DE102009018289B3

DE102009018289B3 - Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines Einspritzventils

Info

Publication number: DE102009018289B3
Application number: DE102009018289A
Authority: DE
Inventors: Martin Dr. Brandt
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2009-04-21
Filing date: 2009-04-21
Publication date: 2010-06-17
Anticipated expiration: 2029-04-22
Also published as: US9200580B2; WO2010121892A1; US20120031378A1; CN102422004A; CN102422004B

Abstract

Verfahren zum Betreiben eines Einspritzventils (1) mit einer Längsachse (L), einer Düsennadel (14), einem Steuerventil (7) und einem als Festkörperaktuator ausgebildeten Stellantrieb (2). Der Stellantrieb (2) ist zum Einwirken auf das Steuerventil (7) und das Steuerventil (7) ist zum Einwirken auf d2) werden in mehreren Adaptionsdurchläufen unterschiedliche vorgegebene Mengen an elektrischer Energie (E) zugeführt zum Verändern einer axialen Länge des Stellantriebs (2). Die jeweilige vorgegebene Menge an elektrischer Energie (E) wird so vorgegeben, dass eine axiale Lage der Düsennadel (14) unverändert bleibt. Korrelierend zu dem jeweiligen Adaptionsdurchlauf wird nach dem Zuführen der dem jeweiligen Adaptionsdurchlauf zugeordneten vorgegebenen Menge an elektrischer Energie (E) ein erster und zweiter Spannungswert (V1, V2) erfasst und davon abhängig ein Spannungsdifferenzwert (dV) ermittelt. Der Spannungsdifferenzwert (dV) wird mit einem vorgegebenen Schwellenwert (dV_TH) verglichen und davon abhängig wird zumindest eine Ansteuerung des Stellantriebs (2) zum Einspritzen von Fluid angepasst.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben eines Einspritzventils mit einer Düsennadel, einem Steuerventil und einem als Festkörperaktuator ausgebildeten Stellantrieb. Der Stellantrieb ist zum Einwirken auf das Steuerventil und das Steuerventil ist zum Einwirken auf die Düsennadel ausgebildet. Die Düsennadel ist ausgebildet, in einer Schließposition einen Fluidfluss durch mindestens eine Einspritzöffnung zu verhindern und ansonsten den Fluidfluss freizugeben.
Indirekt angetriebene Einspritzventile verfügen über eine Düsennadel, ein Steuerventil und einen Stellantrieb. Zur Dosierung einer Kraftstoffzufuhr in einen Zylinder einer Brennkraftmaschine kann das Einspritzventil durch eine Ansteuerung der Düsennadel mittels des Steuerventils geöffnet oder geschlossen werden. Eine Voraussetzung für eine genaue Dosierbarkeit des Kraftstoffs in den jeweiligen Zylinder mittels des Einspritzventils ist eine genaue Kenntnis über dessen Öffnungsverhalten.
In dem aus der Patentschrift DE 100 12 607 C2 bekannten Verfahren zur Ansteuerung eines kapazitiven Stellgliedes, insbesondere eines Piezo-Aktors, wird zum Beispiel durch sukzessive Erhöhung der Ladung des Piezo-Aktors bis zu einem Punkt an dem die Kapazität plötzlich geringer wird, der Leerhub des Piezo-Aktors ermittelt. Bei folgenden Einspritzzyklen wird dann die für die Einspritzung erforderliche Energiemenge zur Beaufschlagung des Piezo-Aktors um die zur Überwindung des Leerhubs erforderliche Energiemenge korrigiert. Das Verhalten des Aktors über den gesamten Einspritzzyklus hinweg wird durch dieses Verfahren weder erfasst noch korrigiert.
Eine weitere Möglichkeit den Hub eines Piezoaktors präziser steuern zu können wird in der Patentschrift DE 101 49 960 C1 vorgeschlagen, indem zur Bestimmung der Ansteuerenergie eine Funktion verwendet wird, welche vorab für ein typisches Lastkollektiv, dem ein Piezoaktor ausgesetzt sein kann, ermittelt wurde. Es wird also eine theoretische Verschleißentwicklung zugrunde gelegt, die im Einzelfall natürlich von der Realität abweichen kann. Von Beginn an gegebene reale Fertigungs- oder Materialabweichungen können durch dieses Verfahren im Einzelnen jedoch nicht berücksichtigt werden.
Auch mit dem durch die DE 10 2005 001 498 B4 bekannten Verfahren zur Ansteuerung eines Einspritzventils wird lediglich der Leerhub des des Piezo-Stellantriebs ermittelt. Dies geschieht durch Variieren der Kombination von Ansteuerzeitdauer und der dem Piezo-Stellantrieb zugeführten elektrischen Energie bis hin zu einer Zielkombination, die ein Maß für den Leerhub darstellt.
Es ist Aufgabe der Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mit dem bzw. der eine weiter präzisierte und zuverlässige Einspritzung von Fluid ermöglicht wird.
Die Erfindung zeichnet sich aus durch ein Verfahren und eine korrespondierende Vorrichtung zum Betreiben eines Einspritzventils mit einer Längsachse, einer Düsennadel, einem Steuerventil und einem als Festkörperaktuator ausgebildeten Stellantrieb. Der Stellantrieb ist zum Einwirken auf das Steuer ventil und das Steuerventil ist zum Einwirken auf die Düsennadel ausgebildet. Die Düsennadel ist ausgebildet, in einer Schließposition einen Fluidfluss durch mindestens eine Einspritzöffnung zu verhindern und ansonsten den Fluidfluss freizugeben. Dem Stellantrieb wird in mehreren Adaptionsdurchläufen unterschiedliche vorgegebene Mengen an elektrischer Energie zugeführt zum Verändern einer axialen Länge des Stellantriebs. Die jeweilige vorgegebene Menge an elektrischer Energie wird so vorgegeben, dass eine axiale Lage der Düsennadel unverändert bleibt. Korrelierend zu dem jeweiligen Adaptionsdurchlauf werden nach dem Zuführen der dem jeweiligen Adaptionsdurchlauf zugeordneten vorgegebenen Menge an elektrischer Energie ein erster und zweiter Spannungswert über dem Stellantrieb erfasst. Abhängig von dem ersten und zweiten Spannungswert wird ein Spannungsdifferenzwert ermittelt. Der Spannungsdifferenzwert wird mit einem vorgegebenen Schwellenwert verglichen. Abhängig von dem Vergleich wird zumindest eine Ansteuerung des Stellantriebs zum Einspritzen von Fluid angepasst. Mittels der Anpassung des Stellantriebs werden Veränderungen eines Einspritzverhaltens des Einspritzventils beispielsweise aufgrund mechanischer Toleranzen oder sich über der Lebensdauer des Einspritzventils verändertem Einlaufverhalten oder Verschleiß ausgeglichen und somit ein zuverlässiger Betrieb ermöglicht. Der Stellantrieb ist vorzugsweise als Piezoaktuator ausgebildet und vorzugsweise mechanisch mit dem Steuerventil gekoppelt. Das Steuerventil wirkt vorzugsweise über eine hydraulische Kopplung auf die Düsennadel ein. Die unterschiedlichen Mengen an elektrischer Energie werden derart vorgegeben, dass die Düsennadel vorzugsweise in ihrer Schließposition bleibt und somit eine Einspritzung von Fluid während der Adaptionsdurchläufe verhindert wird. Vorzugsweise ist die Menge an elektrischer Energie für den jeweils ersten Adaptionsdurchlauf derart vorgegeben, dass die axiale Lage des Steuerventils unverändert bleibt. Dies hat den Vorteil, dass die Anpassung des Stellantriebs besonders effizient und ressourcensparend ausgeführt werden kann. Der erste und zweite Spannungswert werden zu jeweils unterschiedlichen vorgegebenen Zeitpunkten erfasst. Für die Anpassung der Ansteuerung des Stellantriebs ist keine weitere Messvorrichtung erforderlich.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird korrelierend zu dem jeweiligen Adaptionsdurchlauf nacheinander während einer Ladephase die dem jeweiligen Adaptionsdurchlauf zugeordnete vorgegebene Menge an elektrischer Energie dem Stellantrieb zugeführt. Danach wird während einer Haltephase für eine vorgegebene Zeitdauer das Zuführen einer weiteren Menge an elektrischer Energie gestoppt, wobei der erste und zweite Spannungswert während der Haltephase erfasst werden. Danach wird während einer Entladephase der Stellantrieb entladen. Dem jeweiligen Adaptionsdurchlauf ist somit eine Lade-, Halte- und Entladephase zugeordnet. Das hat den Vorteil, dass der Stellantrieb zu Beginn des jeweiligen Adaptionsdurchlaufs im Wesentlichen entladen ist und somit eine besonders exakte Anpassung des Stellantriebs ermöglicht wird.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird der erste Spannungswert zu einem ersten Zeitpunkt erfasst, der unmittelbar nach der Ladephase liegt. Zum Ende der Ladephase ist eine Spannung über dem Stellantrieb besonders hoch, wodurch der Differenzspannungswert besonders geeignet erfassbar ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird der zweite Spannungswert zu einem zweiten Zeitpunkt erfasst, zu dem eine Oszillation einer Bewegung des mittels des Stellantriebs angeregten Steuerventils während der Haltephase im Wesentlichen abgeklungen ist. Dazu wird ein Signal, das repräsentativ ist für die Spannung über dem Stellantrieb, beobachtet und anhand dessen eine im Wesentlichen abgeklungene Bewegung des Steuerventils detektiert. Alternativ wird nach dem Zeitpunkt der Erfassung des ersten Spannungswertes eine vorgegebene Zeitdauer gewartet und danach der zweite Spannungswert erfasst. Die Zeitdauer wird beispielsweise in einem Prüfstand ermittelt und repräsentiert eine Einschwingdauer der Bewegung des Steuerventils.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird ein Fehler des Stellantriebs erkannt, wenn die ermittelte Spannungsdifferenz betragsmäßig kleiner ist als der vorgegebene Schwellenwert und wenn die dem Stellantrieb zugeführte Menge an elektrischer Energie betragsmäßig größer ist als ein vorgegebener Maximalenergiewert. Der vorgegebene Maximalenergiewert repräsentiert eine Menge an elektrischer Energie, in der eine Veränderung der axialen Lage der Düsennadel und somit eine Einspritzung von Fluid gerade noch nicht erfolgt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird während oder nach dem Adaptionsdurchlauf, in dem der vorgegebene Schwellenwert erreicht oder betragsmäßig überschritten wird, abhängig von der diesem Adaptionsdurchlauf zugeordneten Menge an elektrischer Energie ein Energieoffsetwert ermittelt, der zur Ansteuerung des Stellantriebs zum Einspritzen von Fluid und/oder zur Ansteuerung des Stellantriebs während nachfolgenden Adaptionsdurchläufen berücksichtigt wird. Die dem entsprechenden Adaptionsdurchlauf zugeordnete Menge an elektrischer Energie repräsentiert ein Maß für die zur Öffnung des Steuerventils benötigte Energie. Vorzugsweise wird der ermittelte Energieoffsetwert in der jeweiligen Ansteuerung des Stellantriebs zu der dieser Ansteuerung zugeordneten Menge an elektrischer Energie hinzuaddiert.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird in aufeinanderfolgenden Adaptionsdurchläufen die dem Stellantrieb jeweils zugeführte Menge an elektrischer Energie erhöht. Vorzugsweise wird die Menge an elektrischer Energie inkrementell erhöht und ermöglicht somit eine besonders exakte Anpassung. Vorzugsweise wird nach dem Adaptionsdurchlauf, in dem der vorgegebene Spannungsdifferenzschwellenwert erreicht oder betragsmäßig überschritten wird, erneut mit dem ersten Adaptionsdurchlauf begonnen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist das Einspritzventil mit einem Hochdruckspeicher hydraulisch gekoppelt zum Zuführen von Fluid. Die Adaptionsdurchläufe werden gestartet, wenn der Druck, unter dem das Fluid in dem Hochdruckspeicher gespeichert ist, einen vorgegebenen Druck aufweist. Dies ermöglicht eine besonders exakte Anpassung der Ansteuerung des Stellantriebs. Vorzugsweise weist der Druck im Hochdruckspeicher im Wesentlichen den vorgegebenen Druck konstant auf.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird der Schwellenwert abhängig von dem vorgegebenen Druck vorgegeben. Die Vorgabe des Schwellenwertes abhängig von dem vorgegebenen Druck im Hochdruckspeicher ermöglicht eine besonders exakte Anpassung der Ansteuerung des Stellantriebs.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 Einspritzventil im Längsschnitt,
2 Verläufe von Aktuatorspannungen,
3 Verlauf eines Drucks im Hochdruckspeicher,
4 Verlauf eines Differenzspannungswertes,
5 Verlauf einer Einspritzmenge,
6a, 6b Verläufe von Differenzspannungswerten und Einspritzmengen,
7, 8 Ablaufdiagramme.
Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
In 1 ist ein indirekt angetriebenes Einspritzventil 1 in zwei Längsschnitten dargestellt. Das Einspritzventil 1 kann beispielsweise als Kraftstoffeinspritzventil für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs eingesetzt werden.
Das Einspritzventil 1 umfasst eine Längsachse L, eine Düsennadel 14, ein Steuerventil 7 und einen als Festkörperaktuator ausgebildeten Stellantrieb 2. Der Stellantrieb 2 ist vorzugsweise als Piezoaktuator ausgebildet. Das Steuerventil 7 ist mit dem Stellantrieb 2 fest gekoppelt.
Das Einspritzventil 1 umfasst einen Gehäusekörper 3 mit einem Membranraum 9 und einem Aktuatorraum 5, in der der Stellantrieb 2 angeordnet ist. Das Einspritzventil 1 umfasst ferner einen Düsenkörper 16, der einen Steuerraum 8 und einen Ventilraum 12 umfasst. Der Düsenkörper 16 umfasst ferner Einspritzöffnungen 18, über die Fluid bei geöffnetem Einspritzventil 1 in einen Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt wird. In dem Steuerraum 8 ist das Steuerventil 7 und eine Feder 10 und in dem Ventilraum 12 die Düsennadel 14 angeordnet. Der Membranraum 9 ist hydraulisch mit dem Steuer raum 8 und der Steuerraum 8 ist hydraulisch mit dem Ventilraum 12 gekoppelt. Der Steuerraum 8 und der Ventilraum 12 sind über einen Zulauf 22 mit einem Hochdruckspeicher zum Zuführen von Fluid hydraulisch gekoppelt. In dem Hochdruckspeicher ist Fluid unter einem vorgegebenen Druck gespeichert, so z. B. zwischen 200 und 2000 bar. In einem Betrieb der Brennkraftmaschine sind der Membranraum 9, der Steuerraum 8 und der Ventilraum 12 mit Fluid gefüllt. Der Membranraum 5 ist über einen Rücklauf 20 mit einem Fluidspeicher, so z. B. einem Kraftstofftank, hydraulisch gekoppelt.
Der Stellantrieb 2 ist ausgebildet, auf das Steuerventil 7 einzuwirken und dabei ein Druckverhältnis zwischen dem Steuerraum 8 und dem Ventilraum 12 zu steuern. Die Bewegung des Steuerventils 7 wird zum einen durch ein resultierendes Kraftverhältnis aufgrund des Druckverhältnisses zwischen Steuer- und Membranraum 8, 9 und zum anderen durch die von dem Stellantrieb 2 auf das Steuerventil 7 aufgebrachte Kraft beeinflusst.
In einer Ladephase wird der Stellantrieb 2 mit einer vorgegebenen Menge an elektrischer Energie E beaufschlagt, so z. B. energiegesteuert. Der Stellantrieb 2 wird dabei mit einem Aktuatorstrom I_ACT beaufschlagt und die aufgebrachte Menge an elektrischer Energie E wird vorzugsweise unter zur Hilfenahme der mathematischen Beziehung E = 0.5·∫I_ACTdt·U_ACT ermittelt. Eine Aktuatorspannung U_ACT über dem Stellantrieb 2 steigt an und aufgrund des piezoelektrischen Effektes dehnt sich der Stellantrieb 2 axial aus und übt eine Aktuatorkraft auf das Steuerventil 7 aus. Überschreitet die Aktuatorkraft eine von dem Druck in dem Hochdruckspeicher abhängende Gegenkraft, die aus einer der Feder 10 zugeordneten Federkraft und einem Fluiddruck in dem Steuerraum 8 resultiert, so wird das Steuer ventil 7 axial bewegt und öffnet. Etwa zu diesem Zeitpunkt wird die Bestromung des Stellantriebs 2 unterbrochen und keine weitere Menge an elektrischer Energie zugeführt. Zu diesem Zeitpunkt t2 beginnt eine Haltephase, in der der Fluiddruck im Steuerraum 8 sich abbaut. Die Düsennadel 14 wird aufgrund der Druckdifferenz angehoben und öffnet die Einspritzöffnungen 18 zum Einspritzen von Fluid. Zum Beenden der Einspritzung wird der Stellantrieb 2 entladen und somit die in dem Stellantrieb 2 gespeicherte Menge an elektrischer Energie E abgebaut. Der Stellantrieb 2 kontrahiert und bewegt somit das Steuerventil 7 axial dahingehend, dass dieses schließt. Über den Zulauf 22 wird dem Steuerraum 8 weiterhin Fluid zugeführt und der Fluiddruck in dem Steuerraum 9 wird erneut aufgebaut und die Düsennadel 14 entsprechend axial derart bewegt, dass sie letztendlich schließt und somit die Einspritzung von Fluid beendet.
In 2 sind mehrere unterschiedliche Spannungsverläufe einer Aktuatorspannung U_ACT über dem Stellantrieb 2 als Funktion der Zeit t dargestellt. Ein erster Spannungsverlauf U_ACT1 repräsentiert einen ersten Adaptionsdurchlauf und ein n-ter Spannungsverlauf U_{ACT_n} repräsentiert einen n-ten Adaptionsdurchlauf. Die Ladephase wird durch die Zeitdauer zwischen den Zeitpunkten t1 und t2, die Haltephase durch die Zeitdauer zwischen den Zeitpunkten t2 und t4 und die Entladephase durch die Zeitdauer zwischen den Zeitpunkten t4 und t5 repräsentiert.
Während der jeweiligen Haltephase wird ein erster und ein zweiter Spannungswert V1, V2 über dem Stellantrieb 2 erfasst. So wird vorzugsweise unmittelbar nach der Ladephase, d. h. zu Beginn der Haltephase, der erste Spannungswert V1 erfasst. Der zweite Spannungswert V2 wird vorzugsweise zu dem Zeitpunkt t3 erfasst, zu dem eine der Einwirkung durch den Stel lantrieb 2 zugeordnete Oszillation einer Bewegung des Steuerventils 7 im Wesentlichen abgeklungen ist, d. h. zu dem ein Druckausgleich zwischen Steuerraum 8 und Membranraum 9 stattgefunden hat. Dazu wird die Spannung über dem Stellantrieb 2 beobachtet oder es wird eine vorgegebene Zeitdauer nach dem Erfassen des ersten Spannungswertes V1 gewartet. Abhängig von dem ersten und zweiten Spannungswert V1, V2 wird ein Spannungsdifferenzwert dV ermittelt.
Ein Druckausgleich zwischen dem Steuer- und Membranraum 8, 9 findet nur dann statt, wenn der Stellantrieb 2 das Steuerventil 7 zumindest im geringen Maße öffnet; andernfalls ändern sich die Kraftverhältnisse am Stellantrieb 2 im Wesentlichen nicht. Der Spannungsdifferenzwert dV ist repräsentativ für eine Kraftänderung am Stellantrieb 2 in dem Zeitintervall zwischen den Erfassungen der beiden Spannungswerte V1, V2. Die Kraftänderung am Stellantrieb 2 wird etwa durch geänderte Druckverhältnisse zwischen Steuerraum 8 und Membranraum 9 hervorgerufen. Unter der Annahme eines konstanten Drucks im Hochdruckspeicher, bedeutet dies, dass hierzu das Steuerventil 7 zumindest teilweise geöffnet wurde.
Vorzugsweise wird während jeweils eines ersten Adaptionsdurchlaufs die dem Stellantrieb 2 zugeführte Menge an elektrischer Energie E derart vorgegeben, dass das Steuerventil 7 unbeeinflusst, vorzugsweise geschlossen bleibt. In nachfolgenden Adaptionsdurchläufen wird die dem Stellantrieb 2 jeweils zugeführte Menge an elektrischer Energie E inkrementell erhöht, so z. B. um eine vorgegebenen Energiemenge dE.
Der Spannungsdifferenzwert dV wird mit einem vorgegebenen Schwellenwert dV_TH verglichen und abhängig von dem Vergleich zumindest eine Ansteuerung des Stellantriebs 2 zum Einsprit zen von Fluid angepasst. Der Schwellenwert dV_TH wird dabei abhängig von dem Druck im Hochdruckspeicher vorgegeben.
Anhand der 7 wird ein Verfahren zum Betreiben des Einspritzventils 1 erläutert, das beispielsweise mittels eines Steuergerätes des Kraftfahrzeugs abgearbeitet wird. Ein solches Steuergerät kann auch als Vorrichtung zum Betreiben des Einspritzventils bezeichnet werden.
In einem Schritt SO wird das Verfahren gestartet. In einem Schritt S2 wird überprüft, ob ein vorgegebener Betriebszustand ACTC der Brennkraftmaschine vorliegt, so z. B. ein Schubbetrieb oder zwischen regelmäßigen Einspritzphasen, etc. Liegt dieser Betriebszustand ACTC nicht vor, so wird das Verfahren in einem Schritt S20 beendet. Liegt der Betriebszustand ACTC vor, wird in einem Schritt S4 zunächst der Druck in dem Hochdruckspeicher auf einen vorgegebenen Druck P_SOLL eingestellt, so z. B. auf 800 oder 1600 bar beispielsweise mittels einer Betätigung eines Druckregelventils des Hochdruckspeichers. In einem Schritt S6 wird überprüft, ob der vorgegebene Druckwert P_SOLL in dem Hochdruckspeicher erreicht ist. Ist diese Bedingung nicht erfüllt, wird das Verfahren in dem Schritt S20 beendet. Alternativ kann der Schritt S4 erneut ausgeführt werden. Ist die Bedingung im Schritt S6 erfüllt, wird in einem Schritt S8 die dem Stellantrieb 2 zuzuführende Menge an elektrischer Energie E auf eine erste vorgegebene Menge an elektrischer Energie E1 initialisiert, so z. B. 7,7 mJ. In einem Schritt S10 wird dann in dem ersten Adaptionsdurchlauf die erste vorgegebene Menge an elektrischer Energie E1 dem Stellantrieb 2 zugeführt. Der Schritt S10 repräsentiert dabei die Ladephase des jeweiligen Adaptionsdurchlaufs. In einem Schritt S12, d. h. nach der Ladephase und somit während der Haltephase, wird der erste und zweite Spannungswert V1, V2 über dem Stellantrieb 2 erfasst und abhängig davon der Differenzspannungswert dV ermittelt. In einem Schritt S14 wird der Differenzspannungswert dV mit dem vorgegebenen Schwellenwert dV_TH verglichen, wobei der Schwellenwert dV_TH abhängig von dem im Schritt S4 eingestellten Druck P_SOLL vorgegeben wird. Ist der Differenzspannungswert dV betragsmäßig kleiner als der Schwellenwert dV_TH, wird in einem Schritt S16, der auch die Entladephase repräsentiert, der Stellantrieb 2 entladen und die dem Stellantrieb 2 in dem folgenden Adaptionsdurchlauf zuzuführende Menge an elektrischer Energie E inkrementell erhöht, so z. B. um die vorgegebene Energiemenge dE, beispielsweise 2,2 mJ. Das Verfahren wird in dem Schritt S10 fortgesetzt. Ist der Differenzspannungswert dV betragsmäßig größer oder gleich dem Schwellenwert dV_TH, wird in einem Schritt S18 abhängig von der in diesem Adaptionsdurchlauf zugeführten Menge an elektrischer Energie E ein Energieoffsetwert E_OFFS ermittelt. Da der Energieoffsetwert E_OFFS typischerweise rauschbehaftet ist, kann der Energieoffsetwert E_OFFS in dem Schritt S18 tiefpassgefiltert werden. Der Energieoffsetwert E_OFFS repräsentiert eine dem Stellantrieb 2 zuzuführende, zur Öffnung des Steuerventils 7 benötigte Menge an elektrischer Energie und wird zu einer Menge an elektrischer Energie, die zur Ansteuerung des Einspritzventils 1 zur Einspritzung von Fluid vorgegeben wird, hinzuaddiert. Ferner wird der Energieoffsetwert E_OFFS auch für nachfolgende Adaptionsdurchläufe der jeweiligen Menge an elektrischer Energie E berücksichtigt. In dem Schritt S20 wird das Verfahren beendet oder alternativ in dem Schritt S2 erneut ausgeführt.
Anhand der 8 ist eine Erweiterung des Verfahrens dargestellt. Die Schritte S0 bis S12 und S16 bis S20 werden analog zu den entsprechenden Schritten gemäß 8 ausgeführt.
In einem Schritt S22 wird der ermittelte Differenzspannungswert dV mit dem Schwellenwert dV_TH und die dem Stellantrieb 2 in dem jeweiligen Adaptionsdurchlauf zugeführte Menge an elektrischer Energie E mit einem Maximalenergiewert E_MAX verglichen. Ist der ermittelte Differenzspannungswert dV betragsmäßig kleiner als der Schwellenwert dV_TH und ist die entsprechende Menge an elektrischer Energie E betragsmäßig kleiner als der Maximalenergiewert E_MAX, wird das Verfahren in dem Schritt S16 fortgesetzt. Ist die Bedingung in dem Schritt S22 nicht erfüllt, wird in einem Schritt S24 erneut ein Vergleich durchgeführt, wobei in diesem, im Vergleich zu dem Schritt S22, überprüft wird, ob der Differenzspannungswert dV betragsmäßig größer oder gleich dem Schwellenwert dV_TH ist. Ist diese Bedingung erfüllt, wird das Verfahren in dem Schritt S18 fortgesetzt. Ist die Bedingung in dem Schritt S24 nicht erfüllt, wird in einem Schritt S26 ein dritter Vergleich durchgeführt, in dem, im Vergleich zu dem Schritt S22, überprüft wird, ob die zugeführte Menge an elektrischer Energie E betragsmäßig größer oder gleich dem Maximalenergiewert E_MAX ist. Ist diese Bedingung erfüllt, wird in einem Schritt S28 ein Fehler ERR des Stellantriebs 2 detektiert. Da auch dieser typischerweise rauschbehaftet ist, kann dieser tiefpassgefiltert und/oder entprellt werden. Ist die Bedingung in dem Schritt S26 nicht erfüllt, wird das Verfahren in dem Schritt S20 beendet oder alternativ in dem Schritt S2 erneut ausgeführt.
In 3 sind unterschiedliche Druckverläufe des Drucks im Hochdruckspeicher als Funktion der Zeit t dargestellt. Ein erster Druckverlauf 30 repräsentiert den Druckverlauf des Drucks im Hochdruckspeicher während der Adaptionsdurchläufe, d. h. ohne Einspritzung von Fluid. Ein zweiter Druckverlauf 32 repräsentiert einen Druckverlauf des Drucks im Hochdruckspeicher während der Einspritzung von Fluid.
In 4 ist ein erster Verlauf 40 des Spannungsdifferenzwertes dV als Funktion der zugeführten Mengen an elektrischer Energie E während der Adaptionsdurchläufe dargestellt. Aus 4 ist erkennbar, dass mit steigender zugeführter Menge an elektrischer Energie E der Spannungsdifferenzwert dV ansteigt. Dabei repräsentieren die steigenden Spannungsdifferenzwerte dV steigende Kraftänderungen am Stellantrieb 2.
In 5 ist ein erster Verlauf 50 einer Einspritzmenge als Funktion der zugeführten Mengen an elektrischer Energie E dargestellt. Eine Einspritzung von Fluid mittels des Einspritzventils 1 erfolgt ab einem dem jeweiligen Einspritzventil zugeordneten Energieschwellenwert E_TH, der bespielsweise betragsmäßig geringfügig über dem Maximalenergiewert E_MAX liegt. Da die dem jeweiligen Adaptionsdurchlauf zugeordnete Menge an elektrischer Energie E geringer ist als der Energieschwellenwert E_TH, erfolgt während der Adaptionsdurchläufe keine Einspritzung.
In 6a und 6b sind jeweils weitere Verläufe der ermittelten Differenzspannungswerte dV und weitere Verläufe der zugeordneten Einspritzmengen für unterschiedliche Drücke im Hochdruckspeicher, so z. B. 800 und 1600 bar, dargestellt. Durch diese Verläufe ist dargestellt, wie sich durch eine Berücksichtigung des ermittelten Energieoffsetwertes E_OFFS, repräsentiert durch eine Leerhubspannung 12 V und 34 V, der jeweilige Verlauf der Differenzspannungswerte und der jeweilige Verlauf der Einspritzmengen ändert.
Liegt ein Einspritzsystem mit mehreren Einspritzventilen vor, kann eine Anpassung für jedes einzelne Einspritzventil erfolgen. Dadurch wird eine exakte und zuverlässige Einspritzung von Fluid ermöglicht.
Die Anpassung der Ansteuerung des jeweiligen Stellantriebs kann auch in komplexen hydraulischen Systemen angewendet werden, in denen kein direkter Zusammenhang zwischen dem Druck im Hochdruckspeicher und der Einspritzung von Fluid besteht.

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Einspritzventils (1) mit einer Längsachse (L), einer Düsennadel (14), einem Steuerventil (7) und einem als Festkörperaktuator ausgebildeten Stellantrieb (2), wobei der Stellantrieb (2) zum Einwirken auf das Steuerventil (7) und das Steuerventil (7) zum Einwirken auf die Düsennadel (14) ausgebildet ist, wobei die Düsennadel (14) ausgebildet ist, in einer Schließposition einen Fluidfluss durch mindestens eine Einspritzöffnung (18) zu verhindern und ansonsten den Fluidfluss freizugeben, bei dem – dem Stellantrieb (2) in mehreren Adaptionsdurchläufen unterschiedliche vorgegebene Mengen an elektrischer Energie (E) zugeführt werden zum Verändern einer axialen Länge des Stellantriebs (2), wobei die jeweilige vorgegebene Menge an elektrischer Energie (E) so vorgegeben wird, dass eine axiale Lage der Düsennadel (14) unverändert bleibt, – korrelierend zu dem jeweiligen Adaptionsdurchlauf nach dem Zuführen der dem jeweiligen Adaptionsdurchlauf zugeordneten vorgegebenen Menge an elektrischer Energie (E) ein erster und zweiter Spannungswert (V1, V2) über dem Stellantrieb (2) erfasst werden, – abhängig von dem ersten und zweiten Spannungswert (V1, V2) ein Spannungsdifferenzwert (dV) ermittelt wird, – der Spannungsdifferenzwert (dV) mit einem vorgegebenen Schwellenwert (dV_TH) verglichen wird, – abhängig von dem Vergleich zumindest eine Ansteuerung des Stellantriebs (2) zum Einspritzen von Fluid angepasst wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem korrelierend zu dem jeweiligen Adaptionsdurchlauf nacheinander – während einer Ladephase die dem jeweiligen Adaptionsdurchlauf zugeordnete vorgegebene Menge an elektrischer Energie (E) dem Stellantrieb (2) zugeführt wird, – während einer Haltephase für eine vorgegebene Zeitdauer das Zuführen einer weiteren Menge an elektrischer Energie gestoppt wird, wobei der erste und zweite Spannungswert (V1, V2) während der Haltephase erfasst werden, – während einer Entladephase der Stellantrieb (2) entladen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der erste Spannungswert (V1) zu einem ersten Zeitpunkt (t2) erfasst wird, der unmittelbar nach der Ladephase liegt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der zweite Spannungswert (V2) zu einem zweiten Zeitpunkt (t3) erfasst wird, zu dem eine Oszillation einer Bewegung des mittels des Stellantriebs (2) angeregten Steuerventils (7) während der Haltephase im Wesentlichen abgeklungen ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem ein Fehler des Stellantriebs (2) erkannt wird, wenn die ermittelte Spannungsdifferenz (dV) betragsmäßig kleiner ist als der vorgegebene Schwellenwert (dV_TH) und wenn die dem Stellantrieb (2) zugeführte Menge an elektrischer Energie (E) betragsmäßig größer ist als ein vorgegebener Maximalenergiewert (E_MAX).
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem während oder nach dem Adaptionsdurchlauf, in dem der vorgegebene Schwellenwert (dV_TH) erreicht oder betragsmäßig überschritten wird, abhängig von der diesem Adaptionsdurchlauf zugeordneten Menge an elektrischer Ener gie (E) ein Energieoffsetwert (E_OFFS) ermittelt wird, der zur Ansteuerung des Stellantriebs (2) zum Einspritzen von Fluid und/oder zur Ansteuerung des Stellantriebs (2) während nachfolgender Adaptiondurchläufers berücksichtigt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem in aufeinanderfolgenden Adaptionsdurchläufen die dem Stellantrieb (2) jeweils zugeführte Menge an elektrischer Energie (E) erhöht wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das Einspritzventil (1) mit einem Hochdruckspeicher hydraulisch gekoppelt ist zum Zuführen von Fluid, wobei die Adaptionsdurchläufe gestartet werden, wenn der Druck, unter dem das Fluid in dem Hochdruckspeicher gespeichert ist, einen vorgegebenen Druck (P_SOLL) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 8, bei dem während der Adaptionsdurchläufe der Druck im Hochdruckspeicher im Wesentlichen konstant den vorgegebenen Druck (P_SOLL) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, bei dem der Schwellenwert (dV_TH) abhängig von dem vorgegebenen Druck (P_SOLL) vorgegeben wird.
Vorrichtung zum Betreiben eines Einspritzventils (1) mit einer Längsachse (L), einer Düsennadel (14), einem Steuerventil (7) und einem als Festkörperaktuator ausgebildeten Stellantrieb (2), wobei der Stellantrieb (2) zum Einwirken auf das Steuerventil (7) und das Steuerventil (7) zum Einwirken auf die Düsennadel (14) ausgebildet ist, wobei die Düsennadel (14) ausgebildet ist, in einer Schließposition einen Fluidfluss durch mindestens eine Einspritzöffnung (18) zu verhindern und ansonsten den Fluidfluss freizugeben, wobei die Vorrichtung ausgebildet ist – dem Stellantrieb (2) in mehreren Adaptionsdurchläufen unterschiedliche vorgegebene Mengen an elektrischer Energie (E) zuzuführen zum Verändern einer axialen Länge des Stellantriebs (2), wobei die jeweilige vorgegebene Menge an elektrischer Energie (E) so vorgegeben wird, dass eine axiale Lage der Düsennadel (14) unverändert bleibt, – korrelierend zu dem jeweiligen Adaptionsdurchlauf nach dem Zuführen der dem jeweiligen Adaptionsdurchlauf zugeordneten vorgegebenen Menge an elektrischer Energie (E) einen ersten und zweiten Spannungswert (V1, V2) über dem Stellantrieb (2) zu erfassen, – abhängig von dem ersten und zweiten Spannungswert (V1, V2) einen Spannungsdifferenzwert (dV) zu ermitteln, – den Spannungsdifferenzwert (dV) mit einem vorgegebenen Schwellenwert (dV_TH) zu vergleichen, – abhängig von dem Vergleich zumindest eine Ansteuerung des Stellantriebs (2) zum Einspritzen von Fluid anzupassen.