5 liegt somit eine Abhebverzögerung 33 vor. Zum Ankeraufprallzeitpunkt 35 prallt der Anker 5 an dem Ankeranschlag 9 auf. Die Zeitspanne zwischen dem Ankerabheb- zeitpunkt 31 und dem Ankeraufprallzeitpunkt 35 entspricht einer Flugzeit 37 des Ankers 5. The armature stroke diagram 30 shows the course of the armature stroke over time. After the drive current I is applied at the drive time 21 , the armature 5 only lifts off the rest seat 7 at the armature lift-off time 31 . There is therefore a lift-off delay 33 between the application of the drive current I and the lift-off of the armature 5 . The armature 5 strikes the armature stop 9 at the armature impact time 35 . The period of time between the anchor lift-off time 31 and the anchor impact time 35 corresponds to a flight time 37 of the armature 5.
Nach dem Aufprall des Ankers 11 auf dem Ankeranschlag 9, wird der Anker 11 aufgrund der magnetischen Kraft der Spule 1 an dem Ankeranschlag 9 für eine Zeitspanne 39 gehalten. Der Ankerhub relativ zum Ruhesitz 7 verändert sich aufgrund des Ankeranschlags 9 nicht mehr und ist daher für die Zeitspanne 39 konstant. Nach Abschalten des Ansteuerstroms I zum Abschalt- zeitpunkt 27 wird der Anker 11 nicht mehr durch die magnetische Kraft der Spule 1 an dem An- keranschlag 9 gehalten. Folglich bewegt sich der Anker 11 zum Ankerrückfallzeitpunkt 41 wie- der in Richtung des Ruhesitzes 7. Zwischen dem Abschalten des Ansteuerstroms I zum Ab- schaltzeitpunkt 27 und dem Ankerrückfallzeitpunkt 41 liegt eine Rückfallverzögerung 45 vor. Zum Ankerruhezeitpunkt 43 liegt der Anker 11 wieder an dem Ruhesitz 7 an.
Das Ventilhub-Diagramm 50 zeigt schematisch den Verlauf des Ventilhubs des Magnetventils. Dabei ist ein Hub bzw. eine Auslenkung des Ventils 5 relativ zum Ventilsitz 15 gemeint. Zwi- schen dem Ankeraufprallzeitpunkt 35 und einem Öffnungszeitpunkt 51 des Magnetventils liegt eine Öffnungsverzugszeit 52 vor. Denn der Anker 11 prallt zum Ankeraufprallzeitpunkt 35 auf den Ankeranschlag 9 und führt die Ventilnadel 5 entgegen der Vorspannkraft des Vorspannele- ments 13 mit. Dabei muss der Anker 11 vor allem die Vorspannkraft des Vorspannelements 13 überwinden, bis es zu einem initialen Abheben der Ventilnadel 5 aus dem Ventilsitz 15 zum Öff- nungszeitpunkt 51 erfolgt. After the impact of the armature 11 on the armature stop 9, the armature 11 is held on the armature stop 9 for a period of time 39 due to the magnetic force of the coil 1. The armature stroke relative to the resting seat 7 no longer changes due to the armature stop 9 and is therefore constant for the period of time 39 . After the drive current I has been switched off at the switch-off point in time 27, the armature 11 is no longer held on the armature stop 9 by the magnetic force of the coil 1. Consequently, the armature 11 moves again in the direction of the resting seat 7 at the armature dropout time 41 . At the armature rest point 43, the armature 11 rests against the rest seat 7 again. The valve lift diagram 50 schematically shows the course of the valve lift of the solenoid valve. This means a lift or a deflection of the valve 5 relative to the valve seat 15 . There is an opening delay time 52 between the armature impact time 35 and an opening time 51 of the solenoid valve. This is because the armature 11 hits the armature stop 9 at the armature impact time 35 and carries the valve needle 5 along against the prestressing force of the prestressing element 13 . In this case, the armature 11 must above all overcome the prestressing force of the prestressing element 13 until the valve needle 5 is initially lifted out of the valve seat 15 at the opening time 51 .
Zum Zeitpunkt 53 schlägt der Anker 11 an einem Hubanschlag 3 an, der einen maximalen Ven- tilhub für die Ventilnadel 5 und somit die geöffnete Ventilstellung darstellt. Nach dem Aufprall des Ankers 11 an dem Ankeranschlag 9 liegt also eine Öffnungsverzugszeit 52 vor, die die Ven- tilnadel 5 bis zum Erreichen des maximalen Ventilhubs erreicht. Das Magnetventil wird in dieser geöffneten Stellung für eine Zeitspanne 55 gehalten, um Kraftstoff in den Brennraum einzusprit- zen. At time 53, armature 11 strikes a stroke stop 3, which represents a maximum valve stroke for valve needle 5 and thus the open valve position. After the impact of the armature 11 on the armature stop 9, there is an opening delay time 52, which the valve needle 5 reaches before the maximum valve lift is reached. The solenoid valve is held in this open position for a period of time 55 to inject fuel into the combustion chamber.
Ferner ist aus dem Ventilhub-Diagramm 50 erkennbar, dass eine Schließverzugszeit 61 zwi- schen dem Abschalten des Ansteuerstroms I zum Ansteuerzeitpunkt 27 und ein Erreichen der geschlossenen Ventilstellung zum Ventilschließzeitpunkt 59 vorliegt. Nach dem Abschalten des Ansteuerstroms I nimmt auch das zuvor aufgebaute magnetische Feld kontinuierlich ab. An- schließend ist das magnetische Feld derart abgeschwächt, so dass das Vorspannelement 13 zum Zeitpunkt 57 die Ventilnadel 5 in Richtung des Ventilsitzes 15 bewegt bis sich das Mag- netventil zum Ventilschließzeitpunkt 59 in der geschlossenen Ventilstellung befindet, also die Ventilnadel 5 die Einspritzöffnung 17 verschließt. It can also be seen from the valve lift diagram 50 that there is a closing delay time 61 between switching off the control current I at the control point in time 27 and reaching the closed valve position at the valve closing point in time 59 . After switching off the control current I, the previously built up magnetic field also decreases continuously. The magnetic field is then weakened in such a way that the pretensioning element 13 moves the valve needle 5 in the direction of the valve seat 15 at the point in time 57 until the solenoid valve is in the closed valve position at the valve closing point in time 59, i.e. the valve needle 5 closes the injection opening 17 .
Fig. 3 zeigt ein Verfahren 200 gemäß einer Ausführungsform, mit dem der Öffnungszeitpunkt 51 des Magnetventils ermittelt werden kann. FIG. 3 shows a method 200 according to an embodiment, with which the opening time 51 of the magnet valve can be determined.
In 210 wird der Ankeraufprallzeitpunkt 35 ermittelt. Gemäß einer Ausführungsform kann der An- keraufprallzeitpunkt 35 durch Auswerten der an der Spule 1 anliegenden Spannung ermittelt werden. Dabei kann die Spannung bzw. ein Spannungssignal an der Spule 1 mittels geeigneter Messtechnik erfasst werden. Gemäß einer Ausführungsform wird der Ankeraufprallzeitpunkt 35 ermittelt, indem die erste Ableitung des an der Spule 1 anliegenden zeitlichen Verlaufs der Spannung analysiert wird. Beispielsweise kann der Ankeraufprallzeitpunkt 35 dem Zeitpunkt entsprechen, zu dem ein Extremwert in der ersten Ableitung des Spannungsverlaufs vorliegt. Dabei kann relevante Extremwert der während der Boostphase zuerst auftretende Extremwert
der Ableitung sein. Die Analyse des Spannungsverlaufs kann zumindest oder nur während der Boostphase (die zwischen dem Ansteuerzeitpunkt 21 und dem Anzugzeitpunkt 23 vorliegt) durchgeführt werden. In 210 the armature impact time 35 is determined. According to one embodiment, the armature impact time 35 can be determined by evaluating the voltage applied to the coil 1 . In this case, the voltage or a voltage signal at the coil 1 can be detected by means of suitable measurement technology. According to one specific embodiment, the armature impact point in time 35 is determined by analyzing the first derivative of the time profile of the voltage applied to the coil 1 . For example, the armature impact time 35 can correspond to the time at which an extreme value is present in the first derivation of the voltage profile. The relevant extreme value can be the extreme value that occurs first during the boost phase be the derivative. The analysis of the voltage profile can be carried out at least or only during the boost phase (which occurs between the activation time 21 and the pull-in time 23).
In 220 wird die Öffnungsverzugszeit 52 ermittelt. Eine Öffnungsbewegung (Öffnungsverhalten) und eine Schließbewegung (Schließverhalten) der Ventilnadel 5 und somit die Öffnungsver- zugszeit 52 und die Schließverzugszeit 61 hängen maßgeblich von dem Vorspannelement 13 ab. Daher kann basierend auf der Schließverzugszeit 61 des Magnetventils die Öffnungsver- zugszeit 52 des Magnetventils ermittelt werden. Zum Ermitteln der Öffnungsverzugszeit aus der Schließverzugszeit kann ein Öffnungsverzugszeitmodell verwendet werden, das unten mit Be- zug auf Fig. 4 beschrieben wird. In 220 the opening delay time 52 is determined. An opening movement (opening behavior) and a closing movement (closing behavior) of the valve needle 5 and thus the opening delay time 52 and the closing delay time 61 depend decisively on the pretensioning element 13 . Therefore, based on the closing delay time 61 of the solenoid valve, the opening delay time 52 of the solenoid valve can be determined. An opening delay time model, which is described below with reference to FIG. 4, can be used to determine the opening delay time from the closing delay time.
Die Schließverzugszeit 61 kann bestimmt werden, indem der Ventilschließzeitpunkt 59 und der Abschaltzeitpunkt 27 ermittelt werden. Der Abschaltzeitpunkt 27 kann durch Erfassen des Ab- schaltzeitpunkts des Ansteuerstroms I ermittelt werden. Der Ventilschließzeitpunkt 59 kann durch bekannte Verfahren ermittelt werden. Unter Kenntnis des Ventilschließzeitpunkts 59 und des Abschaltzeitpunkts 27 kann dann die Schließverzugszeit 61 bestimmt werden, die der Zeit- spanne zwischen dem Abschaltzeitpunkts 27 und dem Ventilschließzeitpunkt 59 entspricht. The closing delay time 61 can be determined by determining the valve closing time 59 and the switch-off time 27 . The switch-off time 27 can be determined by detecting the switch-off time of the control current I. The valve closing time 59 can be determined by known methods. With knowledge of the valve closing point in time 59 and the switch-off point in time 27 , the closing delay time 61 can then be determined, which corresponds to the time span between the switch-off point in time 27 and the valve closing point in time 59 .
In manchen Ausführungsformen kann die in 220 ermittelte Öffnungsverzugszeit 52 eine vorbe- stimmte konstante Zeitdauer sein. Durch diesen Ansatz wird ein vorheriges Ermitteln der Schließverzugszeit 61 überflüssig, wodurch das Ermitteln der Öffnungsverzugszeit 52 beson- ders vereinfacht wird. In some embodiments, the open delay time 52 determined in 220 may be a predetermined constant time period. This approach makes a previous determination of the closing delay time 61 superfluous, as a result of which the determination of the opening delay time 52 is particularly simplified.
In 230 wird der Öffnungszeitpunkt 51 ermittelt basierend auf dem Ankeraufprallzeitpunkt 35 und der Öffnungsverzugszeit 52. Gemäß einer Ausführungsformen wird dazu die Öffnungsverzugs 52 auf den Ankeraufprallzeitpunkt 35 aufaddiert, um den Öffnungszeitpunkt 51 zu erhalten. In 230, the opening time 51 is determined based on the armature impact time 35 and the opening delay time 52. According to one embodiment, the opening delay 52 is added to the armature impact time 35 in order to obtain the opening time 51.
Fig. 4 zeigt ein Verfahren zum Ermitteln des Öffnungsverzugszeitmodells 300. Fig. 4 shows a method for determining the opening delay time model 300.
In 310 wird die Schließverzugszeit 61 des Injektors 100 für verschiedene Ansteuerzeiten ermit- telt. Dafür können Versuche an einem Prüfstand durchgeführt werden. Aus der Vielzahl von Schließverzugszeiten 61 für verschiedene Ansteuerzeiten wird eine mittlere Schließverzugszeit für den Injektor 100 gebildet.
In 320 wird aus der mittleren Schließverzugszeit ein Vorspannkraftindikator (Vorspannelement- modell) für den Injektor 100 abgeleitet, wobei der Vorspannkraftindikator zumindest einem Maß für die Vorspannkraft des Vorspannelements 13 entspricht. In 310 the closing delay time 61 of the injector 100 is determined for different activation times. For this purpose, tests can be carried out on a test bench. A mean closing delay time for the injector 100 is formed from the plurality of closing delay times 61 for different activation times. In 320 , a prestressing force indicator (prestressing element model) for the injector 100 is derived from the mean closing delay time, the prestressing force indicator corresponding to at least one measure of the prestressing force of the prestressing element 13 .
In 330 wird die Öffnungsverzugszeit 52 des Injektors für verschiedene Ansteuerzeiten am Prüf- stand ermittelt. Aus der Vielzahl von Öffnungsverzugszeiten 52 für verschiedene Ansteuerzeiten wird eine mittlere Öffnungsverzugszeit für den Injektor 100 gebildet. In 330, the opening delay time 52 of the injector is determined for different activation times on the test bench. A mean opening delay time for the injector 100 is formed from the plurality of opening delay times 52 for different control times.
In 340 werden die mittlere Schließverzugszeit und die mittlere Öffnungsverzugszeit mit einem tatsächlichen Durchfluss des Injektors 100 verglichen, um einen Zusammenhang zwischen der mittleren Öffnungsverzugszeit und der mittleren Schließverzugszeit anzupassen bzw. zu präzi- sieren. In 340, the average closing delay time and the average opening delay time are compared with an actual flow of the injector 100 in order to adjust or specify a relationship between the average opening delay time and the average closing delay time.
In 350 wird der Zusammenhang zwischen der mittleren Öffnungsverzugszeit und der mittleren Schließverzugszeit in dem Öffnungsverzugszeitmodell abgelegt. Anders ausgedrückt, in 250 wird das Öffnungsverzugszeitmodell bestimmt bzw. erstellt. Mit dem Öffnungsverzugszeitmodell kann somit die (mittlere) Öffnungsverzugszeit in Abhängigkeit der Vorspannkraft bzw. des Vor- spannkraftindikators und der (mittleren) Schließverzugszeit ermittelt werden. In 350 the relationship between the mean opening delay time and the mean closing delay time is stored in the opening delay time model. In other words, in 250 the opening delay time model is determined or created. With the opening delay time model, the (mean) opening delay time can be determined as a function of the preload force or the preload force indicator and the (mean) closing delay time.
Das Verfahren 300 kann für verschiedene Injektoren 100 durchgeführt werden, um mit dem Öff- nungsverzugszeitmodell eine Vielzahl von Injektoren bzw. Schließverzugszeiten 61 abzubilden. The method 300 can be carried out for different injectors 100 in order to depict a large number of injectors or closing delay times 61 with the opening delay time model.
Fig. 5 zeigt ein Diagramm, in dem die erste Ableitung des Spannungsverlaufs 71 gemäß einem ersten Beispiel gezeigt ist. Die erste Ableitung des Spannungsverlaufs 71 ist basierend auf ei- nem (von einem Spannungssensor erfassten) Rohsignal der Spannung ermittelt und daher stark verrauscht. Folglich kann eine nachfolgende Auswertung des Rohsignals und somit der daraus ermittelten ersten Ableitung des Spannungsverlaufs 71 zu ungenauen Ergebnissen füh- ren. Daher kann für nachfolgende Auswertungen das Rohsignal mittels entsprechenden Metho- den geglättet werden. Beispielsweise kann mittels orthogonaler Polynome aus dem Rohsignal eine geglättete Kurve 73 der ersten Ableitung des Spannungsverlaufs ermittelt werden, die ver- gleichsweise weniger verrauscht und vergleichsweise glatt ist. Andere Methoden zur Glättung des Spannungsrohsignals sind ebenfalls möglich. Für eine nachfolgende Auswertung, bspw. in einem Steuergerät, kann geprüft werden, ob das gelieferte Spannungssignal, d.h. das Rohsig- nal, verwendet werden kann oder ob zuvor eine Glättung des Rohsignals oder der ersten zeitli- chen Ableitung vorgenommen werden muss.
Fig. 6 zeigt ein Verfahren zum Ermitteln des Ankeraufprallzeitpunkts 400 gemäß einer weiteren Ausführungsform für den Block 210 aus dem Verfahren 200 gemäß Figur 4. FIG. 5 shows a diagram in which the first derivation of the voltage curve 71 according to a first example is shown. The first derivation of the voltage curve 71 is determined based on a raw signal of the voltage (detected by a voltage sensor) and is therefore very noisy. Consequently, a subsequent evaluation of the raw signal and thus the first derivation of the voltage profile 71 determined therefrom can lead to inaccurate results. The raw signal can therefore be smoothed using appropriate methods for subsequent evaluations. For example, using orthogonal polynomials, a smoothed curve 73 of the first derivation of the voltage curve can be determined from the raw signal, which is comparatively less noisy and comparatively smooth. Other methods of smoothing the raw voltage signal are also possible. For a subsequent evaluation, for example in a control device, it can be checked whether the supplied voltage signal, ie the raw signal, can be used or whether the raw signal or the first time derivation has to be smoothed beforehand. FIG. 6 shows a method for determining the armature impact time 400 according to a further embodiment for the block 210 from the method 200 according to FIG.
In 410 wird der Anfangszeitpunkt tA und der Endzeitpunkt tE des Auswertungszeitraums zum Auswerten der ersten zeitlichen Ableitung des Spannungsverlaufs bestimmt. Dabei kann, wie oben beschrieben, die erste zeitliche Ableitung basierend auf dem Spannungsverlauf gemäß einem Rohsignal verwendet werden oder basierend auf einer geglätteten ersten zeitlichen Ab- leitung des Spannungsverlaufs. In 410 the start time t A and the end time t E of the evaluation period for evaluating the first time derivation of the voltage profile are determined. As described above, the first time derivative can be used based on the voltage profile according to a raw signal or based on a smoothed first time derivative of the voltage profile.
In 420 wird ein erster Differenzenquotientenverlauf I1 über den Auswertungszeitraum basierend auf dem Anfangszeitpunkt tA gebildet. In 420, a first difference quotient profile I 1 is formed over the evaluation period based on the start time t A .
In 430 wird ein zweiter Differenzenquotientenverlauf l2 über den Auswertungszeitraum basie- rend auf dem Endzeitpunkt tE gebildet. In 430, a second difference quotient profile l 2 is formed over the evaluation period based on the end time t E .
In 440 wird eine Hilfsfunktion a(t) gebildet, die einen Quotienten aus dem ersten Differenzen- quotientenverlauf und dem zweiten Differenzenquotientenverlauf umfasst. Alternativ kann die Hilfsfunktion a(t) eine Differenz zwischen dem ersten Differenzenquotientenverlauf und dem zweiten Differenzenquotientenverlauf umfassen. In 440, an auxiliary function a(t) is formed, which includes a quotient from the first differential quotient curve and the second differential quotient curve. Alternatively, the auxiliary function a(t) can include a difference between the first difference quotient curve and the second difference quotient curve.
In 450 wird die Hilfsfunktion ausgewertet, indem ein Extremwert in der Hilfsfunktion a(t) ermittelt wird. Der Extremwert entspricht dann dem Ankeraufprallzeitpunkt. In 450 the auxiliary function is evaluated by determining an extreme value in the auxiliary function a(t). The extreme value then corresponds to the anchor impact time.
Fig. 7a-c zeigen Diagramme, die zur Herleitung des Verfahrens zum Ermitteln des Ankerauf- prallzeitpunkts 400 dienen. Wie aus Fig. 5 erkennbar ist, zeigt die erste Ableitung basierend auf dem Rohsignal 71 einen knickartigen Abfall 75 auf. Die erste Ableitung des Spannungsverlaufs 71 lässt sich in einen Bereich vor dem knickartigen Abfall 75 (links vom knickartigen Abfall 75) und in einen Bereich nach dem knickartigen Abfall 75 (rechts vom knickartigen Abfall 75) auftei- len. Entsprechendes gilt für die geglättete Kurve 73 für die erste Ableitung des Spannungssig- nals. 7a-c show diagrams which are used to derive the method for determining the time 400 of the anchor impact. As can be seen from FIG. 5 , the first derivation based on the raw signal 71 shows a kink-like drop 75 . The first derivation of the voltage curve 71 can be divided into a region before the kink-like drop 75 (to the left of the kink-like drop 75) and into a region after the kink-like drop 75 (to the right of the kink-like drop 75). The same applies to the smoothed curve 73 for the first derivation of the voltage signal.
In den beiden Bereichen kann die erste Ableitung des Spannungsverlaufs 71 durch lineare Funktionen angenähert werden. Beispielsweise können für den linken Bereich 77 und den rech- ten Bereich 79 folgende Funktionen verwendet werden.
Dabei sind f1(t) die erste lineare Funktion für den linken Bereich, f2(t) die zweite lineare Funktion für den rechten Bereich, mi und m2 die entsprechenden Steigungen der aus den Funktionen re- sultierenden Geraden sowie und n2 die Ordinatenabschnitte (oder auch Verschiebungs- konstante) der Geraden. In the two areas, the first derivation of the voltage curve 71 can be approximated by linear functions. For example, the following functions can be used for the left area 77 and the right area 79 . Where f 1 (t) is the first linear function for the left area, f 2 (t) is the second linear function for the right area, mi and m2 are the corresponding gradients of the straight lines resulting from the functions, and n2 are the ordinate intercepts ( or displacement constant) of the straight line.
Fig. 7a zeigt eine beispielhafte Annäherungsfunktion f(t) für eine beispielhafte erste Ableitung eines Spannungsverlaufs (der sich von dem Spannungsverlauf aus Fig. 5 unterscheidet) durch die linearen Funktionen f1(t), f2(t). Dabei ist die Annäherungsfunktion f(t) für einen Auswertungs- zeitraum zwischen dem (ausgewählten) Anfangszeitpunkt tA und dem (ausgewählten) Endzeit- punkt tE dargestellt. Die beispielhafte Annäherungsfunktion f(t) lautet wie folgt:
FIG. 7a shows an exemplary approximation function f(t) for an exemplary first derivation of a voltage curve (which differs from the voltage curve from FIG. 5) by the linear functions f 1 (t), f 2 (t). The approximation function f(t) is shown for an evaluation period between the (selected) start time t A and the (selected) end time t E . The example approximation function f(t) is as follows:
Betrachtet man nun einen linken Bereich zwischen dem Anfangszeitpunkt tA und einem Knick 81 bzw. dem Knickzeitpunkt, so gilt folgendes: und
If one now considers a left-hand area between the starting point in time t A and a bend 81 or the point in time of the bend, the following applies: and
Betrachtet man einen rechten Bereich zwischen dem Knick 81 und dem Endzeitpunkt tE, so gilt folgendes: und
If one considers a right-hand area between the bend 81 and the end time t E , then the following applies: and
Fig. 7b zeigt die obigen Zusammenhänge der Steigungen mi, m2 für den linken und den rechten Bereich, indem ein erster Differenzenquotientenverlauf I1 und ein zweiter Differenzenquotienten- verlauf L2 dargestellt werden, wobei gilt:
Aus Fig. 7b ist ersichtlich, dass der Knick 81 in der Annäherungsfunktion f(t) zu dem Zeitpunkt t vorkommt, bei der Abstand zwischen dem ersten Differenzenquotientenverlauf I1 und dem zwei- ten Differenzenquotientenverlauf I2 am größten ist. Dieser Zeitpunkt t des größten Abstands zwi- schen dem ersten Differenzenquotientenverlauf I1 und dem zweiten Differenzenquotientenver- lauf I2 kann bspw. ermittelt werden, indem eine Hilfsfunktion a(t) wie folgt gebildet wird:
7b shows the above relationships of the gradients mi, m2 for the left and the right area by showing a first difference quotient curve I 1 and a second difference quotient curve L 2 , where the following applies: It can be seen from FIG. 7b that the kink 81 in the approximation function f(t) occurs at the point in time t at which the distance between the first difference quotient curve I 1 and the second difference quotient curve I 2 is greatest. This point in time t of the greatest distance between the first difference quotient curve I 1 and the second difference quotient curve I 2 can be determined, for example, by forming an auxiliary function a(t) as follows:
Alternativ kann die Hilfsfunktion a(t) auch als Differenz zwischen dem ersten Differenzenquoti- entenverlauf I1 und dem zweiten Differenzenquotientenverlauf I2 gebildet werden. Alternatively, the auxiliary function a(t) can also be formed as the difference between the first difference quotient curve I 1 and the second difference quotient curve I 2 .
Da die erste Ableitung des Spannungsverlaufs und somit die Annäherungsfunktion f(t) kontinu- ierlich abnimmt, weisen die Geraden der linearen Funktionen f1(t), f2(t) eine negative Steigung und somit m1, m2 einen negativen Wert auf. Folglich ist in der Kurve der Hilfsfunktion a(t), die in Fig. 7c dargestellt ist, ein (positiver) Peak 87 zu sehen, wobei dieser Peak 87 dem Ankerauf- prallzeitpunkt 35 entspricht. Mit anderen Worten, der Zeitpunkt des Peaks 87 entspricht dem Ankeraufprallzeitpunkt 35. Since the first derivation of the voltage curve and thus the approximation function f(t) decreases continuously, the straight lines of the linear functions f 1 (t), f 2 (t) have a negative gradient and thus m 1 , m 2 have a negative value . Consequently, a (positive) peak 87 can be seen in the curve of the auxiliary function a(t), which is shown in FIG. In other words, the time of peak 87 corresponds to anchor impact time 35.
Somit kann mit der Hilfsunktion a(t) ein knickartiger Abfall in der ersten Ableitung des Span- nungsverlaufs ermittelt werden. Folglich kann auch ein Zeitpunkt des knickartigen Abfalls und somit der Ankeraufprallzeitpunkt rechnerisch und somit einfach ermittelt werden. A sudden drop in the first derivation of the voltage curve can thus be determined with the auxiliary function a(t). Consequently, a point in time of the buckling drop and thus the point in time of the armature impact can also be determined by calculation and thus easily.
Fig. 8a und 8b zeigen eine beispielhafte Auswertung eines Spannungsverlaufs gemäß einem zweiten Beispiel. Dabei ist eine geglättete Kurve 93 für die erste Ableitung des Spannungsver- laufs gemäß dem zweiten Beispiel und die entsprechende Hilfsfunktion a(t) dargestellt. Es ist zu sehen, dass die geglättete Kurve 91 zum Zeitpunkt t= 250 ps (Mikrosekunden) einen knickarti- gen Abfall 93 aufweist und die Hilfsfunktion a(t) zum selben Zeitpunkt t= 250 ps einen Peak (Maximum) 95 aufweist. 8a and 8b show an exemplary evaluation of a voltage profile according to a second example. A smoothed curve 93 for the first derivation of the voltage profile according to the second example and the corresponding auxiliary function a(t) is shown. It can be seen that the smoothed curve 91 has a sharp drop 93 at time t=250 ps (microseconds) and the auxiliary function a(t) has a peak (maximum) 95 at the same time t=250 ps.
Fig. 9a zeigt ein Diagramm, in dem eine erste zeitliche Ableitungen für einen Spannungsverlauf gemäß einem dritten Beispiel dargestellt ist. Es ist zu sehen, dass auf einem ersten knickartigen Abfall 101 ein Abflachen der des Verlaufs 103 folgt. Auf das Abflachen 103 folgt wiederum ein zweiter knickartiger Abfall 105.
Fig. 9b zeigt ein Diagramm mit einer Hilfsfunktion a(t), die für den in Diagramm aus Fig. 9a ge- zeigten Spannungsverlauf gebildet wird. Dabei weist die Hilfsfunktion a(t) einen ersten Peak (Maximum) 113 auf, der dem ersten knickartigen Abfall 101 zuordenbar ist, und einen zweiten Peak 115, der dem zweiten knickartigen Abfall 105 zuordenbar ist. Der Ankeraufprallzeitpunkt 35 entspricht dem ersten Peak 113. Mit anderen Worten, um den Ankeraufprallzeitpunkt 35 mit- hilfe der Hilfsfunktion a(t) zu ermitteln, kann in manchen Ausführungsformen nur der erste Peak (Maximum) 113 ermittelt werden, der innerhalb des Auswertungszeitraums zwischen dem An- fangszeitpunkt tA und dem Endzeitpunkt tE auftritt. Alternativ dazu kann in anderen Ausfüh- rungsformen der Auswertungszeitraum derart gewählt werden, dass nur ein Peak auftritt. FIG. 9a shows a diagram in which a first derivative over time for a voltage profile according to a third example is shown. It can be seen that a flattening of the course 103 follows a first bend-like drop 101 . The flattening out 103 is in turn followed by a second kinked drop 105. FIG. 9b shows a diagram with an auxiliary function a(t) which is formed for the voltage profile shown in the diagram from FIG. 9a. In this case, the auxiliary function a(t) has a first peak (maximum) 113, which can be assigned to the first sharp drop 101, and a second peak 115, which can be assigned to the second sharp drop 105. The armature impact time 35 corresponds to the first peak 113. In other words, in order to determine the armature impact time 35 using the auxiliary function a(t), in some embodiments only the first peak (maximum) 113 can be determined, which occurs within the evaluation period between Start time t A and the end time t E occurs. As an alternative to this, in other embodiments the evaluation period can be selected in such a way that only one peak occurs.
Fig. 10 zeigt schematisch ein beispielhaftes Steuergerät 170, das eingerichtet ist, die oben be- schriebenen Verfahren/Modelle auszuführen. Das Steuergerät 170 ist in einem schematisch dargestellten Kraftfahrzeug 180 angeordnet und kann eine schematisch dargestellte Verbren- nungskraftmaschine 179 steuern. Das Steuergerät 170 umfasst einen Prozessor 172, einen Speicher (elektronisches Speichermedium) 174 und eine Schnittstelle 178. Ferner ist in dem Speicher 174 auch eine Software (ein Computerprogramm) 176 hinterlegt, die dazu ausgelegt ist, die oben beschriebenen Verfahren auszuführen. Der Prozessor 172 ist dazu ausgelegt, Pro- gramminstruktionen der Software 176 auszuführen. Die Schnittstelle 178 ist ferner dazu ausge- legt, Daten zu empfangen und auszusenden. Es kann sich bspw. um eine Schnittstelle zu ei- nem CAN-Bus des Kraftfahrzeugs 180 handeln, über den das Steuergerät 170 Signale emp- fängt und Steuerbefehle aussendet.
FIG. 10 schematically shows an exemplary control unit 170 that is set up to execute the methods/models described above. Control unit 170 is arranged in a motor vehicle 180, shown schematically, and can control an internal combustion engine 179, shown schematically. The control unit 170 includes a processor 172, a memory (electronic storage medium) 174 and an interface 178. Furthermore, software (a computer program) 176 is also stored in the memory 174, which is designed to execute the methods described above. The processor 172 is configured to execute software 176 program instructions. The interface 178 is also designed to receive and transmit data. For example, it can be an interface to a CAN bus of motor vehicle 180, via which control unit 170 receives signals and transmits control commands.
Bezugszeichenliste 1 Spule 3 Hubanschlag 5 Ventilnadel 7 Ruhesitz 9 Ankeranschlag 11 Anker 13 Vorspannelement 15 Ventilsitz 17 Einspritzöffnung 20 Ansteuerstrom-Diagramm 21 Ansteuerzeitpunkt 22 Anzugstromphase 24 Haltestromphase 25 Haltezeitpunkt 27 Abschaltzeitpunkt 29 Ansteuerendzeitpunkt 30 Ankerhub-Diagramm 31 Ankerabhebzeitpunkt 33 Abhebverzögerung 35 Ankeraufprallzeitpunkt 37 (Anker)Flugzeit 39 Zeitspanne maximaler Ankerhub 41 Ankerrückfallzeitpunkt 43 Ankerruhezeitpunkt 45 Rückfallverzögerung 50 Ventilhub-Diagramm 51 Öffnungszeitpunkt 52 Öffnungsverzugszeit 53 Zeitpunkt des Ankeraufprall auf Hubanschlag 55 Zeitspanne maximaler Ventilhub 57 Bewegungsstart der Ventilnadel in Richtung Ventilsitz 59 Ventilschließzeitpunkt 61 Schließverzugszeit 71 erste Ableitung eines ersten Spannungsverlaufs
73 geglätteter Verlauf der ersten Ableitung des ersten Spannungsverlaufs List of reference symbols 1 coil 3 stroke stop 5 valve needle 7 rest seat 9 armature stop 11 armature 13 prestressing element 15 valve seat 17 injection opening 20 activation current diagram 21 activation time 22 pull-in current phase 24 holding current phase 25 holding time 27 switch-off time 29 activation end time 30 armature lift diagram 31 armature lift-off time 33 lift-off delay 35 armature impact time 37 (anchor) flight time 39 period of maximum armature lift 41 armature release time 43 armature rest time 45 release delay 50 valve lift diagram 51 opening time 52 opening delay time 53 time of the armature impact on the stroke stop 55 time span of maximum valve lift 57 start of movement of the valve needle in the direction of the valve seat 59 valve closing time 61 closing delay time 71 first derivation of a first voltage curve 73 smoothed curve of the first derivation of the first voltage curve
75 knickartiger Abfall 75 kinky waste
81 Knick 81 kink
91 erste Ableitung eines zweiten Spannungsverlaufs 91 first derivative of a second voltage profile
93 knickartiger Abfall 93 kinky waste
95 Peak(Maximum) 95 peaks(maximum)
101 erster knickartiger Abfall 101 first kinky descent
103 Abflachen von Verläufen von ersten Ableitungen von Spannungsverläufen103 Flattening of waveforms of first derivatives of voltage waveforms
105 zweiter knickartiger Abfall 105 second kinky descent
111 erster Peak (Maximum) 111 first peak (maximum)
115 zweiter Peak (Maximum) 115 second peak (maximum)
170 Steuergerät 170 controller
172 Prozessor 172 processor
174 Speicher (elektronisches Speichermedium) 174 memory (electronic storage medium)
176 Software 176 Software
178 Schnittstelle 178 interface
179 Verbrennungskraftmaschine 179 internal combustion engine
180 Kraftfahrzeug 180 motor vehicle
100 Injektor 100 injector
200 Verfahren zum Ermitteln des Öffnungszeitpunkts 200 methods for determining the opening time
210 Ermitteln des Ankeraufprallzeitpunkts 210 Determination of anchor impact time
220 Ermitteln der Öffnungsverzugszeit 220 Determination of the opening delay time
230 Ermitteln des Öffnungszeitpunkts 230 Determining the opening time
300 Verfahren zum Bestimmen/Erstellen des Öffnungsverzugszeitmodells 300 Method for determining/creating the opening delay time model
310 Ermitteln der mittleren Schließverzugszeit 310 Determining the mean closing delay time
320 Ermitteln des Vorspannelementmodells 320 Determination of the prestressing element model
330 Ermitteln der mittleren Öffnungsverzugszeit 330 Determination of the mean opening delay time
340 Vergleich mit dem tatsächlichen Durchfluss des Injektors 340 Comparison with the actual flow of the injector
350 Erstellen des Öffnungsverzugszeitmodells 350 Creation of the opening delay time model
400 Verfahren zum Ermitteln des Ankeraufprallzeitpunkts 400 method for determining anchor impact timing
410 Bestimmen von Anfangszeitpunkt und Endzeitpunkt eines Auswertungszeitraums410 Determining the start time and end time of an evaluation period
420 Bilden eines ersten Differenzenquotientenverlaufs 420 forming a first difference quotient curve
430 Bilden eines zweiten Differenzenquotientenverlaufs 430 forming a second difference quotient curve
440 Bilden einer Hilfsfunktion 440 Forming an auxiliary function
450 Ermitteln eines Extremwerts der Hilfsfunktion a(t) Hilfsfunktion
I1 erster Differenzenquotientenverlauf I2 zweiter Differenzenquotientenverlauf tA Anfangszeitpunkt des Auswertungszeitraums tE Endzeitpunkt des Auswertungszeitraums
450 Determination of an extreme value of the auxiliary function a(t) auxiliary function I 1 First difference quotient curve I 2 Second difference quotient curve t A Start time of the evaluation period t E End time of the evaluation period