EP1541840A2 - Betriebsverfahren für einen Aktor eines Einspritzventils und Einspritzventil - Google Patents

Betriebsverfahren für einen Aktor eines Einspritzventils und Einspritzventil Download PDF

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EP1541840A2
EP1541840A2 EP04106369A EP04106369A EP1541840A2 EP 1541840 A2 EP1541840 A2 EP 1541840A2 EP 04106369 A EP04106369 A EP 04106369A EP 04106369 A EP04106369 A EP 04106369A EP 1541840 A2 EP1541840 A2 EP 1541840A2
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EP
European Patent Office
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actuator
injection
operating method
determination
voltage
Prior art date
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Withdrawn
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EP04106369A
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Jürgen FRITSCH
Andrea Garavaglia
Christian Hauser
Treerapot Kongtoranin
Heinz Lixl
Gonzalo Medina-Sanchez
Frédéric Renkens
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Siemens AG
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
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Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F02D41/38—Controlling fuel injection of the high pressure type
    • F02D41/40—Controlling fuel injection of the high pressure type with means for controlling injection timing or duration
    • F02D41/401—Controlling injection timing

Definitions

  • the invention relates to an operating method for an actuator an injection valve of an internal combustion engine and an injection valve.
  • the mechanical drive of an injector in an injection system for an internal combustion engine serves.
  • the actuator is not only the mechanical Actuation of the injector used, but also serves as a sensor for determining the valve position of the Injector.
  • the actuator voltage not only from the electrical Charge of the actuator depends, but also by the on the actor acting force is affected, in turn depends on the valve position. Depending on the time course of the measured actuator voltage is therefore determined in this operating procedure, the start of injection.
  • a disadvantage of this known operating method for a Actuator is the improvable accuracy in the Determination of the start of injection.
  • the invention is therefore the object of the above to the known operating method described above improve the accuracy in determining the start of injection is improved.
  • This task is characterized by the characteristics of independent features solved.
  • the invention comprises the general technical teaching which temporal position of at least one inflection point of the voltage curve to determine and an injection size of interest, such as the start of injection, depending on it to determine.
  • the actuator voltage increases at the beginning of an injection process due to the charge initially continuously until the Piezo actuator the valve body of the injector from his Valve seat lifts.
  • the nozzle needle only contributes so long to the increase of the actuator voltage until she has reached her final position. Subsequently then the actuator voltage drops back to a stationary one Value down, in which in the control room of the injector There is equilibrium between inlet and outlet.
  • a turning point in the voltage curve determined in order to derive the start of injection.
  • the determination of a turning point instead of a local one Maximums or a local minimum is metrological safer, since local minima or maxima are also superimposed Interference signals can be generated.
  • another turning point of Current curve determined to the start of injection in dependence to determine the timing of both turning points.
  • a third inflection point for the determination the start of injection or another interest Injection size is used, the beginning of injection or the injection variable of interest depending determined by the timing of the third inflection point becomes.
  • the third inflection point around the turning point of the voltage curve between the first local maximum and the first local minimum.
  • the temporal Location of local maxima and / or minima of the actuator voltage for the determination of the injection quantity of interest used become.
  • the measured variables are preferably for the determination of the injection quantity of interest used, which occur relatively late, so for example the second local maximum of the actuator voltage and the two neighboring turning points.
  • the measured variables that occur relatively early ie for example, the temporal location of the local minimum of Actuator voltage or the previous inflection point.
  • the actuator becomes the completion of an injection process shorted, resulting in a complete discharge can lead the piezoelectric actuator, while still a determination the valve position is possible, as described in detail becomes.
  • the invention therefore preferably provides that the Aktorstrom is detected in the short-circuited state to it Draw conclusions about the valve position.
  • the piezoelectric actuator is discharged very quickly during short-circuiting and thereby shortened rapidly.
  • the in normal operation the valve body of the injector acting end face
  • the piezoelectric actuator is accelerated faster than the valve body itself, what the adhesion between the actor and influenced the valve body and even to a break of the frictional connection can lead.
  • the valve body Upon impact of the valve body on the valve seat, the valve body then presses elastically in the valve seat and meets again on the ahead Piezoelectric actuator on, so that the piezoelectric actuator due the pulse-like pressure action through the valve body a Current pulse outputs.
  • the operating method according to the invention is therefore preferably after shorting the temporal position a current pulse detected and the end of injection in dependence determined by the timing of the current pulse.
  • a current pulse detected and the end of injection in dependence determined by the timing of the current pulse are read, but are also other types the determination of the end of injection as a function of temporal position of the current pulse possible.
  • the measurement of the actuator current for detection takes place the current pulse preferably within a predetermined Time window after short-circuiting the actuator. This is advantageous because the timing of the current pulse after the short-circuiting of the actuator is roughly known, so that an accurate and therefore expensive current measurement only within of the time window of interest is required.
  • the actuator before the short-circuiting preferably first defined discharged, to prevent overloading.
  • a defined Discharge for example, with a predetermined time constant done, for example, by a resistor can be set in the discharge circuit of the actuator.
  • the defined discharge of the actuator before the short-circuiting takes place preferably up to a fraction of the maximum stress or maximum charge of the actuator, so that in the subsequent Short circuiting of the actuator only a relatively small Energy must be dissipated.
  • control unit shown in Figure 1 of an injector a Injection system for an internal combustion engine is largely conventionally constructed and used to control a Nozzle needle 1, which is linearly displaceable in the control unit is stored and the fuel injection in dependence releases or locks from their position.
  • the control unit consists of three stacked Modules 2.1-2.3, whereby through modules 2.1-2.3 a high-pressure channel 4 runs, over which the fuel to be injected is supplied.
  • the high pressure passage 4 opens in the lower Module 2.3 in a cylindrical channel 5, via which the Fuel to be injected reaches the nozzle opening.
  • annular channel. 6 arranged, which surrounds the nozzle needle 1 annular, wherein of the annular channel 6 on the high-pressure channel 4 opposite Side another channel branches off, via an inlet throttle 7 opens into a control chamber 8.
  • the middle module 2.2 is a valve seat 9 and a slidably mounted valve body 10, wherein the valve body 10, depending on its position, the valve seat 9 releases or locks.
  • valve body 10 is in this case by a spring 11 in the direction biased to the valve seat, leaving the valve body 10 without concerns of external forces seals the valve seat 9, so that no fuel escape from the control chamber 8 upwards can.
  • a piezoelectric actuator 12 For the mechanical drive of the valve body 10 is a piezoelectric actuator 12 is provided, which has a bottom plate 13 and a Hubzapfen 14 on one at the top of the valve body 10th molded valve mushroom 15 presses.
  • the piezoelectric actuator 12 can therefore the valve body 10 in response to the piezoelectric actuator Push out 12 applied electrical voltage from the valve seat 9, allowing fuel from the control chamber 8 through the Valve seat 9 and an outlet throttle, not shown can escape.
  • FIGS 2a and 2b show a flow chart of the operating method according to the invention for the piezoelectric actuator 12 described.
  • the Actuator voltage between the times t1 and t2 in the in Figure 3a increases timing diagram. It lengthens the piezoelectric actuator 12 until the piezoelectric actuator 12 at the time t2 lifts the valve body 10 from the valve seat 9. From This time can then fuel from the control room. 8 escape upward through the valve seat 9 and over a drain throttle are removed. This initially leads to a pressure drop in the control chamber 8, resulting in a corresponding Voltage drop from the time t2 expresses.
  • the pressure drop in the control room 8 also causes that the nozzle needle 1 moves upward while fuel displaced in the control chamber 8, resulting in an increase in pressure in the control room leads.
  • the through the nozzle needle. 1 caused pressure increase in the control room 8 then leads up at time t3 again to an increase of the actuator voltage, until the nozzle needle 1 finally reaches its upper stop has and then no more fuel in the control room 8 more displaced.
  • the actuator voltage no longer increases, but instead falls from the time t3 back on a stationary Value starting from a balance between inlet to the Control chamber 8 and drain from the control room 8 marked is.
  • the actuator voltage is measured, wherein the voltage curve is evaluated to the start of injection to investigate.
  • a first turning point G1 is determined, between the first local minimum and the second local maximum of the actuator voltage at the beginning of the injection process occurs.
  • a second inflection point G2 is determined, which occurs after the absolute maximum of the actuator voltage. Between these two turning points G1, G2 is the time at which the nozzle needle 1 reaches its upper stop and thereby releases the injector. In the determination of the two turning points G1, G2 G2 are the points in time t, respectively G1 and t measured, at which the two turning points G1, G2 occur.
  • time t BP of a further inflection point BP (breakpoint) is determined, which lies between the first local maximum and the first local minimum he actuator voltage, as can be seen in particular from FIGS. 3 a and 4.
  • the temporal position t MIN or t MAX of the local minimum MIN and the maximum MAX is also measured.
  • the actuator current shown in FIG. 3c carries out an oscillation 16, wherein the start t s and the phase position likewise allow a conclusion to be drawn as to the actual start of injection.
  • the two variables t s and ⁇ s are also measured.
  • the start of injection t BEGINN is then a function of the temporal position t G1 , t G2 , t BP of the three turning points G1, G2, BP, the temporal position t MIN , t MAX of the minimum MIN and the maximum MAX and in dependence the start t s of the vibrations 16 and the phase angle ⁇ s of the vibration 16 is calculated, wherein the time t BEGINN the injection process in dependence on these variables can also be read from a map.
  • the piezoelectric actuator 12 is then until the time T5 controlled discharged until the piezoelectric actuator 12 then finally shorted at time t5.
  • the injector does not close at the same time with the short-circuiting of the piezoelectric actuator 12, since the nozzle needle 1 previously has to take their lower stop point.
  • the actuator current I is therefore measured after the time t5 of the short-circuiting of the piezoelectric actuator 12.
  • the piezoelectric actuator 12 shortened during shorting very quickly, which affects the frictional connection between the valve body 10 and the piezoelectric actuator 12 and in extreme cases even lead to a separation of the piezoelectric actuator 12 of the valve body 10, since the movement of the Piezoaktors 12 of the movement of the valve body 10 leads.
  • the valve body 10 presses elastically in the direction of the piezoactuator 12, which leads to a current pulse 17 when the valve body 10 strikes the piezoactuator 12.
  • the temporal position t pulse of the current pulse 17 in this case allows a conclusion to the actual end of the injection process. In the context of the operating method according to the invention, therefore, in function of the timing pulse t of the current pulse 17 is the actual end t the end of the injection operation is calculated.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Betriebsverfahren für einen Aktor eines Einspritzventils und Einspritzventil einer Brennkraftmaschine, insbesondere für einen Piezoaktor, mit den folgenden Schritten: Aufladen des Aktors, Messung der Aktorspannung beim und/oder nach dem Aufladen, Ermittlung der zeitlichen Lage mindestens eines Wendepunktes im zeitlichen Verlauf der gemessenen Aktorspannung, und Bestimmung einer das Einspritzverhalten kennzeichnenden Einspritzgröße in Abhängigkeit von der zeitlichen Lage des Wendepunktes. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Betriebsverfahren für einen Aktor eines Einspritzventils einer Brennkraftmaschineund ein Einspritzventil.
Aus DE 199 30 309 A1 ist ein derartiges Betriebsverfahren für einen Aktor bekannt, der zum mechanischen Antrieb eines Injektors in einer Einspritzanlage für eine Brennkraftmaschine dient. Der Aktor wird hierbei jedoch nicht nur zur mechanischen Ansteuerung des Einspritzventils eingesetzt, sondern dient auch als Sensor zur Ermittlung der Ventilstellung des Einspritzventils. Hierbei wird die physikalische Erkenntnis ausgenutzt, dass die Aktorspannung nicht nur von der elektrischen Ladung des Aktors abhängt, sondern auch durch die auf den Aktor wirkende Kraft beeinflusst wird, die wiederum von der Ventilstellung abhängig ist. In Abhängigkeit von dem zeitlichen Verlauf der gemessenen Aktorspannung wird deshalb bei diesem Betriebsverfahren der Einspritzbeginn ermittelt.
Nachteilig an diesem bekannten Betriebsverfahren für einen Aktor ist jedoch die verbesserungsfähige Genauigkeit bei der Bestimmung des Einspritzbeginns.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, das vorstehend beschriebene bekannte Betriebsverfahren dahingehend zu verbessern, dass die Genauigkeit bei der Bestimmung des Einspritzbeginns verbessert wird.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Merkmale gelöst.
Die Erfindung umfasst die allgemeine technische Lehre, die zeitliche Lage mindestens eines Wendepunkts des Spannungsverlaufs zu ermitteln und eine interessierende Einspritzgröße, wie beispielsweise den Einspritzbeginn, in Abhängigkeit davon zu bestimmen.
Bei der Beurteilung des Spannungsverlaufs zu Beginn eines Einspritzvorgangs ist zu berücksichtigen, dass die Aktorspannung nicht kontinuierlich ansteigt, sondern auch durch die auf den Aktor wirkenden hydraulischen Kräfte beeinflusst wird, wie im Folgenden kurz erläutert wird.
So steigt die Aktorspannung zu Beginn eines Einspritzvorgangs aufgrund der Aufladung zunächst kontinuierlich an, bis der Piezoaktor den Ventilkörper des Einspritzventils aus seinem Ventilsitz hebt.
Daraufhin kann Kraftstoff aus dem Steuerraum des Injektors entweichen, woraufhin der auf den Ventilkörper und damit auch auf den Piezoaktor wirkende Kraftstoffdruck abfällt, was sich in einer kurzfristigen Spannungsabnahme äußert.
Mit dem Abfall des Kraftstoffdrucks im Steuerraum des Injektors bewegt sich jedoch die Düsennadel des Injektors nach oben in Richtung des Steuerraums und erhöht dadurch wieder den auf den Ventilkörper und dann auch auf den Piezoaktor wirkenden Kraftstoffdruck im Steuerraum des Injektors, was sich in einem erneuten Anstieg der Aktorspannung äußert.
Die Düsennadel trägt jedoch nur so lange zum Anstieg der Aktorspannung bei, bis sie ihre Endstellung erreicht hat. Anschließend fällt die Aktorspannung dann wieder auf einen stationären Wert ab, in dem in dem Steuerraum des Injektors ein Gleichgewicht zwischen Zulauf und Ablauf besteht.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird zu Beginn eines Einspritzvorgangs ein Wendepunkt im Spannungsverlauf ermittelt, um daraus den Einspritzbeginn abzuleiten. Die Bestimmung eines Wendepunkts anstelle eines lokalen Maximums oder eines lokalen Minimums ist messtechnisch sicherer, da lokale Minima bzw. Maxima auch durch überlagerte Störsignale erzeugt werden können.
Vorzugsweise wird darüber hinaus ein weiterer Wendepunkt des Stromverlaufs ermittelt, um den Einspritzbeginn in Abhängigkeit von der zeitlichen Lage beider Wendepunkte zu ermitteln.
Bei den beiden Wendepunkten für die Bestimmung des Einspritzvorgangs handelt es sich vorzugsweise um die beiden Wendepunkte, zwischen denen das zweite lokale Maximum der Aktorspannung liegt, das durch die Düsennadelbewegung verursacht wird.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist weiterhin vorgesehen, dass ein dritter Wendepunkt für die Bestimmung des Einspritzbeginns oder einer anderen interessierenden Einspritzgröße herangezogen wird, wobei der Einspritzbeginn oder die interessierende Einspritzgröße in Abhängigkeit von der zeitlichen Lage des dritten Wendepunkts bestimmt wird. Vorzugsweise handelt es sich bei dem dritten Wendepunkt um den Wendepunkt des Spannungsverlaufs zwischen dem ersten lokalen Maximum und dem ersten lokalen Minimum.
Darüber hinaus kann im Rahmen der Erfindung auch die zeitliche Lage lokaler Maxima und/oder Minima der Aktorspannung für die Bestimmung der interessierenden Einspritzgröße herangezogen werden.
Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung stehen also insgesamt fünf Messgrößen für die Bestimmung der interessierenden Einspritzgröße zur Verfügung, nämlich:
  • Zeitliche Lage des Wendepunktes der Aktorspannung zwischen dem ersten lokalen Maximum und dem ersten lokalen Minimum
  • Zeitliche Lage des Wendepunktes der Aktorspannung zwischen dem ersten lokalen Minimum und dem zweiten lokalen Maximum
  • Zeitliche Lage des Wendepunktes der Aktorspannung nach dem zweiten lokalen Maximum
  • Zeitliche Lage des ersten lokalen Minimums der Aktorspannung
  • Zeitliche Lage des zweiten lokalen Maximums der Aktorspannung.
Im Rahmen der Erfindung besteht die Möglichkeit, dass sämtliche dieser Messgröße in die Bestimmung der interessierenden Einspritzgröße eingehen. Vorzugsweise werden jedoch nur einige dieser Messgrößen bei der Bestimmung der interessierenden Messgröße ausgewertet, wobei die Auswahl der zu berücksichtigenden Messgrößen in Abhängigkeit von der Ansteuerdauer erfolgt.
Bei einer langen Ansteuerdauer werden vorzugsweise die Messgrößen für die Bestimmung der interessierenden Einspritzgröße herangezogen, die relativ spät auftreten, also beispielsweise das zweite lokale Maximum der Aktorspannung und die beiden benachbarten Wendepunkte.
Bei einer kurzen Ansteuerdauer werden dagegen vorzugsweise die Messgrößen ausgewertet, die relativ früh auftreten, also beispielsweise die zeitliche Lage des lokalen Minimums der Aktorspannung oder des vorangegangenen Wendepunkts.
In einer weiteren Variante der Erfindung wird zur Bestimmung des Einspritzbeginns auch der Aktorstrom ausgewertet. Hierbei wird die Erkenntnis ausgenutzt, dass der Aktorstrom zwischen dem Aufladen und dem Entladen des Aktors Schwingungen ausführt, wobei der Beginn dieser Schwingungen und deren Phasenlage einen Rückschluss auf den Einspritzbeginn zulässt.
Vorzugsweise wird der Aktor zur Beendigung eines Einspritzvorgangs kurzgeschlossen, was zu einer vollständigen Entladung des Piezoaktors führen kann, wobei trotzdem eine Ermittlung der Ventilstellung möglich ist, wie noch eingehend beschrieben wird.
Die Erfindung sieht deshalb vorzugsweise vor, dass der Aktorstrom im kurzgeschlossenen Zustand erfasst wird, um daraus Rückschlüsse auf die Ventilstellung zu ziehen.
Vorzugsweise wird in Abhängigkeit von dem im kurzgeschlossenen Zustand erfassten Aktorstrom das Einspritzende ermittelt. Hierbei wird die Erkenntnis ausgenutzt, dass der Piezoaktor während des Kurzschließens sehr schnell entladen wird und sich dadurch rasch verkürzt. Die im normalen Betrieb auf den Ventilkörper des Einspritzventils wirkende Stirnfläche des Piezoaktors wird dabei stärker beschleunigt als der Ventilkörper selbst, was den Kraftschluss zwischen dem Aktor und dem Ventilkörper beeinflusst und sogar zu einer Unterbrechung des Kraftschlusses führen kann. Beim Auftreffen des Ventilkörpers auf den Ventilsitz drückt der Ventilkörper dann elastisch in den Ventilsitz und trifft dabei wieder auf den vorausgeeilten Piezoaktor auf, so dass der Piezoaktor aufgrund der impulsartigen Druckeinwirkung durch den Ventilkörper einen Stromimpuls abgibt.
Im Rahmen des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens wird deshalb vorzugsweise nach dem Kurzschließen die zeitliche Lage eines Stromimpulses erfasst und das Einspritzende in Abhängigkeit von der zeitlichen Lage des Stromimpulses bestimmt. Beispielsweise kann der Zeitpunkt des Einspritzendes in Abhängigkeit von der zeitlichen Lage des Stromimpulses aus einem Kennfeld ausgelesen werden, jedoch sind auch andere Arten der Bestimmung des Einspritzendes in Abhängigkeit von der zeitlichen Lage des Stromimpulses möglich.
Darüber hinaus erfolgt die Messung des Aktorstroms zur Erkennung des Stromimpulses vorzugsweise innerhalb eines vorgegebenen Zeitfensters nach dem Kurzschließen des Aktors. Dies ist vorteilhaft, da die zeitliche Lage des Stromimpulses nach dem Kurzschließen des Aktors grob bekannt ist, so dass eine genaue und damit aufwendige Strommessung nur innerhalb des interessierenden Zeitfensters erforderlich ist.
Bei der Beendigung eines Einspritzvorgangs wird der Aktor vor dem Kurzschließen vorzugsweise zunächst definiert entladen, um Überlastungen zu verhindern. Eine derartige definierte Entladung kann beispielsweise mit einer vorgegebenen Zeitkonstante erfolgen, die beispielsweise durch einen Widerstand im Entladekreis des Aktors eingestellt werden kann.
Die definierte Entladung des Aktors vor dem Kurzschließen erfolgt vorzugsweise bis auf einen Bruchteil der Maximalspannung bzw. Maximalladung des Aktors, so dass beim nachfolgenden Kurzschließen des Aktors nur noch eine relativ geringe Energie abgeführt werden muss.
Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet oder werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1
eine Querschnittsansicht einer Steuereinheit eines Injektors für eine Einspritzanlage einer Brennkraftmaschine,
Figuren 2a und 2
das erfindungsgemäße Betriebsverfahren in Form eines Flussdiagramms sowie
Figur 3a-3c
Aktorspannung, Kraftstoffstrom und Aktorstrom in Form von Zeitdiagrammen sowie
Figur 4
einen vergrößerten Ausschnitt aus Figur 3a.
Die in Figur 1 dargestellte Steuereinheit eines Injektors einer Einspritzanlage für eine Brennkraftmaschine ist weitgehend herkömmlich aufgebaut und dient zur Ansteuerung einer Düsennadel 1, die in der Steuereinheit linear verschiebbar gelagert ist und die Kraftstoffeinspritzung in Abhängigkeit von ihrer Position freigibt oder sperrt.
Die Steuereinheit besteht aus drei übereinander angeordneten Modulen 2.1-2.3, wobei durch die Module 2.1-2.3 ein Hochdruckkanal 4 verläuft, über den der einzuspritzende Kraftstoff zugeführt wird. Der Hochdruckkanal 4 mündet in dem unteren Modul 2.3 in einen zylindrischen Kanal 5, über den der einzuspritzende Kraftstoff zu der Düsenöffnung gelangt.
Darüber hinaus ist in dem unteren Modul 2.3 ein Ringkanal 6 angeordnet, der die Düsennadel 1 ringförmig umgibt, wobei von dem Ringkanal 6 auf der dem Hochdruckkanal 4 gegenüber liegenden Seite ein weiterer Kanal abzweigt, der über eine Zulaufdrossel 7 in einem Steuerraum 8 mündet.
In dem mittleren Modul 2.2 befindet sich ein Ventilsitz 9 und ein verschiebbar gelagerter Ventilkörper 10, wobei der Ventilkörper 10 in Abhängigkeit von seiner Position den Ventilsitz 9 freigibt oder sperrt.
Der Ventilkörper 10 wird hierbei durch eine Feder 11 in Richtung auf den Ventilsitz vorgespannt, so dass der Ventilkörper 10 ohne Anliegen äußerer Kräfte den Ventilsitz 9 abdichtet, so dass kein Kraftstoff aus dem Steuerraum 8 nach oben entweichen kann.
Zum mechanischen Antrieb des Ventilkörpers 10 ist ein Piezoaktor 12 vorgesehen, der über eine Bodenplatte 13 und einen Hubzapfen 14 auf einen an der Oberseite des Ventilkörpers 10 angeformten Ventilpilz 15 drückt. Der Piezoaktor 12 kann also den Ventilkörper 10 in Abhängigkeit von der an den Piezoaktor 12 angelegten elektrischen Spannung aus dem Ventilsitz 9 herausdrücken, so dass Kraftstoff aus dem Steuerraum 8 durch den Ventilsitz 9 und über eine nicht dargestellte Ablaufdrossel entweichen kann.
Im Folgenden wird nun unter Bezugnahme auf das in den Figuren 2a und 2b dargestellte Flussdiagramm das erfindungsgemäße Betriebsverfahren für den Piezoaktor 12 beschrieben.
Zunächst wird abgewartet, ob ein Steuersignal für einen Einspritzbeginn vorliegt, wobei das Steuersignal von einer elektronischen Steuereinheit erzeugt wird, die zur Vereinfachung nicht dargestellt ist.
Beim Eintreffen des Steuersignals wird der Piezoaktor 12 dann mit einem vorgegebenen Spannungsimpuls aufgeladen, wobei die Aktorspannung zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 in dem in Figur 3a dargestellten Zeitdiagramm ansteigt. Dabei längt sich der Piezoaktor 12, bis der Piezoaktor 12 dann zum Zeitpunkt t2 den Ventilkörper 10 aus dem Ventilsitz 9 hebt. Ab diesem Zeitpunkt kann dann Kraftstoff aus dem Steuerraum 8 durch den Ventilsitz 9 hindurch nach oben entweichen und über eine Ablaufdrossel abgeführt werden. Dies führt zunächst zu einem Druckabfall in dem Steuerraum 8, was sich in einem entsprechenden Spannungsabfall ab dem Zeitpunkt t2 äußert.
Der Druckabfall in dem Steuerraum 8 führt jedoch auch dazu, dass sich die Düsennadel 1 nach oben bewegt und dabei Kraftstoff in dem Steuerraum 8 verdrängt, was zu einer Druckerhöhung in dem Steuerraum führt. Die durch die Düsennadel 1 verursachte Druckerhöhung in dem Steuerraum 8 führt dann bis zum Zeitpunkt t3 wieder zu einem Anstieg der Aktorspannung, bis die Düsennadel 1 schließlich ihren oberen Anschlag erreicht hat und dann keinen weiteren Kraftstoff im Steuerraum 8 mehr verdrängt. Beim Erreichen des oberen Anschlags der Düsennadel 1 steigt die Aktorspannung also nicht mehr an, sondern fällt ab dem Zeitpunkt t3 wieder auf einen stationären Wert ab, der durch ein Gleichgewicht zwischen Zulauf zu dem Steuerraum 8 und Ablauf aus dem Steuerraum 8 gekennzeichnet ist.
Während dieses Vorgangs wird die Aktorspannung gemessen, wobei der Spannungsverlauf ausgewertet wird, um den Einspritzbeginn zu ermitteln. Hierzu wird ein erster Wendepunkt G1 bestimmt, der zwischen dem ersten lokalen Minimum und dem zweiten lokalen Maximum der Aktorspannung zu Beginn des Einspritzvorgangs auftritt.
Darüber hinaus wird ein zweiter Wendepunkt G2 ermittelt, der nach dem absoluten Maximum der Aktorspannung auftritt. Zwischen diesen beiden Wendepunkten G1, G2 liegt der Zeitpunkt, zu dem die Düsennadel 1 ihren oberen Anschlag erreicht und dadurch die Einspritzdüse freigibt. Bei der Bestimmung der beiden Wendepunkte G1, G2 werden jeweils die Zeitpunkte tG1 und tG2 gemessen, an denen die beiden Wendepunkte G1, G2 auftreten.
Ferner wird die zeitliche tBP eines weiteren Wendepunkts BP (engl. Breakpoint) ermittelt, der zwischen dem ersten lokalen Maximum und dem ersten lokalen Minimum er Aktorspannung liegt, wie insbesondere aus den Figuren 3a und 4 ersichtlich ist.
Darüber hinaus wird auch die zeitliche Lage tMIN bzw. tMAX des lokalen Minimums MIN bzw. des Maximums MAX gemessen.
Während der stationären Phase der Aktorspannung nach dem Zeitpunkt tG2 führt der in Figur 3c dargestellte Aktorstrom eine Schwingung 16 aus, wobei der Beginn ts und die Phasenlage ebenfalls einen Rückschluss auf den tatsächlichen Einspritzbeginn zulassen. Im Rahmen des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens werden deshalb auch die beiden Größen ts und ϕs gemessen.
Anschließend wird der Einspritzbeginn tBEGINN dann in Abhängigkeit von der zeitlichen Lage tG1, tG2, tBP der drei Wendepunkte G1, G2, BP, der zeitlichen Lage tMIN, tMAX des Minimums MIN bzw. des Maximums MAX sowie in Abhängigkeit von dem Beginn ts der Schwingungen 16 und der Phasenlage ϕs der Schwingung 16 berechnet, wobei der Zeitpunkt tBEGINN des Einspritzvorgangs in Abhängigkeit von diesen Größen auch aus einem Kennfeld ausgelesen werden kann.
Ab dem Zeitpunkt t4 wird der Piezoaktor 12 dann bis zum Zeitpunkt t5 kontrolliert entladen, bis der Piezoaktor 12 dann schließlich im Zeitpunkt t5 kurzgeschlossen wird.
Das Einspritzventil schließt jedoch nicht zeitgleich mit dem Kurzschließen des Piezoaktors 12, da die Düsennadel 1 zuvor noch ihren unteren Anschlagpunkt einnehmen muss. Zur Ermittlung des tatsächlichen Einspritzendes wird deshalb nach dem Zeitpunkt t5 des Kurzschließens des Piezoaktors 12 der Aktorstrom I gemessen. Hierbei wird die Erkenntnis ausgenutzt, dass sich der Piezoaktor 12 beim Kurzschließen sehr schnell verkürzt, was den Kraftschluss zwischen dem Ventilkörper 10 und dem Piezoaktor 12 beeinflusst und im Extremfall sogar zu einer Trennung des Piezoaktors 12 von dem Ventilkörper 10 führen kann, da die Bewegung des Piezoaktors 12 der Bewegung des Ventilkörpers 10 vorauseilt. Wenn der nacheilende Ventilkörper 10 dann auf den Ventilsitz 9 auftrifft, presst der Ventilkörper 10 elastisch in Richtung des Piezoaktors 12, was beim Auftreffen des Ventilkörpers 10 auf den Piezoaktor 12 zu einem Stromimpuls 17 führt. Die zeitliche Lage tPuls des Stromimpulses 17 ermöglicht hierbei einen Rückschluss auf das tatsächliche Ende des Einspritzvorgangs. Im Rahmen des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens wird deshalb in Abhängigkeit von der zeitlichen Lage tPuls des Stromimpulses 17 das tatsächliche Ende tEnde des Einspritzvorgangs berechnet.
Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene bevorzugte Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen möglich, die ebenfalls von dem Erfindungsgedanken Gebrauch machen und deshalb in den Schutzbereich fallen.

Claims (20)

  1. Betriebsverfahren für einen Aktor (12) eines Einspritzventils einer Brennkraftmaschine, insbesondere für einen Piezoaktor, mit den folgenden Schritten:
    Aufladen des Aktors (12),
    Messung der Aktorspannung beim und/oder nach dem Aufladen,
    gekennzeichnet durch
    folgende Schritte:
    Ermittlung der zeitlichen Lage mindestens eines Wendepunktes (G1, G2) im zeitlichen Verlauf der gemessenen Aktorspannung,
    Bestimmung einer das Einspritzverhalten kennzeichnenden Einspritzgröße (TBEGINN) in Abhängigkeit von der zeitlichen Lage des Wendepunktes (G1, G2).
  2. Betriebsverfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelte Einspritzgröße der Einspritzbeginn (tBEGINN) ist.
  3. Betriebsverfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    gekennzeichnet durch
    folgende Schritte:
    Ermittlung der zeitlichen Lage (tG1, tG2) von zwei Wendepunkten (G1, G2) im zeitlichen Verlauf der gemessenen Aktorspannung,
    Bestimmung der Einspritzgröße (tBEGINN) in Abhängigkeit von der zeitlichen Lage (tG1, tG2) der beiden Wendepunkte (G1, G2).
  4. Betriebsverfahren nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass der erste Wendepunkt (G1) zeitlich zwischen dem ersten lokalen Minimum des Spannungsverlaufs und dem ersten lokalen Maximum des Spannungsverlaufs während des Aufladens liegt.
  5. Betriebsverfahren nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Wendepunkt (G2) zeitlich zwischen dem zweiten lokalen Maximum des Spannungsverlaufs und dem zweiten lokalen Minimum des Spannungsverlaufs während des Aufladens liegt.
  6. Betriebsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    gekennzeichnet durch
    folgende Schritte:
    Ermittlung der zeitlichen Lage (tBP) eines dritten Wendepunktes (BP) im zeitlichen Verlauf der gemessenen Aktorspannnung,
    Bestimmung der Einspritzgröße (tBEGINN) in Abhängigkeit von der zeitlichen Lage (tBP) des dritten Wendepunkts (BP).
  7. Betriebsverfahren nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Wendepunkt (BP) zwischen dem ersten lokalen Maximum und dem ersten lokalen Minimum (MIN) des Spannungsverlaufs liegt.
  8. Betriebsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    gekennzeichnet durch
    folgende Schritte:
    Ermittlung der zeitlichen Lage (tMAX) eines Maximums (MAX) im zeitlichen Verlauf der gemessenen Aktorspannnung,
    Bestimmung der Einspritzgröße (tBEGINN) in Abhängigkeit von der zeitlichen Lage (tMAX) des Maximums (MAX).
  9. Betriebsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    gekennzeichnet durch
    folgende Schritte:
    Ermittlung der zeitlichen Lage (tMIN) eines Minimums (MIN) im zeitlichen Verlauf der gemessenen Aktorspannnung,
    Bestimmung der Einspritzgröße (tBEGINN) in Abhängigkeit von der zeitlichen Lage (tMIN) des Minimums (MIN).
  10. Betriebsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    gekennzeichnet durch
    folgende Schritte:
    Erfassung des Aktorstroms zwischen dem Aufladen und dem Entladen des Aktors (12),
    Erfassung von Beginn und/oder Phasenlage einer Schwingung (16) des Aktorstroms,
    Bestimmung des Einspritzbeginns (tBEGINN) in Abhängigkeit von dem Beginn und/oder der Phasenlage der Schwingung des Aktorstroms.
  11. Betriebsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    gekennzeichnet durch
    folgende Schritte:
    Elektrische Ansteuerung des Aktors (12),
    Regelung der elektrischen Ansteuerung in Abhängigkeit von dem ermittelten Einspritzbeginn und/oder dem ermittelten Einspritzende.
  12. Betriebsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    gekennzeichnet durch
    folgende Schritte:
    Entladen des Aktors (12) zur Beendigung eines Einspritzvorgangs,
    Erfassung der Aktorstroms,
    Bestimmung einer Einspritzgröße (tENDE) in Abhängigkeit von dem erfassten Aktorstrom.
  13. Betriebsverfahren nach Anspruch 12,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (12) zum Entladen kurzgeschlossen wird und der Aktorstrom im kurzgeschlossenen Zustand erfasst wird.
  14. Betriebsverfahren nach Anspruch 13,
    dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von dem im kurzgeschlossenen Zustand erfassten Aktorstrom das Einspritzende (tENDE) ermittelt wird.
  15. Betriebsverfahren nach Anspruch 12 oder 13,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Aktorstrom in einem vorgegebenem Zeitfenster nach dem Kurzschließen des Aktors (12) erfasst wird.
  16. Betriebsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    gekennzeichnet durch
    folgende Schritte:
    Erfassung der zeitlichen Lage eines Stromimpulses (17) des Aktorstroms nach dem Kurzschließen,
    Bestimmung des Einspritzendes (tENDE) in Abhängigkeit von der zeitlichen Lage des Stromimpulses (17).
  17. Betriebsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (12) zur Beendigung des Einspritzvorgangs so schnell entladen wird, dass der Kraftschluss zwischen dem Aktor (12) und einer/einem von dem Aktor (12) angetriebenen Düsennadel (1) oder Ventilkörper (10) kurzzeitig getrennt wird und anschließend wieder auftritt, wenn die Düsennadel (12) oder der Ventilkörper (10) der Aktorbewegung nachfolgt.
  18. Betriebsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (12) vor dem Kurzschließen zunächst definiert entladen wird.
  19. Betriebsverfahren nach Anspruch 18,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (12) vor dem Kurzschließen bis auf einen Bruchteil seiner Maximalspannung entladen wird.
  20. Einspritzventil mit einem Aktor zum Steuern des Drucks in einem Steuerraum (8) durch ein Steuerventil (9, 10), wobei abhängig vom Druck im Steuerraum (8) eine axial verschiebbare Düsennadel (1) zum Einspritzen von Kraftstoff über einen Ventilsitz eine oder mehrere Düsenöffnungen bzw. Einspritzlöcher öffnet oder schließt.
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