Title:
Verfahren zur Druckverlaufsermittlung in einer Kraftstoffverteilerleitung einer Verbrennungskraftmaschine
Kind Code:
A1


Abstract:

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Druckverlaufsermittlung in einer Kraftstoffverteilerleitung (12) einer Verbrennungskraftmaschine (10). Hierbei wird durch Düsenbetätigung wenigstens zweier, über die Kraftstoffverteilerleitung (12) miteinander fluidisch verbundener Kraftstoffeinspritzdüsen (30, 50) Kraftstoff in jeweilige Zylinder (14, 16) der Verbrennungskraftmaschine eingespritzt. Von den jeweiligen Düsenbetätigungen der Kraftstoffeinspritzdüsen (30, 50) abhängige Druckverläufe in der Kraftstoffverteilerleitung (12) werden durch Sensoren (20, 22) ermittelt.
Zum Ermitteln eines ersten Druckverlaufs (52, 54, 56) im Bereich einer ersten Kraftstoffeinspritzdüse (30) der Kraftstoffeinspritzdüsen (30, 50) wird dabei ein, einer zweiten Kraftstoffeinspritzdüse (50) der Kraftstoffeinspritzdüsen (30, 50) zugeordneter, zweiter Sensor (22) herangezogen. embedded image




Inventors:
KRENZ OLAV (DE)
MARBACH MICHAEL (DE)
ELLWANGER STEFAN (DE)
Application Number:
DE102016014871A
Publication Date:
06/14/2018
Filing Date:
12/14/2016
Assignee:
DAIMLER AG (Stuttgart, DE)
International Classes:
Domestic Patent References:
DE102010000827A1N/A2011-07-14
DE102005036826A1N/A2007-02-15



Claims:
Verfahren zur Druckverlaufsermittlung in einer Kraftstoffverteilerleitung (12) einer Verbrennungskraftmaschine (10), bei welchem durch Düsenbetätigung wenigstens zweier, über die Kraftstoffverteilerleitung (12) miteinander fluidisch verbundener Kraftstoffeinspritzdüsen (30, 50) Kraftstoff in jeweilige Zylinder (14, 16) der Verbrennungskraftmaschine eingespritzt wird, und bei welchem von den jeweiligen Düsenbetätigungen der Kraftstoffeinspritzdüsen (30, 50) abhängige Druckverläufe in der Kraftstoffverteilerleitung (12) durch Sensoren (20, 22) ermittelt werden, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ermitteln eines ersten Druckverlaufs (52, 54, 56) im Bereich einer ersten Kraftstoffeinspritzdüse (30) der Kraftstoffeinspritzdüsen (30, 50) ein, einer zweiten Kraftstoffeinspritzdüse (50) der Kraftstoffeinspritzdüsen (30, 50) zugeordneter, zweiter Sensor (22) herangezogen wird.

Verfahren nach Anspruch 1dadurch gekennzeichnet, dass als der zweite Sensor (22) ein zu einem, der ersten Kraftstoffeinspritzdüse (30) zugeordneten, ersten Sensor (20), benachbarter Sensor herangezogen wird.

Verfahren nach Anspruch 1 oder 2dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kraftstoffeinspritzdüse (50) beim Ermitteln des ersten Druckverlaufs (52, 54, 56) inaktiv ist.

Description:

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Druckverlaufsermittlung in einer Kraftstoffverteilerleitung einer Verbrennungskraftmaschine, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Um beim Betrieb einer Verbrennungskraftmaschine die Menge an eingespritztem Kraftstoff zu ermitteln, ist es aus dem Stand der Technik bekannt, in kraftstoffführenden Leitungen Druckänderungen infolge von Öffnungs- und Schließvorgängen von Kraftstoffinjektoren zu erfassen und für die Ermittlung der eingespritzten Kraftstoffmenge heranzuziehen.

Aus der DE 10 2010 000 827 A1 ist ein Kraftstoffinjektor mit einem, mit einer Hochdruckseite und einer Niederdruckseite des Injektors kommunizierenden Steuerraum bekannt. Um Betriebsphasen einer Kraftstoffeinspritzung exakt zu ermitteln, ist dem Steuerraum ist ein Kraftsensor oder ein Sensor zur Erfassung charakteristischer Druckänderungen beim Schließen und Öffnen einer Düsennadel des Kraftstoffinjektors zugeordnet.

Die DE 10 2005 036 826 A1 beschreibt einen Kraftstoffinjektor, mittels welchem eine Druckmessung in einem Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine ermöglicht ist. Durch den Brennraumdruck wird eine Düsennadel des Injektors einer Stauchung unterzogen, welche als Verkürzung auf eine piezoelektrische Aktoreinheit übertragen wird. Diese Aktoreinheit erzeugt ein Spannungssignal, welches proportional zum vorherrschenden Brennraumdruck ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Druckverlaufsermittlung der eingangs genannten Art bereitzustellen, durch welches Störeinflüsse beim Ermitteln jeweiliger Druckverläufe verringert werden können.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Die Erfindung geht von einem Verfahren zur Druckverlaufsermittlung in einer Kraftstoffverteilerleitung einer Verbrennungskraftmaschine aus. Hierbei wird durch Düsenbetätigung wenigstens zweier, über die Kraftstoffverteilerleitung miteinander fluidisch verbundener Kraftstoffeinspritzdüsen Kraftstoff in jeweilige Zylinder der Verbrennungskraftmaschine eingespritzt. Des Weiteren werden von den jeweiligen Düsenbetätigungen der Kraftstoffeinspritzdüsen abhängige Druckverläufe in der Kraftstoffverteilerleitung durch Sensoren ermittelt.

Um nun Störeinflüsse beim Ermitteln jeweiliger Druckverläufe zu verringern, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass zum Ermitteln eines ersten Druckverlaufs im Bereich einer ersten Kraftstoffeinspritzdüse der Kraftstoffeinspritzdüsen ein, einer zweiten Kraftstoffeinspritzdüse der Kraftstoffeinspritzdüsen zugeordneter zweiter Sensor herangezogen wird. Dies ist von Vorteil, da hierdurch der von der Düsenbetätigung der ersten Kraftstoffeinspritzdüse abhängige, erste Druckverlauf unter besonders geringen - durch Ansteuern und damit Betätigen der ersten Kraftstoffeinspritzdüse bedingten - Störeinflüssen durch den zweiten Sensor und damit im Bereich der zweiten Kraftstoffeinspritzdüse ermittelt werden kann. Unter Düsenbetätigungen sind dabei jeweilige Öffnungsvorgänge und Schließvorgängen der jeweiligen Kraftstoffeinspritzdüsen zu verstehen, welche zu Druckänderungen in der Kraftstoffverteilerleitung führen. Die Kraftstoffverteilerleitung kann insbesondere Bestandteil eines sogenannten Common-Rail-Systems sein. Dementsprechend kann die Kraftstoffverteilerleitung auch als gemeinsames Verteilerrohr (Common Rail) bezeichnet werden, über welches die verschiedenen Kraftstoffeinspritzdüsen mit Kraftstoff versorgt werden können. Die Kraftstoffeinspritzdüsen können auch als Injektoren bezeichnet werden, bei welchen jeweilige Injektornadeln infolge der Düsenbetätigung angehoben und gesenkt werden, um Kraftstoff über jeweilige Bohrungen der Injektoren in die Zylinder und damit in jeweilige Brennräumen der Verbrennungskraftmaschine einzuspritzen.

Der Erfindung liegt dabei die Erkenntnis zugrunde, dass der in der Kraftstoffverteilerleitung gespeicherte und zumindest weitgehend inkompressible Kraftstoff etwaige, durch Düsenbetätigung einer der Kraftstoffeinspritzdüsen hervorgerufene Druckverlaufsänderungen auch in von dieser Kraftstoffeinspritzdüse entfernte Bereiche innerhalb der Kraftstoffverteilerleitung überträgt. Die Druckverlaufsänderungen werden also durch den in der Kraftstoffverteilerleitung gespeicherten Kraftstoff auch beispielsweise von der ersten Kraftstoffeinspritzdüse bis zu dem, der zweiten Kraftstoffeinspritzdüse zugeordneten zweiten Sensor übertragen. Durch Ermitteln des ersten Druckverlaufs mittels des zweiten Sensor kann allgemein beispielsweise ein Druckeinbruch im Common-Rail-System, also in der Kraftstoffverteilerleitung infolge einer Kraftstoffeinspritzung (Düsenbetätigung) detektiert werden, ohne dass dabei Störungen durch Aktoren des jeweils einspritzenden Injektors mit aufgenommen werden. Allgemein ist klar, dass die Verbrennungskraftmaschine auch eine Mehrzahl an Kraftstoffeinspritzdüsen aufweisen kann, wobei eine Düsenbetätigung einer der Kraftstoffeinspritzdüsen durch einen, einer anderen Kraftstoffeinspritzdüse zugeordneten Sensoren zumindest weitgehend störungsfrei erfasst werden kann.

Durch dieses Verfahren können auch bei besonders kurzen bzw. kleinen Nadelhüben der jeweiligen Kraftstoffeinspritzdüsen und damit einhergehenden, Kleinsteinspritzmengen des Kraftstoffes bzw. damit einhergehenden, minimalen Druckverlaufsänderungen die jeweiligen Druckverläufe unter zumindest deutlich verringerten Störeinflüssen durch die Aktoren der jeweils einspritzenden Kraftstoffeinspritzdüse ermittelt werden. Mit anderen Worten kann also eine Störsignaleinkoppelung beim Ermitteln der jeweiligen Druckverläufe zumindest weitgehend unterbunden werden.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird als der zweite Sensor ein zu einem, der ersten Kraftstoffeinspritzdüse zugeordneten, ersten Sensor, benachbarter Sensor herangezogen. Dies ist von Vorteil, da hierdurch einerseits eine zumindest weitgehende Minimierung von Störeinflüssen ermöglicht ist und andererseits eine besonders kurze Distanz zwischen einem Verursacher der Druckverlaufsänderung und dem (benachbarten) Sensor besteht. Dadurch ist ein Erfassen der Druckverlaufsänderung unter relativ geringen Verzögerungen ermöglicht. Die erste Kraftstoffeinspritzdüse und die zweite Kraftstoffeinspritzdüse können allgemein unterschiedlichen Zylindern der Verbrennungskraftmaschine zugeordnet sein.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die zweite Kraftstoffeinspritzdüse beim Ermitteln des ersten Druckverlaufs inaktiv. Dadurch können Störeinflüsse beim Ermitteln des ersten Druckverlaufs durch den zweiten Sensor besonders weitgehend unterbunden werden. Unter dem Begriff „inaktiv“ ist dabei zu verstehen, dass die zweite Kraftstoffeinspritzdüse in einer Ruhestellung und damit in einer Schließstellung ist, in welcher kein Kraftstoff über die zweite Kraftstoffeinspritzdüse eingespritzt wird und keine Betätigung der Schaltkette bzw. der Aktorik erfolgt.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Dabei zeigen:

  • 1 ein Diagramm, welches qualitativ jeweilige zueinander gehörende Leitungsdrücke, Ansteuerspannungen, Druckverlaufskurven und Einspritzraten von aufeinanderfolgenden Düsenbetätigungen einer Einspritzdüse zeigt, wobei die Druckverlaufskurven durch ein aus dem Stand der Technik bekanntes Messverfahren ermittelt wurden, bei welchem die Druckverlaufskurven durch einen dieser Einspritzdüse zugeordneten Sensor gemessen wurden;
  • 2 eine schematische und ausschnittsweise Darstellung einer Kraftstoffverteilerleitung, mittels welcher Kraftstoff auf verschiedene Kraftstoffeinspritzdüsen verteilbar ist, wobei die Kraftstoffeinspritzdüsen jeweiligen Zylindern einer Verbrennungskraftmaschine zugeordnet sind; und
  • 3 ein weiteres Diagramm, welches qualitativ jeweilige zueinander gehörende Leitungsdrücke, Ansteuerspannungen, Druckverlaufskurven und Einspritzraten von aufeinanderfolgenden Düsenbetätigung einer ersten Kraftstoffeinspritzdüse der Kraftstoffeinspritzdüsen zeigt, wobei die Druckverlaufskurven durch einen einer zweiten Kraftstoffeinspritzdüse der Kraftstoffeinspritzdüsen zugeordneten, zweiten Sensor gemessen wurden.

1 und 3 zeigen jeweils ein Diagramm, bei welchem ein Leitungsdruckabschnitt 110, ein Ansteuerspannungsabschnitt 112, ein Drucksignalabschnitt 114 sowie ein Einspritzratenabschnitt 116 über einem Verlauf eines Kurbelwinkels 118 einer Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine 10 für 3 verschiedene Einspritzmengen aufgetragen sind.

1 zeigt in qualitativer Darstellung jeweilige Leitungsdrücke 80, 82, 84, Ansteuerspannungen 86, 88, 90, Druckverlaufskurven 92, 94, 96 sowie Einspritzraten 98, 100, 102 einer Einspritzdüse. Die Druckverlaufskurven 92, 94, 96 wurden hierbei nach einem, aus dem Stand der Technik bekannten Messverfahren ermittelt, bei welchem die Druckverlaufskurven 92, 94, 96 mittels eines, der Einspritzdüse zugeordneten Sensors und damit unmittelbar an der Einspritzdüse gemessen wurden. Dabei ist erkennbar, dass die Druckverlaufskurven 92, 94, 96 von einem erheblichen Messrauschen überlagert sind. Jeweilige, durch Betätigung (öffnen und schließen) der Einspritzdüse hervorgerufene Druckänderungen unterliegen also aufgrund der Messung der Druckverlaufskurven 92, 94, 96 unmittelbar an der aktiven Einspritzdüse einer erheblichen Störsignaleinkoppelung (z.B. Betätigung der Schaltkette inklusive Aktorik), welche eine Auswertung der Druckverlaufskurven 92, 94, 96 und somit eine Bestimmung einer Nadelbewegung (einer Injektornadel der Einspritzdüse) sogar teilweise unmöglich machen können.

2 zeigt eine schematische und ausschnittsweise Darstellung einer Kraftstoffverteilerleitung 12 eines Common-Rail-Systems. Die Kraftstoffverteilerleitung 12 ist an einer ebenfalls ausschnittsweise dargestellten Verbrennungskraftmaschine 10 angeordnet, von welcher vorliegend lediglich zwei Zylinder, nämlich ein erster Zylinder 14 und ein zweiter Zylinder 16 dargestellt sind. Mittels der Kraftstoffverteilerleitung 12 ist Kraftstoff auf verschiedene Kraftstoffeinspritzdüsen, nämlich eine erste Kraftstoffeinspritzdüse 30 und eine zweite Kraftstoffeinspritzdüse 50 verteilbar. Es ist allgemein klar, dass allgemein noch weitere, hier nicht gezeigte Zylinder sowie weitere, mit der Kraftstoffverteilerleitung 12 fluidisch verbundene Kraftstoffeinspritzdüsen vorgesehen sein können. Durch Düsenbetätigung der, über die Kraftstoffverteilerleitung 12 miteinander fluidisch verbundenen Kraftstoffeinspritzdüsen 30, 50 kann Kraftstoff in die jeweiligen Zylinder 14, 16 der Verbrennungskraftmaschine eingespritzt werden.

Des Weiteren können von den jeweiligen Düsenbetätigungen der Kraftstoffeinspritzdüsen 30, 50 abhängige Druckverläufe besonders störungsfrei durch jeweilige Sensoren 20, 22 ermittelt werden, indem zum Ermitteln jeweiliger, in 3 qualitativ dargestellter erster Druckverläufe 52, 54, 56 im Bereich der ersten Kraftstoffeinspritzdüse 30 der, der zweiten Kraftstoffeinspritzdüse 50 zugeordnete, zweite Sensor 22 herangezogen wird. Mit anderen Worten werden also die, durch Düsenbetätigung, also durch Öffnungsvorgänge und Schließvorgänge einer Injektornadel der ersten Kraftstoffeinspritzdüse 30 hervorgerufenen Änderungen der Druckverläufe 52, 54, 56 durch den, der zweiten Kraftstoffeinspritzdüse 50 zugeordneten, zweiten Sensor 22 gemessen. Aus dieser Messung resultierende Messsignale können an eine Recheneinrichtung 24, welche beispielsweise ein Steuergerät der Verbrennungskraftmaschine 10 sein kann, übermittelt werden. Die beiden Sensoren 20, 22 können beispielsweise als piezoelektrische Sensoren ausgebildet sein. Bei dem zweiten Sensor 22 handelt es sich, wie aus 2 hervorgeht, um einen, zu dem ersten Sensor 20 benachbarten Sensor, wobei auch dementsprechend die beiden Zylinder 14, 16 zueinander benachbart, also nebeneinander angeordnet sind.

3 zeigt ebenfalls in qualitativer Darstellung, neben den jeweiligen, durch Düsenbetätigung der ersten Kraftstoffeinspritzdüse 30 hervorgerufenen, ersten Druckverläufe 52, 54, 56 auch jeweils zugehörige Leitungsdrücke 58, 60, 62, Ansteuerspannungen 64, 66, 68 sowie Einspritzraten 70, 72, 74. Aus der Zusammenschau von 1 und 3 ist erkennbar, dass durch das - der 3 zugrunde liegende - Ermitteln, also durch das Messen der ersten Druckverläufe 52, 54, 56 mittels des zweiten Sensor 22 eine im Vergleich zu aus dem Stand der Technik ( 1) bekannten Messverfahren erhebliche Verringerung eines Messrauschens der ersten Druckverläufe 52, 54, 56 einhergeht. Beim Ermitteln der jeweiligen, der ersten Kraftstoffeinspritzdüse 30 zugeordneten, ersten Druckverläufe 52, 54, 56 ist die zweite Kraftstoffeinspritzdüse 50 inaktiv.

Zusammenfassend ermöglicht das vorliegende Verfahren allgemein eine besonders exakte Bestimmung auch von besonders gering ausgeprägten Düsenbetätigungen also kleinen Nadelhüben von jeweiligen Injektornadeln der jeweiligen Kraftstoffeinspritzdüsen 30, 50 und damit auch eine Bestimmung von Kleinsteinspritzmengen des Kraftstoffs. Derartige Kleinsteinspritzmengen an Kraftstoff werden beispielsweise im Rahmen sogenannter Piloteinspritzungen bzw. Voreinspritzungen in die Zylinder 14, 16 und damit in jeweilige Brennräume der Verbrennungskraftmaschine 10 eingespritzt. Da alle Kraftstoffeinspritzdüsen 30, 50 (Injektoren) über die gemeinsame Kraftstoffverteilerleitung 12 miteinander fluidisch und damit druckübertragend gekoppelt sind, ist es möglich, jeweilige Druckeinbrüche der Druckverläufe 52, 54, 56 die durch den jeweils einspritzenden Injektor (im vorliegenden Ausführungsbeispiel: die erste Kraftstoffeinspritzdüse 30) ausgelöst werden, auch an den Sensoren (hier: zweiter Sensor 22) der anderen Injektoren (im vorliegenden Ausführungsbeispiel: die zweite Kraftstoffeinspritzdüse 50) zu detektieren und damit zu erfassen. Da die weiteren Zylinder (hier: zweiter Zylinder 16) zum Einspritzzeitpunkt des „aktiven“ ersten Zylinders 14 nicht angesteuert werden - und dementsprechend im vorliegenden Ausführungsbeispiel die zweite Kraftstoffeinspritzdüse 50 inaktiv ist - können jeweilige, die ersten Druckverläufe 52, 54, 56 charakterisierende Drucksignale ohne Einkopplung von durch Injektor-Schaltketten bedingte Störungen mittels des zweiten Sensor 22 abgegriffen und damit gemessen werden. Somit besteht die Möglichkeit, eine Closed-Loop-Regelung in Bereiche der Kraftstoffverteilerleitung 12 auszudehnen, in der eine Mengendetektion am einspritzenden Injektor nicht möglich ist. Damit ist eine hohe Robustheit gegenüber jeweiligen, durch den jeweiligen Injektor bedingte Eigenstörungen (infolge der Düsenbetätigungen) beim Ermitteln der jeweiligen Druckverläufe 52, 54, 56 gegeben.

Bezugszeichenliste

10
Verbrennungskraftmaschine
12
Kraftstoffverteilerleitung
14
erster Zylinder
16
zweiter Zylinder
20
erster Drucksensor
22
zweiter Drucksensor
24
Recheneinrichtung
30
erste Kraftstoffeinspritzdüse
50
zweite Kraftstoffeinspritzdüse
52
erster Druckverlauf
54
erster Druckverlauf
56
erster Druckverlauf
58
Leitungsdruck
60
Leitungsdruck
62
Leitungsdruck
64
Ansteuerspannung
66
Ansteuerspannung
68
Ansteuerspannung
70
Einspritzrate
72
Einspritzrate
74
Einspritzrate
80
Leitungsdruck
82
Leitungsdruck
84
Leitungsdruck
86
Ansteuerspannung
88
Ansteuerspannung
90
Ansteuerspannung
92
Druckverlaufskurve
94
Druckverlaufskurve
96
Druckverlaufskurve
98
Einspritzrate
100
Einspritzrate
102
Einspritzrate
110
Leitungsdruckabschnitt
112
Ansteuerspannungsabschnitt
114
Drucksignalabschnitt
116
Einspritzratenabschnitt
118
Kurbelwinkel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG

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Zitierte Patentliteratur

  • DE 102010000827 A1 [0003]
  • DE 102005036826 A1 [0004]