EP1488088B1 - Verfahren und vorrichtung zur detektion des einschlagzeitpunktes der ventilnadel eines piezo-steuerventils - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur detektion des einschlagzeitpunktes der ventilnadel eines piezo-steuerventils Download PDF

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EP1488088B1
EP1488088B1 EP03720240A EP03720240A EP1488088B1 EP 1488088 B1 EP1488088 B1 EP 1488088B1 EP 03720240 A EP03720240 A EP 03720240A EP 03720240 A EP03720240 A EP 03720240A EP 1488088 B1 EP1488088 B1 EP 1488088B1
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EP
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piezo
impact
moment
voltage
control valve
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Richard Pirkl
Harald Schmidt
Peter Voigt
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Continental Mechatronic Germany GmbH and Co KG
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Volkswagen Mechatronic GmbH and Co KG
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    • F02M61/205—Means specially adapted for varying the spring tension or assisting the spring force to close the injection-valve, e.g. with damping of valve lift

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for detecting the impact time of the valve needle of a piezo control valve of a pump-nozzle unit. Furthermore, the invention relates to a method and an apparatus for controlling and / or regulating the operation of a piezo control valve of a pump-nozzle unit.
  • Pump-nozzle units are used for supplying fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine.
  • This may be, for example, a pump-nozzle unit with a controllable and / or controllable fuel pump, a fuel injector, which has a between a closed position and an open position reciprocating nozzle needle, a first pressure chamber of the fuel pump with below a first pressurized fuel is fillable, a second pressure chamber, wherein in the second pressure chamber at a second pressure stationary fuel exerts a closing force on the nozzle needle, and a third pressure chamber communicating with the first pressure chamber, wherein in the third pressure chamber below a third Pressurized fuel exerts an opening force on the nozzle needle.
  • Pump-nozzle units are used in particular in connection with pressure-controlled injection systems.
  • An essential feature of a pressure-controlled injection system is that the fuel injector opens as soon as an opening force, which is influenced at least by the prevailing pressure, is exerted on the nozzle needle.
  • Such pressure-controlled injection systems are used for fuel metering, fuel preparation, the formation of the course of injection and a seal of the fuel supply against the combustion chamber of the internal combustion engine.
  • pressure controlled Injection systems can be the temporal course of the flow rate during the injection control in an advantageous manner. This can have a positive influence on the engine's performance, fuel consumption and pollutant emission.
  • the fuel pump and the fuel injector are typically formed as an integral component.
  • at least one pump-nozzle unit is provided, which is usually installed in the cylinder head.
  • the fuel pump typically includes a fuel pump piston reciprocating in a fuel pump cylinder, which is driven either directly via a plunger or indirectly via rocker arms of a camshaft of the internal combustion engine.
  • the usually the first pressure chamber forming portion of the fuel pump cylinder is connected via a control valve with a fuel low pressure region, wherein sucked with the control valve open fuel from the low-pressure fuel area in the first pressure chamber and pushed back at further open control valve from the first pressure chamber in the low-pressure fuel area becomes.
  • the fuel pump piston compresses the fuel in the first pressure chamber and thus builds up the pressure.
  • the control valve in the form of a solenoid valve.
  • solenoid valves usually have a relatively long response time, which is particularly due to the fact that the magnet armature of a solenoid valve can not be accelerated arbitrarily fast due to the mass inertia forces dependent on its mass.
  • the structure of the magnetic field for generating the tightening force requires time.
  • a pump-nozzle unit equipped with a solenoid valve is known, for example, from EP 0 277 939 B1.
  • pump-nozzle units with a control valve which is operated piezoelectrically.
  • a pump-nozzle unit is known for example from DE 198 35 494 A1.
  • Pump-nozzle units with a piezo control valve may have problems with injection quantity accuracy. This is in particular due to the fact that the actual closing and opening times of the piezo control valve in operation are not known.
  • the piezo actuator in the piezo control valve In order to minimize injection quantity scattering, the piezo actuator in the piezo control valve must be charged or discharged as accurately as possible, for example for setting the beginning, duration and energy of a valve closing operation.
  • mechanical manufacturing tolerances, wear, temperature and aging processes can lead to an undefined closing and / or opening process.
  • an injection valve with a control circuit and a method for controlling an injection valve is known.
  • the control circuit is connected to a sensor which detects the pressure in the control room.
  • the actuator that influences the access control room is controlled for a precise injection process.
  • a control circuit and sensors and a voltmeter are provided to detect the pressure in the control room.
  • the pressure in the control chamber is also applied to the piezoelectric actuator, wherein a voltage is detected at the terminals of the piezoelectric actuator with the voltmeter and to the control circuit is passed on.
  • the recorded voltage is compared with tables and based on the tables a pressure in the control room determined.
  • a striking of a control piston, which is in communication with the nozzle needle be detected in that when hitting the terminals of the piezoelectric actuator, a voltage increase occurs, which is detected by the control circuit.
  • a piezoelectric injection valve which controls a servo valve for actuating the nozzle needle with the aid of the piezoelectric actuator.
  • the piezoelectric actuator is used to detect the contact between the nozzle needle and a closing member of the servo valve.
  • a piezoelectrically operated injection valve in which a sensor is used, which detects the movement of the nozzle needle. In case of malfunction, the piezoelectric actuator is driven accordingly to compensate for the malfunction.
  • JP 06177449 A a circuit arrangement is known which detects exact values of the expansion and shortening of a piezoelectric actuator.
  • the evaluation circuit monitors the Current and voltage over time and determines from the energy value and the time the exact value for the change in length.
  • the invention has for its object to provide a method and an apparatus with which or with the actual closing and / or opening times of the piezo control valve can be detected.
  • the inventive method for detecting the impact time of the valve needle, a piezo control valve of a pump-nozzle unit is characterized in that the detection of the Einschlagzeitrelatess of the valve needle by evaluation of the piezoelectric voltage and / or the piezoelectric current takes place.
  • the Einschlagzeitrelatess the valve needle is obtained in particular a feedback for the actual closing time of the piezo control valve and for the opening behavior.
  • This feedback can be used in a particularly advantageous manner for higher-level controls and / or regulations.
  • the solution according to the invention for example, the determination of the actual start of delivery is possible.
  • the running times of the piezo control valve during closing and opening can be used for more accurate positioning of the valve needle and the setting of a sufficient seat reserve is possible for the entire operating time.
  • the evaluation of the piezo voltage comprises the detection of at least one discontinuity in the course of the piezo voltage.
  • the Control valve mechanism such as pressure plate, lever and valve needle
  • the counterforce on the piezo actuator is suddenly increased by the mechanical coupling, which is reflected directly in the piezo voltage as a point of discontinuity.
  • a suitable detection circuit which is a differentiator with downstream threshold detection, it is possible to detect this discontinuity in the electrical measured variable.
  • the evaluation of the piezoelectric voltage comprises the detection of at least one pulse in the course of the piezoelectric voltage.
  • the control valve mechanism such as pressure plate, lever and valve needle
  • the receding piezo actuator not follow force-locking.
  • the valve needle is accelerated so much during the opening process by the Abêtpuls that occurs when it hits the piezo actuator already in the starting position, a mechanical force pulse.
  • charge carriers are induced, which leads to a voltage pulse, for example, between an output stage and the piezoactuator.
  • This pulse of the electrical measured variable can be detected with a detection circuit, which can be formed for example by a simple threshold detection.
  • the method for controlling and / or regulating the operation of a piezo control valve of a pump-nozzle unit that the impact time detected by the method according to the invention for detecting the impact time and / or by the device according to the invention for detecting the impact time Valve needle of the piezo control valve on a known time Auxiliary size is related.
  • the known temporal auxiliary variable may be, for example, a suitable control signal.
  • the known time auxiliary variable comprises a control signal that defines the beginning or the end of a fuel injection.
  • SOI start of injection
  • the time offset between the time of impact of the valve needle and the SOI signal corresponds to the transit time between the start of energization and the actual start of delivery of the pump-nozzle unit. Since it is possible to correlate the transit time to the energy introduced, it is possible, for example, to determine a seat force reserve.
  • the inventive device for detecting the Einschlagzeityak the valve needle of a piezo control valve of a pump-nozzle unit is characterized in that it evaluates the piezoelectric voltage and / or the piezoelectric current for detecting the Einschlagzeitrelatess the valve needle.
  • the detection circuit has a differentiator with downstream threshold detection.
  • the evaluation of the piezo voltage comprises the detection of at least one discontinuity in the course of the piezo voltage and / or of the piezoelectric current.
  • the evaluation of the piezoelectric voltage comprises the detection of at least one pulse in the course of the piezoelectric voltage.
  • the device according to the invention for controlling and / or regulating the operation of a piezo control valve of a pump-nozzle unit is characterized in that it comprises a method according to the invention for detecting the point of impact of the valve needle and / or an inventive device for detecting the impact time the valve needle detected impact time of the valve needle of the piezo control valve refers to a known time auxiliary value.
  • the known temporal auxiliary variable comprises a control signal which determines the start or the end of a fuel injection.
  • the invention is based on the finding that the piezoelectric voltage signals are superimposed, which can be used for feedback, especially in connection with regulations for the injection quantity correction.
  • FIG. 1 shows schematically a pump-nozzle unit.
  • the illustrated pump-nozzle unit for supplying fuel 10 into a combustion chamber 12 of an internal combustion engine has a fuel pump 14-22.
  • a fuel pump piston 14 in a fuel pump cylinder 16 is movable back and forth.
  • the fuel pump piston 14 is driven directly or indirectly via a camshaft, not shown, of the internal combustion engine.
  • the compression space of the fuel pump cylinder 16 forms a first pressure chamber 28.
  • the first pressure chamber 28 is connected via a fuel line 20 to a piezo control valve 22.
  • the piezo control valve 22 serves to either close the fuel line 20 or to connect it to a fuel low-pressure region 18, from which fuel 10 can be sucked.
  • the illustrated unit injector further includes a fuel injector, generally designated 24, which reciprocates between a closed position and an open position Nozzle needle 46 has.
  • a pressure pin 26 can, in relation to the representation of FIG. 1, in particular exert a downward force on the nozzle needle 46.
  • a shim 40 is provided, which is guided in a second pressure chamber 30, wherein in the second pressure chamber 30 at a second pressure p 30 standing fuel 10 via the pressure pin 26 with respect to the illustration of Figure 1 down directed closing force on the nozzle needle 46 exerts.
  • the shim 40 is preferably only so strongly sealed relative to the second pressure chamber 30 that the second pressure p 30 is already degraded before the start of a new injection cycle.
  • a further downwardly directed further closing force is exerted by a first spring 36 on the pressure pin 26 and thus the nozzle needle 46, wherein the first spring 36 is disposed in the second pressure chamber 30 and is supported with its rear end on the dial 40.
  • a shoulder 44 having a portion of the nozzle needle 46 is surrounded by a third pressure chamber 32 which communicates with the first pressure chamber 28 via a connecting line 42.
  • a third pressure p 32 is built up in the third pressure chamber 32 as a function of the first pressure p 28 prevailing in the first pressure chamber 28.
  • the standing in the third pressure chamber 32 under the third pressure P 32 fuel 10 exerts a relation to the illustration of Figure 1 upward opening force on the nozzle needle 46.
  • the nozzle needle 46 assumes its open position as long as a difference between the opening force caused by the third pressure p 32 and the sum of the closing force generated by the second pressure p 30 and the closing force generated by the first spring 36 exceeds a predetermined value.
  • the nozzle opening pressure can be influenced via the second pressure p 30 in the second pressure chamber 30.
  • a pressure limiting device can be provided. and -halteventil 34 may be provided between the first pressure chamber 28 and the second pressure chamber 30.
  • the coupling of an embodiment of the device 80 according to the invention to the piezo control valve 22 explained in more detail with reference to FIG. 2 is also shown in FIG.
  • FIG. 2 shows a schematic partial sectional view of a piezo control valve 22 which can be used with the pump-nozzle unit of Figure 1.
  • the illustrated piezo-control valve 22 has a valve needle 48 which can be moved to close the piezo control valve 22 in the illustrated first end position and the complete opening of the piezo control valve 22 in a second end position, which moved relative to the representation to the right is.
  • a valve plate 64 provided on the valve needle 48 cooperates with a housing-side valve seat 62.
  • the low-pressure fuel area 18 is closed relative to a high-pressure chamber 38, which communicates with the fuel line 20 shown in FIG.
  • the piezo control valve 22 has a piezoactuator or a piezoelectric element 76. With suitable control of the piezoelectric element 76, this exerts a force on a pressure piece 54 via an end face 78.
  • the pressure member 54 transmits the force generated by the piezoelectric element 76 in turn to a first lever 56 and a second lever 58, wherein the first lever 56 and the second lever 58 are provided to effect a power transmission.
  • the first lever 56 and the second lever 58 abut against a second axial end surface 72 of the valve needle 48 to transmit the translated force generated by the piezo element 76 to the valve needle 48.
  • the translated force generated by the suitably driven piezoelectric element 76 acting on the valve needle 48 is greater than an opposing force generated by a second spring 66 and exerted via a spring pressure member 68 on a first axial end surface 70 of the valve needle 48.
  • the low-pressure fuel area 18 is connected to a Abêtraum 50 in connection, which is also connected via a balancing bore 52 with a located in front of the piezoelectric element 76 actuator chamber 74 in connection.
  • This actuator chamber 74 is in communication with a return 60, via which fuel can flow back out of the actuator chamber 74.
  • FIG. 3 shows an example of the course of the piezo voltage u (t), the time derivative of the piezo voltage u '(t) and the valve needle stroke h (t) for an injection.
  • the time derivative of the piezoelectric voltage u '(t) for example, discontinuities of the course of the piezoelectric voltage u (t) can be detected in a simple manner.
  • FIG. 4 shows the course of the piezo voltage u (t), of the piezoelectric current i (t) and of the valve needle stroke h (t) for a closing operation of the piezo control valve.
  • the piezo control valve is actually closed.
  • the time t c corresponding to the moment of impact of the valve needle 48.
  • the reaction force on the piezo actuator 76 by the mechanical coupling is abruptly increased, which directly in a discontinuity in the piezo voltage U (t)
  • Time t c reflects.
  • This discontinuity of the piezo voltage u (t) can be detected, for example, via the time derivative of the piezo voltage u '(t).
  • a detection circuit is therefore, for example, a differentiator with downstream threshold detection in question.
  • the detected discontinuity of the piezoelectric voltage u (t) at the time t c that is the impact time of the valve needle 48, can now be assigned to a known auxiliary variable in time, for example an SOI signal which changes its value at the time t SOI to trigger the start of injection ,
  • the time interval between the time t SOI and the time t c corresponds in this case, the time between the start of energization and the actual start of delivery of the pump-nozzle unit.
  • FIG. 5 shows the course of the piezoelectric voltage for an injection process with different piezoelectric energies.
  • the individual curves from top to bottom correspond to the voltage values 150 V, 140 V, 130 V, 120 V, 110 V and 100 V.
  • FIG. 6 shows a detail of the curves of FIG. 5 with impact times of the valve needle 48 during the closing process of the piezo control valve 22 based on a known SOI signal.
  • the illustration of FIG. 6 shows that the impact time t c for lower piezo voltages u (FIG. t) moves backwards.
  • the impact time t C1 corresponds to the voltage of 150 V
  • the impact time t C2 corresponds to the voltage of 100 V.
  • the impact times t C1 and t C2 can be set again in time with respect to the SOI signal.
  • FIG. 7 shows the course of the piezo voltage u (t), of the piezostream i (t) and of the valve needle stroke h (t), in particular also for the opening operation of the piezo control valve 22. Furthermore, the charge profile q (t), which is of no interest here, is shown .
  • the valve mechanism can not follow the receding piezoelectric actuator 76 non-positively. Nevertheless, the valve needle 48 is accelerated so much during the opening process by the Abêtpuls that occurs when hitting the already in its initial position piezoelectric actuator 76 at the time t o a mechanical force pulse.
  • the invention can be summarized as follows: The detection of the impact time of the valve needle 48 of a piezo control valve 22 of a pump-nozzle unit when closing and / or opening the piezo control valve 22 is carried out according to the invention by the piezo voltage u (t) and / or piezoelectric current i (t) are evaluated. This evaluation can in particular include the detection of discontinuities and / or pulses in the course of the piezo voltage u (t) and / or the piezoelectric current i (t). The detected impact time can be brought in an advantageous manner in temporal relation to a known auxiliary size, in particular for regulatory purposes.

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Abstract

Die Detektion des Einschlagzeitpunktes der Ventilnadel (48) eines Piezo-Steuerventils (22) einer Pumpe-Düse-Einheit beim Schliessen und/oder Öffnen des Piezo-Steuerventils (22) wird erfindungsgemäss durchgeführt, indem die Piezospannung (u(t)) und/oder Piezostrom (i(t)) ausgewertet werden. Diese Auswertung kann insbesondere das Erkennen von Unstetigkeiten und/oder Impulsen im Verlauf der Piezospannung (u(t)) und/oder des Piezostroms (i(t)) umfassen. Der detektierte Einschlagzeitpunkt kann in vorteilhafter Weise in zeitlichen Bezug zu einer bekannten Hilfsgrösse (SOI, EOI) gebracht werden, insbesondere zu Regelungszwecken.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Detektion des Einschlagzeitpunktes der Ventilnadel eines Piezo-Steuerventils einer Pumpe-Düse-Einheit. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung und/oder Regelung des Betriebs eines Piezo-Steuerventils einer Pumpe-Düse-Einheit.
  • Pumpe-Düse-Einheiten dienen zum Zuführen von Kraftstoff in einen Verbrennungsraum einer Brennkraftmaschine. Dabei kann es sich beispielsweise um eine Pumpe-Düse-Einheit mit einer Steuer- und/oder regelbaren Kraftstoffpumpe, einer Kraftstoffeinspritzdüse, die eine zwischen einer Schließstellung und einer Öffnungsstellung hin und her bewegliche Düsennadel aufweist, einem ersten Druckraum, der von der Kraftstoffpumpe mit unter einem ersten Druck stehenden Kraftstoff befüllbar ist, einem zweiten Druckraum, wobei in dem zweiten Druckraum unter einem zweiten Druck stehender Kraftstoff eine Schließkraft auf die Düsennadel ausübt, und einen dritten Druckraum, der mit dem ersten Druckraum kommuniziert, wobei in dem dritten Druckraum unter einem dritten Druck stehender Kraftstoff eine Öffnungskraft auf die Düsennadel ausübt, handeln.
  • Pumpe-Düse-Einheiten werden insbesondere im Zusammenhang mit druckgesteuerten Einspritzsystemen verwendet. Ein wesentliches Merkmal eines druckgesteuerten Einspritzsystems besteht darin, dass die Kraftstoffeinspritzdüse öffnet, sobald eine zumindest vom aktuell herrschenden Drücken beeinflusste Öffnungskraft auf die Düsennadel ausgeübt wird. Derartige druckgesteuerte Einspritzsysteme dienen der Kraftstoffdosierung, der Kraftstoffaufbereitung, der Formung des Einspritzverlaufs und einer Abdichtung der Kraftstoffzuführung gegen den Verbrennungsraum der Brennkraftmaschine. Mit druckgesteuerten Einspritzsystemen lässt sich der zeitliche Verlauf des Mengenstroms während der Einspritzung in vorteilhafter Weise steuern. Damit kann ein positiver Einfluss auf die Leistung, den Kraftstoffverbrauch und die Schadstoffemission des Motors genommen werden.
  • Bei Pumpe-Düse-Einheiten sind die Kraftstoffpumpe und die Kraftstoffeinspritzdüse in der Regel als integriertes Bauteil ausgebildet. Für jeden Verbrennungsraum der Brennkraftmaschine wird zumindest eine Pumpe-Düse-Einheit vorgesehen, die in der Regel in den Zylinderkopf eingebaut wird. Die Kraftstoffpumpe umfasst dabei typischerweise einen in einem Kraftstoffpumpenzylinder hin und her beweglichen Kraftstoffpumpenkolben, der entweder direkt über einen Stößel oder indirekt über Kipphebel von einer Nockenwelle der Brennkraftmaschine angetrieben wird. Der üblicherweise den ersten Druckraum bildende Abschnitt des Kraftstoffpumpenzylinders ist über ein Steuerventil mit einem Kraftstoff-Niederdruckbereich verbindbar, wobei bei geöffnetem Steuerventil Kraftstoff von dem Kraftstoff-Niederdruckbereich in den ersten Druckraum angesaugt und bei weiterhin geöffnetem Steuerventil von dem ersten Druckraum in den Kraftstoff-Niederdruckbereich zurückgedrückt wird. Sobald das Steuerventil geschlossen wird, erfolgt durch den Kraftstoffpumpenkolben eine Komprimierung des in dem ersten Druckraum befindlichen Kraftstoffs und somit ein Druckaufbau. Es ist bekannt, das Steuerventil in Form eines Magnetventils vorzusehen. Magnetventile weisen jedoch üblicherweise eine relativ lange Ansprechzeit auf, was insbesondere dadurch bedingt ist, dass der Magnetanker eines Magnetventils aufgrund der von seiner Masse abhängigen Massenträgheitskräfte nicht beliebig schnell beschleunigt werden kann. Weiterhin erfordert auch der Aufbau des Magnetfeldes zur Erzeugung der Anzugskraft Zeit. Eine mit einem Magnetventil ausgestattete Pumpe-Düse-Einheit ist beispielsweise aus der EP 0 277 939 B1 bekannt.
  • Um die durch die Verwendung von Magnetventilen hervorgerufenen Probleme zu vermeiden, ist es weiterhin bereits bekannt, Pumpe-Düse-Einheiten mit einem Steuerventil auszustatten, das piezoelektrisch betrieben wird. Eine derartige Pumpe-Düse-Einheit ist beispielsweise aus der DE 198 35 494 A1 bekannt.
  • Um bei einem Einspritzvorgang neben einer Haupteinspritzmenge eine zusätzliche Voreinspritzmenge und/oder eine zusätzliche Nacheinspritzmenge in den Verbrennungsraum einzubringen, ist es weiterhin bekannt, während eines Einspritzzyklus mehrere in kurzen Zeitabständen aufeinanderfolgende Einspritzimpulse auszulösen.
  • Bei Pumpe-Düse-Einheiten mit einem Piezo-Steuerventil können Probleme hinsichtlich der Einspritzmengengenauigkeit auftreten. Dies ist insbesondere dadurch mitbegründet, dass die tatsächlichen Schließ- und Öffnungszeitpunkte des Piezo-Steuerventils in Betrieb nicht bekannt sind. Um Einspritzmengenstreuungen möglichst gering zu halten, muss der Piezo-Aktuator im Piezo-Steuerventil möglichst genau geladen beziehungsweise entladen werden, beispielsweise zur Einstellung von Beginn, Dauer und Energie eines Ventilschließvorgangs. Weiterhin können auch mechanische Fertigungstoleranzen, Verschleiß, Temperatur und Alterungsprozesse zu einem undefinierten Schließ- und/oder Öffnungsvorgang führen.
  • Aus DE 100 24 662 A1 ist ein Einspritzventil mit einer Steuerschaltung und ein Verfahren zum Steuern eines Einspritzventils bekannt. Die Steuerschaltung ist mit einem Sensor verbunden, der den Druck im Steuerraum erfasst. Abhängig vom Druck im Steuerraum wird der Aktor, der den Zugangssteuerraum beeinflusst, für einen präzisen Einspritzvorgang gesteuert. Zur Erfassung des Drucks im Steuerraum sind eine Steuerschaltung sowie Sensoren und ein Spannungsmesser vorgesehen. Der Druck im Steuerraum liegt auch am piezoelektrischen Aktor an, wobei an den Anschlüssen des piezoelektrischen Aktors mit dem Spannungsmesser eine Spannung erfasst und an die Steuerschaltung weitergegeben wird. Die erfasste Spannung wird mit Tabellen verglichen und anhand der Tabellen ein Druck im Steuerraum ermittelt. Zudem kann mit der Steuerschaltung ein Anschlagen eines Steuerkolbens, der mit der Düsennadel in Verbindung steht, dadurch erfasst werden, dass beim Anschlagen an den Anschlüssen des piezoelektrischen Aktors eine Spannungserhöhung auftritt, die von der Steuerschaltung erkannt wird.
  • Aus US 6,253,736 B1 ist ein Einspritzventil bekannt, dessen Düsennadel mit einem piezoelektrischen Aktor angesteuert wird. Zur Erfassung der Position der Düsennadel wird die Spannung des piezoelektrischen Aktors ausgewertet. Die Spannung des piezoelektrischen Aktors wird zur Steuerung des Einspritzvorgangs mit Hilfe des piezoelektrischen Aktors verwendet.
  • Aus US 6,298,827 B1 ist ein hydraulisch betätigtes Einspritzventil bekannt, bei dem ein Schallsensor eingesetzt wird, um die Funktion des Einspritzventils zu überwachen.
  • Aus JP 200016176 A ist ein piezoelektrisches Einspritzventil bekannt, das mit Hilfe des piezoelektrischen Aktors ein Servoventil zur Betätigung der Düsennadel steuert. Der piezoelektrische Aktor wird dazu verwendet, um den Kontakt zwischen der Düsennadel und einem Schließglied des Servoventils zu erfassen.
  • Aus JP 07189853 A ist ein piezoelektrisch betriebenes Einspritzventil bekannt, bei dem ein Sensor eingesetzt wird, der die Bewegung der Düsennadel erfasst. Bei einer Fehlfunktion wird der piezoelektrische Aktor entsprechend angesteuert, um die Fehlfunktion auszugleichen.
  • Aus JP 06177449 A ist eine Schaltungsanordnung bekannt, die genaue Werte der Ausdehnung und Verkürzung eines piezoelektrischen Aktors erfasst. Die Auswerteschaltung überwacht den Strom und die Spannung über die Zeit und ermittelt aus dem Energiewert und die Zeit den genauen Wert für die Längenänderung.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, mit dem beziehungsweise mit der die tatsächlichen Schließ- und/oder Öffnungszeitpunkte des Piezo-Steuerventils detektiert werden können.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur Detektion des Einschlagzeitpunktes der Ventilnadel eine Piezo-Steuerventils einer Pumpe-Düse-Einheit zeichnet sich dadurch aus, dass die Detektion des Einschlagzeitpunktes der Ventilnadel durch Auswertung der Piezospannung und/oder des Piezostroms erfolgt. Durch die Detektion des Einschlagzeitpunktes der Ventilnadel erhält man insbesondere eine Rückmeldung für den tatsächlichen Schließzeitpunkt des Piezo-Steuerventils sowie für das Öffnungsverhalten. Diese Rückmeldungen können in besonders vorteilhafter Weise für übergeordnete Steuerungen und/oder Regelungen eingesetzt werden. Durch die erfindungsgemäße Lösung wird beispielsweise die Bestimmung des tatsächlichen Förderbeginns möglich. Weiterhin können die Laufzeiten des Piezo-Steuerventils beim Schließen und Öffnen zur genaueren Positionierung der Ventilnadel genutzt werden und die Einstellung einer ausreichenden Sitzkraftreserve ist für die gesamte Betriebszeit möglich.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Auswertung der Piezospannung das Erkennen von zumindest einer Unstetigkeit im Verlauf der Piezospannung umfasst. Beispielsweise beim Schließvorgang des Piezo-Steuerventils wird die Steuerventilmechanik, wie Druckplatte, Hebel und Ventilnadel, durch den Ladevorgang des Piezo-Aktuators in Richtung Ventilsitz beschleunigt. Beim Einschlagen der Ventilnadel in den Ventilsitz wird durch die mechanische Kopplung sprungartig die Gegenkraft auf den Piezo-Aktuator erhöht, was sich direkt in der Piezospannung als Unstetigkeitsstelle wiederspiegelt. Durch eine geeignete Detektionsschaltung, die einen Differenzierer mit nachgeschalteter Schwellenwerterfassung gebildet ist, ist es möglich, diese Unstetigkeit in der elektrischen Messgröße zu erkennen.
  • Zusätzlich oder alternativ kann bei dem Verfahren zur Detektion des Einschlagzeitpunktes vorgesehen sein, dass die Auswertung der Piezospannung das Erkennen von zumindest einem Impuls im Verlauf der Piezospannung umfasst. Beispielsweise beim zum Öffnen des Piezo-Steuerventils durchgeführten Entladevorgang des Piezo-Aktuators kann die Steuerventilmechanik, wie Druckplatte, Hebel und Ventilnadel, dem zurückweichenden Piezo-Aktuator nicht kraftschlüssig folgen. Dennoch wird die Ventilnadel beim Öffnungsvorgang durch den Absteuerpuls so stark beschleunigt, dass bei ihrem Auftreffen auf den bereits in der Ausgangsstellung befindlichen Piezo-Aktuator ein mechanischer Kraftimpuls auftritt. Durch den dynamischen Krafteintrag werden Ladungsträger induziert, was zu einem Spannungsimpuls beispielsweise zwischen einer Endstufe und dem Piezo-Aktuator führt. Dieser Impuls der elektrischen Messgröße kann mit einer Detektionsschaltung detektiert werden, die beispielsweise durch eine einfache Schwellenwerterfassung gebildet sein kann.
  • Bei einer Weiterbildung des Verfahrens ist zur Steuerung und/oder Regelung des Betriebs eines Piezo-Steuerventils einer Pumpe-Düse-Einheit vorgesehen, dass der durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Detektion des Einschlagzeitpunktes und/oder durch die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Detektion des Einschlagzeitpunktes detektierte Einschlagzeitpunkt der Ventilnadel des Piezo-Steuerventils auf eine bekannte zeitliche Hilfsgröße bezogen wird. Bei der bekannten zeitlichen Hilfsgröße kann es sich beispielsweise um ein geeignetes Steuersignal handeln. Mit der zeitlichen Information ist beispielsweise eine übergeordnete Regelung zur genaueren Positionierung der Ventilnadel sowohl für Voll- als auch für Teilhübe möglich. Weiterhin ist eine Bestimmung der Sitzkraftreserve während des Betriebs möglich, wobei die Detektion des Einschlagzeitpunktes der Ventilnadel für beliebige Ansteuerprofile durchgeführt werden kann.
  • In diesem Zusammenhang ist vorzugsweise weiterhin vorgesehen, dass die bekannte zeitliche Hilfsgröße ein Steuersignal umfasst, das den Beginn oder das Ende einer Kraftstoffeinspritzung festlegt. Im Falle des Schließvorgangs des Piezo-Steuerventils kann das Steuersignal insbesondere durch ein SOI-Signal (SOI = start of injection / Einspritzbeginn) handeln. In diesem Fall entspricht der zeitliche Versatz zwischen dem Einschlagzeitpunkt der Ventilnadel und dem SOI-Signal der Laufzeit zwischen dem Bestromungsbeginn und dem tatsächlichen Förderbeginn der Pumpe-Düse-Einheit. Da eine Korrelation der Laufzeit zur eingebrachten Energie möglich ist, kann beispielsweise eine Sitzkraftreserve bestimmt werden. Im Zusammenhang mit dem Öffnungsvorgang des Piezo-Steuerventils kann das Steuersignal insbesondere durch ein EOI-Steuersignal (EOI = end of injection / Einspritzsende) gebildet sein. Der zeitliche Versatz zwischen dem Einschlagzeitpunkt der Ventilnadel und dem EOI-Signal entspricht dann der Laufzeit zwischen dem Entstromungs- beziehungsweise Entladungsbeginn und dem tatsächlichen vollständigen Öffnungszeitpunkt des Piezo-Steuerventils.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Detektion des Einschlagzeitpunktes der Ventilnadel eines Piezo-Steuerventils einer Pumpe-Düse-Einheit zeichnet sich dadurch aus, dass sie zur Detektion des Einschlagzeitpunktes der Ventilnadel die Piezospannung und/oder den Piezostrom auswertet. Dadurch ergeben sich die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Detektion des Einschlagzeitpunktes der Ventilnadel erläuterten Vorteile in gleicher oder ähnlicher Weise, weshalb zur Vermeidung von Wiederholungen auf die entsprechenden Ausführungen verwiesen wird. Die Detektionsschaltung weist einen Differenzierer mit nachgeschalteter Schwellwerterfassung auf.
  • Gleiches gilt sinngemäß für die folgenden bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Detektion des Einschlagzeitpunktes der Ventilnadel, wobei auch bezüglich der durch diese Ausführungsformen erzielbaren Vorteile auf die entsprechenden Ausführungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Detektion des Einschlagzeitpunktes der Ventilnadel verwiesen wird.
  • Auch bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Detektion des Einschlagzeitpunktes der Ventilnadel ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Auswertung der Piezospannung das Erkennen von zumindest einer Unstetigkeit im Verlauf der Piezospannung und/oder des Piezostroms umfasst.
  • Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass die Auswertung der Piezospannung das Erkennen von zumindest einem Impuls im Verlauf der Piezospannung umfasst.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Steuerung und/oder Regelung des Betriebs eines Piezo-Steuerventils einer Pumpe-Düse-Einheit zeichnet sich dadurch aus, dass sie einen durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Detektion des Einschlagzeitpunktes der Ventilnadel und/oder durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Detektion des Einschlagzeitpunktes der Ventilnadel detektierten Einschlagzeitpunkt der Ventilnadel des Piezo-Steuerventils auf eine bekannte zeitliche Hilfsgröße bezieht. Dadurch ergeben sich die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung des Betriebs eines Piezo-Steuerventils einer Pumpe-Düse-Einheit erläuterten Vorteile in gleicher oder ähnlicher Weise, weshalb zur Vermeidung von Wiederholungen auf die entsprechenden Ausführungen verwiesen wird.
  • Gleiches gilt sinngemäß für die folgende bevorzugte Ausführungsform, wobei auch diesbezüglich auf die entsprechenden Ausführungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung des Betriebs eines Piezo-Steuerventils verwiesen wird.
  • Die bevorzugte Weiterbildung sieht vor, dass die bekannte zeitliche Hilfsgröße ein Steuersignal umfasst, das den Beginn oder das Ende einer Kraftstoffeinspritzung festlegt.
  • Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass der Piezospannung Signale überlagert sind, die zur Rückmeldung herangezogen werden können, insbesondere im Zusammenhang mit Regelungen für die Einspritzmengenkorrektur.
  • Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsformen beispielhaft erläutert.
  • Es zeigen:
    • Figur 1
    eine schematische Ausführungsform einer Pumpe-Düse-Einheit bei beziehungsweise mit der die erfindungsgemäßen Verfahren beziehungsweise die erfindungsgemäßen Vorrichtungen angewendet werden können;
    Figur 2
    eine schematische Teil-Schnittansicht eines Piezo-Steuerventils, das mit der Pumpe-Düse-Einheit nach Figur 1 verwendet werden kann;
    Figur 3
    einen Graph, der den Verlauf der Piezospannung, der Ableitung der Piezospannung und des Ventilnadelhubs für eine Einspritzung veranschaulicht;
    Figur 4
    einen Graph, der den Verlauf der Piezospannung, des Piezostroms und des Ventilnadelhubs bezogen auf ein bekanntes SOI-Signal für einen Schließvorgang des Piezo-Steuerventils veranschaulicht;
    Figur 5
    den Verlauf der Piezospannung für einen Einspritzvorgang mit unterschiedlichen Piezo-Energien;
    Figur 6
    einen zeitlichen Ausschnitt der Kurvenverläufe von Figur 5 mit auf ein bekanntes SOI-Signal bezogenen Einschlagzeiten der Ventilnadel beim Schließvorgang des Piezo-Steuerventils; und
    Figur 7
    einen Graph, der den Verlauf der Piezospannung, des Piezostroms, der Piezoladung und des Ventilnadelhubs bezogen auf ein bekanntes EOI-Signal veranschaulicht.
  • Figur 1 zeigt schematisch eine Pumpe-Düse-Einheit. Die dargestellte Pumpe-Düse-Einheit zum Zuführen von Kraftstoff 10 in einen Verbrennungsraum 12 einer Brennkraftmaschine weist eine Kraftstoffpumpe 14-22 auf. Dabei ist ein Kraftstoffpumpenkolben 14 in einem Kraftstoffpumpenzylinder 16 hin und her bewegbar. Der Kraftstoffpumpenkolben 14 wird direkt oder indirekt über eine nicht dargestellte Nockenwelle der Brennkraftmaschine angetrieben. Der Kompressionsraum des Kraftstoffpumpenzylinders 16 bildet einen ersten Druckraum 28. Der erste Druckraum 28 ist über eine Kraftstoffleitung 20 mit einem Piezo-Steuerventil 22 verbunden. Das Piezo-Steuerventil 22 dient dazu, die Kraftstoffleitung 20 entweder zu verschließen oder mit einem Kraftstoff-Niederdruckbereich 18 zu verbinden, aus dem Kraftstoff 10 angesaugt werden kann. In der geöffneten Ruhestellung des Piezo-Steuerventils 22 wird bei einer bezogen auf Figur 1 nach oben gerichteten Bewegung des Kraftstoffpumpenkolbens 14 Kraftstoff 10 aus dem Kraftstoff-Niederdruckbereich 18 in den ersten Druckraum 28 angesaugt. Sofern das Piezo-Steuerventil 22 sich bei einer bezogen auf Figur 1 nach unten gerichteten Bewegung des Kraftstoffpumpenkolbens 14 noch in seiner geöffneten Ruhestellung befindet, kann vorher in den ersten Druckraum 28 angesaugter Kraftstoff 10 wieder zurück in den Kraftstoff-Niederdruckbereich 18 gedrückt werden. Bei einer geeigneten Ansteuerung des Piezo-Steuerventils 22 verschließt dieses die Kraftstoffleitung 20. Dadurch wird der in den ersten Druckraum 28 angesaugte Kraftstoff 10 bei einer nach unten gerichteten Bewegung des Kraftstoffpumpenkolbens 14 komprimiert, wodurch ein erster Druck p28 in dem ersten Druckraum 28 erzeugt wird. Die dargestellte Pumpe-Düse-Einheit umfasst weiterhin eine insgesamt mit 24 bezeichnete Kraftstoffeinspritzdüse, die eine zwischen einer Schließstellung und einer Öffnungsstellung hin und her bewegliche Düsennadel 46 aufweist. Ein Druckstift 26 kann, bezogen auf die Darstellung von Figur 1, insbesondere eine nach unten gerichtete Kraft auf die Düsennadel 46 ausüben. Am oberen Ende des Druckstifts 26 ist eine Einstellscheibe 40 vorgesehen, die in einem zweiten Druckraum 30 geführt ist, wobei in dem zweiten Druckraum 30 unter einem zweiten Druck p30 stehender Kraftstoff 10 über den Druckstift 26 eine bezogen auf die Darstellung von Figur 1 nach unten gerichtete Schließkraft auf die Düsennadel 46 ausübt. Die Einstellscheibe 40 ist dabei vorzugsweise gegenüber dem zweiten Druckraum 30 nur so stark abgedichtet, dass der zweite Druck p30 vor Beginn eines neuen Einspritzzyklus bereits wieder abgebaut ist. Eine ebenfalls nach unten gerichtete weitere Schließkraft wird durch eine erste Feder 36 auf den Druckstift 26 und somit die Düsennadel 46 ausgeübt, wobei die erste Feder 36 in dem zweiten Druckraum 30 angeordnet ist und sich mit ihrem hinteren Ende an der Einstellscheibe 40 abstützt. Ein eine Schulter 44 aufweisender Abschnitt der Düsennadel 46 ist von einem dritten Druckraum 32 umgeben, der mit dem ersten Druckraum 28 über eine Verbindungsleitung 42 kommuniziert. In Abhängigkeit von der Drosselwirkung der Verbindungsleitung 42 und gegebenenfalls weiterer nicht dargestellter Drosseleinrichtungen wird in Abhängigkeit von dem in dem ersten Druckraum 28 herrschenden ersten Druck p28 in dem dritten Druckraum 32 ein dritter Druck p32 aufgebaut. Der in dem dritten Druckraum 32 unter dem dritten Druck P32 stehende Kraftstoff 10 übt eine bezogen auf die Darstellung von Figur 1 nach oben gerichtete Öffnungskraft auf die Düsennadel 46 aus. Die Düsennadel 46 nimmt ihre Öffnungsstellung ein, solange eine Differenz zwischen der durch den dritten Druck p32 verursachten Öffnungskraft und der Summe aus der durch den zweiten Druck p30 erzeugten Schließkraft und der durch die erste Feder 36 erzeugten Schließkraft einen vorgegebenen Wert überschreitet. Über den zweiten Druck p30 in dem zweiten Druckraum 30 kann somit der Düsenöffnungsdruck beeinflusst werden. Um den zweiten Druck P30 im zweiten Druckraum 30 auf jeweils geeignet Werte zu begrenzen und zu halten kann beispielsweise ein Druckbegrenzungs- und -halteventil 34 zwischen dem ersten Druckraum 28 und dem zweiten Druckraum 30 vorgesehen sein. Die Ankopplung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 80 an das anhand von Figur 2 näher erläuterte Piezo-Steuerventil 22 ist in Figur 1 ebenfalls dargestellt.
  • Figur 2 zeigt eine schematische Teil-Schnittansicht eines Piezo-Steuerventils 22, das mit der Pumpe-Düse-Einheit nach Figur 1 verwendet werden kann. Das dargestellte Piezo-Steuerventil 22 weist eine Ventilnadel 48 auf, die zum Schließen des Piezo-Steuerventils 22 in die dargestellte erste Endstellung und zum vollständigen Öffnen des Piezo-Steuerventils 22 in eine zweite Endstellung bewegt werden kann, die bezogen auf die Darstellung nach rechts verschoben ist. Wenn sich die Ventilnadel 48 in ihrer dargestellten ersten Endstellung befindet, wirkt ein an der Ventilnadel 48 vorgesehener Ventilteller 64 mit einem gehäuseseitigen Ventilsitz 62 zusammen. Dadurch wird der Kraftstoff-Niederdruckbereich 18 gegenüber einer Hochdruckkammer 38 verschlossen, die mit der in Figur 1 dargestellten Kraftstoffleitung 20 in Verbindung steht. Das Piezo-Steuerventil 22 weist einen Piezo-Aktuator beziehungsweise ein Piezoelement 76 auf. Bei geeigneter Ansteuerung des Piezoelementes 76 übt dieses über eine Stirnfläche 78 eine Kraft auf ein Druckstück 54 aus. Das Druckstück 54 überträgt die von dem Piezoelement 76 erzeugte Kraft seinerseits auf einen ersten Hebel 56 und einen zweiten Hebel 58, wobei der erste Hebel 56 und der zweite Hebel 58 dazu vorgesehen sind, eine Kraftübersetzung zu bewirken. Der erste Hebel 56 und der zweite Hebel 58 liegen an einer zweiten axialen Endfläche 72 der Ventilnadel 48 an, um die von dem Piezoelement 76 erzeugte, übersetzte Kraft auf die Ventilnadel 48 zu übertragen. Die von dem geeignet angesteuerten Piezoelement 76 erzeugte, übersetzte Kraft, die auf die Ventilnadel 48 wirkt, ist größer als eine entgegengesetzte Kraft, die von einer zweiten Feder 66 erzeugt und über ein Federdruckstück 68 auf eine erste axiale Endfläche 70 der Ventilnadel 48 ausgeübt wird. Der Kraftstoff-Niederdruckbereich 18 steht mit einem Absteuerraum 50 in Verbindung, der über eine Ausgleichsbohrung 52 weiterhin mit einem vor dem Piezoelement 76 befindlichen Aktorraum 74 in Verbindung steht. Dieser Aktorraum 74 steht mit einem Rücklauf 60 in Verbindung, über den Kraftstoff aus dem Aktorraum 74 zurückströmen kann.
  • Figur 3 zeigt ein Beispiel für den Verlauf der Piezospannung u(t), der zeitlichen Ableitung der Piezospannung u'(t) sowie des Ventilnadelhubs h(t) für eine Einspritzung. Über die zeitliche Ableitung der Piezospannung u'(t) können beispielsweise in einfacher Weise Unstetigkeiten des Verlaufs der Piezospannung u(t) erkannt werden.
  • Figur 4 zeigt den Verlauf der Piezospannung u(t), des Piezostroms i(t) und des Ventilnadelhubs h(t) für einen Schließvorgang des Piezo-Steuerventils. Zum Zeitpunkt tc ist das Piezo-Steuerventil tatsächlich geschlossen. Dabei entspricht der Zeitpunkt tc dem Einschlagzeitpunkt der Ventilnadel 48. Beim Einschlagen der Ventilnadel 48 in den Ventilsitz 62 wird die Gegenkraft auf den Piezo-Aktuator 76 durch die mechanische Kopplung sprungartig erhöht, was sich direkt in einer Unstetigkeit der Piezospannung u(t) zum Zeitpunkt tc wiederspiegelt. Diese Unstetigkeit der Piezospannung u(t) kann beispielsweise über die zeitliche Ableitung der Piezospannung u'(t) erkannt werden. Als Detektionsschaltung kommt daher beispielsweise ein Differenzierer mit nachgeschalteter Schwellenwerterfassung in Frage. Die erkannte Unstetigkeit der Piezospannung u(t) zum Zeitpunkt tc, das heißt der Einschlagzeitpunkt der Ventilnadel 48, kann nun zeitlich einer bekannten Hilfsgröße zugeordnet werden, beispielsweise einem SOI-Signal, das zum Zeitpunkt tSOI seinen Wert ändert, um den Einspritzbeginn auszulösen. Die Zeitspanne zwischen dem Zeitpunkt tSOI und dem Zeitpunkt tc entspricht in diesem Fall der Laufzeit zwischen dem Bestromungsbeginn und dem tatsächlichen Förderbeginn der Pumpe-Düse-Einheit.
  • Figur 5 zeigt den Verlauf der Piezospannung für einen Einspritzvorgang mit unterschiedlichen Piezoenergien. Dabei entsprechen die einzelnen Kurven von oben nach unten den Spannungswerten 150 V, 140 V, 130 V, 120 V, 110 V und 100 V.
  • Figur 6 zeigt einen Ausschnitt der Kurvenverläufe von Figur 5 mit auf ein bekanntes SOI-Signal bezogenen Einschlagzeiten der Ventilnadel 48 beim Schließvorgang des Piezo-Steuerventils 22. Der Darstellung von Figur 6 ist zu entnehmen, dass sich der Einschlagzeitpunkt tc für geringere Piezospannungen u(t) nach hinten verschiebt. Beispielsweise entspricht der Einschlagzeitpunkt tC1 der Spannung von 150 V, während der Einschlagzeitpunkt tC2 der Spannung von 100 V entspricht. Auch in diesem Fall können die Einschlagzeitpunkte tC1 und tC2 wieder zeitlich in Bezug zum SOI-Signal gesetzt werden.
  • Figur 7 zeigt den Verlauf der Piezospannung u(t), des Piezostroms i(t) und des Ventilnadelhubs h(t), insbesondere auch für den Öffnungsvorgang des Piezo-Steuerventils 22. Weiterhin ist der hier nicht näher interessierende Ladungsverlauf q(t) dargestellt. Beim Entladevorgang kann die Ventilmechanik dem zurückweichenden Piezo-Aktuator 76 nicht kraftschlüssig folgen. Dennoch wird die Ventilnadel 48 beim Öffnungsvorgang durch den Absteuerpuls so stark beschleunigt, dass beim Auftreffen auf den bereits in seiner Ausgangsstellung befindlichen Piezo-Aktuator 76 zum Zeitpunkt to ein mechanischer Kraftimpuls auftritt. Durch diesen dynamischen Krafteintrag werden Ladungsträger induziert, was zu einem Stromimpuls oder Spannungsimpuls zwischen der Endstufe und dem Piezo-Aktuator führt. In Figur 7 ist der Impuls des Piezostroms i(t) zum Zeitpunkt to deutlich zu erkennen. Der Zeitpunkt to kann daher in einfacher Weise beispielsweise durch eine Schwellenwerterfassung bestimmt werden. Der Einschlagzeitpunkt to, zu dem das Piezo-Steuerventil 22 vollständig geöffnet ist, kann zeitlich in Bezug zu einem EOI-Signal gesetzt werden, dass zum Zeitpunkt tEOI seinen Wert ändert, um den Öffnungsvorgang des Piezo-Steuerventils 22 auszulösen. Die Zeitspanne zwischen dem Zeitpunkt tEOI und to entspricht dann der Laufzeit zwischen dem Entladebeginn und dem Zeitpunkt der vollständigen Öffnung des Piezo-Steuerventils 22.
  • Die Erfindung lässt sich wie folgt zusammenfassen: Die Detektion des Einschlagzeitpunktes der Ventilnadel 48 eines Piezo-Steuerventils 22 einer Pumpe-Düse-Einheit beim Schließen und/oder Öffnen des Piezo-Steuerventils 22 wird erfindungsgemäß durchgeführt, indem die Piezospannung u(t) und/oder Piezostrom i(t) ausgewertet werden. Diese Auswertung kann insbesondere das Erkennen von Unstetigkeiten und/oder Impulsen im Verlauf der Piezospannung u(t) und/oder des Piezostroms i(t) umfassen. Der detektierte Einschlagzeitpunkt kann in vorteilhafter Weise in zeitlichen Bezug zu einer bekannten Hilfsgröße gebracht werden, insbesondere zu Regelungszwecken.
  • Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.

Claims (15)

  1. Verfahren zur Detektion des Einschlagzeitpunktes der Ventilnadel (48) eines Piezo-Steuerventils (22) einer Pumpe-Düse-Einheit, wobei die Detektion des Einschlagzeitpunktes der Ventilnadel (48) durch Auswertung der Piezospannung (u(t)) erfolgt,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Auswertung der Piezospannung (u(t)) das Erkennen von zumindest einer Unstetigkeit im Verlauf der Piezospannung (u(t)) umfasst,
    dass der Einschlagzeitpunkt durch Ermitteln einer Unstetigkeitsstelle in der Piezospannung (u(t)) erkannt wird, wobei eine Detektionsschaltung mit einem Differenzierer mit nachgeschalteter Schwellwerterfassung verwendet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Auswertung der Piezospannung (u(t)) das Erkennen von zumindest einem Impuls im Verlauf der Piezospannung (u(t)) umfasst.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der detektierte Einschlagzeitpunkt der Ventilnadel (48) des Pizeo-Steuerventils (22) auf eine bekannte zeitliche Hilfsgröße bezogen wird, und dass der detektierte Einschlagzeitpunkt zur Steuerung und/oder Regelung,des Betriebs eines Piezo-Steuerventils (22) einer Pumpe-Düse-Einheit verwendet wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die bekannte zeitliche Hilfsgröße ein Steuersignal (SOI, EOI) umfasst, das den Beginn oder das Ende einer Kraftstoffeinspritzung festlegt.
  5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ereignis den Beginn und/oder das Ende der Kraftstoffeinspritzung darstellt.
  6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der im Piezo-Aktor vorhandene Piezo-Stack bzw. das Piezoelement als Bewegungssensor bzw. Kraftsensor arbeitet.
  7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Förderbeginn der Pumpe-Düse-Einheit abhängig vom Einschlagzeitpunkt ermittelt wird, in dem die vorgegebene zeitliche Korrelation zwischen Förderbeginn und Einschlagzeitpunkt zu unterschiedlichen Betriebszüständen der Brennkraftmaschine ausgewertet wird.
  8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Öffnungszeitpunkt des Piezosteuerventils abhängig von einem Impuls im Verlauf der Piezospannung erkannt wird.
  9. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung des Einschlagzeitpunktes und der übrigen Ereignisse zur genaueren Positionierung der Ventilnadel sowohl für Voll- als auch für Teilhübe eingesetzt wird.
  10. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitdauer zwischen dem Bestromungsbeginn des Piezo-Aktors und dem Einschlagzeitpunkt zur Ermittlung der Sitzkraftreserve des Steuerventils dient.
  11. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Ansteuersignal das Messsignal des Piezo-Aktors überlagert ist.
  12. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass über die zeitliche Ableitung der Piezospannung Unstetigkeiten des Verlaufs der Piezospannung erkannt werden.
  13. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vom Beginn der Bestromung (tsoi) des Piezo-Aktors bis zum Zeitpunkt (tc1, tc2) des Erkennens des Einschlagzeitpunktes eine Zeitdifferenz erkannt wird, die von der vorgegebenen Piezo-Ansteuerspannung (uc1, uc2) abhängt.
  14. Vorrichtung zur Detektion des Einschlagzeitpunktes der Ventilnadel (48) eines Piezo-Steuerventils (22) einer Pumpe-Düse-Einheit, wobei zur Detektion des Einschlagzeitpunktes der Ventilnadel (48) die Piezospannung (u(t)) ausgewertet wird,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass zur Auswertung der Piezospannung (u(t)) eine Detektionsschaltung mit einem Differenzierer mit einer nachgeschalteten Schwellwerterfassung vorgesehen ist, die eine Unstetigkeit im Verlauf der Piezospannung (u(t)) erkennt, die dem Einschlagzeitpunkt entspricht.
  15. Vorrichtung nach Anspruch 14,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Auswertung der Piezospannung (u(t)) das Erkennen von zumindest einem Impuls im Verlauf der Piezospannung (u(t)) umfasst.
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