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Die Erfindung betrifft eine Einspritzvorrichtung für eine Brennkraftmaschine sowie ein Verfahren zur Bestimmung eines Leerhubes zwischen einem Piezoaktor und einem durch den Piezoaktor bewegbaren Ventilkolben eines Injektors zur Einspritzung von Kraftstoff in einer Brennkraftmaschine oder zur Bestimmung einer durch den Leerhub verursachten Zeitverzögerung.
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Bekannte Einspritzvorrichtungen für Brennkraftmaschinen umfassen einen Injektor mit einem Ventilkolben zum Steuern eines Kraftstoffflusses und mit einem Piezoaktor zum Bewegen des Ventilkolbens sowie eine Steuereinheit zum Ansteuern des Piezoaktors. Dabei ist die Steuereinheit programmtechnisch eingerichtet, den Piezoaktor mit elektrischen Pulsen zu beaufschlagen und damit das Bewegen des Ventilkolbens zu bewirken, wenn eine durch den Piezoaktor auf den Ventilkolben ausgeübte Kraft größer ist als eine Gegenkraft. Für einen störungsfreien Betrieb der Brennkraftmaschine ist es erforderlich, einen Einspritzzeitpunkt und eine Einspritzdauer, die durch das Bewegen des Ventilkolbens reguliert werden, zeitgenau zu kontrollieren.
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Der zeitgenauen Kontrolle steht insbesondere ein sogenannter Leerhub zwischen Piezoaktor und Ventilkolben entgegen. Der Leerhub ist definiert als eine Wegstrecke, um die sich der Piezoaktor bewegen oder ausdehnen muss, bevor er den Ventilkolben bewegen kann. Er bewirkt daher eine Zeitverzögerung zwischen dem Ansteuern des Piezoaktors und dem Bewegen des Ventilkolbens. In der vorliegenden Schrift soll der Begriff Leerhub dabei nicht nur die dem Leerhub entsprechende Länge bezeichnen können, sondern auch eine andere Größe, die als Maß für diesen Leerhub im engeren Sinne des Wortes – also für die genannte Länge – geeignet ist, z. B. eine Ladungsmenge oder eine Energie eines elektrischen Pulses, die den Piezoaktor den Leerhub überwinden lässt. Aufgrund von mechanischen Toleranzen, Temperaturschwankungen, Einlaufverhalten eines Kraftstoffs und Verschleiss ist eine genaue Größe des Leerhubs in der Regel jedoch nicht bekannt und darüber hinaus Änderungen unterworfen. Damit der störungsfreie Betrieb der Brennkraftmaschine dennoch gewährleistet werden kann, ist es daher erforderlich, den Leerhub oder die durch den Leerhub verursachte Zeitverzögerung zu bestimmen und beim Ansteuern des Piezoaktors zu berücksichtigen.
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Bei einem bekannten Verfahren zur Bestimmung des Leerhubs wird der Piezoaktor mit elektrischen Pulsen unterschiedlicher Pulsenergie beaufschlagt. Zusätzlich wird vor und nach jedem der Pulse ein hydrostatischer Druck in einem Hochdruckspeicher (Rail), der die Einspritzvorrichtung mit Kraftstoff versorgt, mittels eines Druckmessers bestimmt. Ist dabei die Pulsenergie eines der Pulse so groß, dass der Piezoaktor den Leerhub und die Gegenkraft überwindet, so bewegt der Piezoaktor den Ventilkolben und verursacht einen Druckeinbruch im Rail. Eine Kenntnis der Pulsenergie, bei der dieser Druckeinbruch einsetzt, ermöglicht eine Anpassung der Ansteuerung des Piezoaktors während des Betriebes der Brennkraftmaschine. Ein Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, dass es nicht bei beliebigen Werten von Drehzahl, Raildruck oder Zahl von Einspritzvorgängen pro Sekunde durchführbar ist. Wird zudem eine Mehrzahl von Injektoren über dasselbe Rail mit Kraftstoff versorgt, so kann ein Druckeinbruch im Rail unter Umständen nicht eindeutig auf einen einzelnen Injektor zurückgeführt werden.
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Bei einem anderen bekannten Verfahren gemäß der
DE 10 2009 018 289 zur Bestimmung des Leerhubs wird der Piezoaktor ebenfalls mit elektrischen Pulsen unterschiedlicher Pulsenergie beaufschlagt. Zusätzlich wird nach einem Ende eines Ladevorgangs und nach einer definierten Wartezeit eine am Piezoaktor anliegende Spannung bestimmt, deren Differenz mit einer auf den Piezoaktor ausgeübten Kraftänderung korrelliert ist. Ist die Pulsenergie hinreichend groß, um den Ventilkolben zu bewegen und dadurch einen Druckeinbruch im Rail zu verursachen, und geht mit dem Druckeinbruch eine Veränderung einer über den Ventilkolben auf den Piezoaktor ausgeübten Kraft einher, so ist diese Veränderung über die Spannung am Piezoaktor detektierbar. Auch hier ermöglicht die Kenntnis der Pulsenergie, bei der die Veränderung der Kraft einsetzt, die Anpassung der Ansteuerung des Piezoaktors während des Betriebes der Brennkraftmaschine. Ein Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, dass es bei Ventilkolben sogenannter druckausgeglichener Ventile, bei denen die über den Ventilkolben auf den Piezoaktor ausgeübte Kraft vom Raildruck unabhängig ist, nicht angewendet werden kann. Gerade derartige Ventile sind im Betrieb jedoch besonders kostengünstig, da der Piezoaktor zum Bewegen dieser Ventile weniger Kraft benötigt und dadurch kleiner ausgelegt sein kann.
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Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende technische Aufgabe besteht somit darin, eine Steuerung einer Einspritzvorrichtung für eine Brennkraftmaschine derart einzurichten, dass ein Leerhub zwischen einem Piezoaktor und einem mit dem Piezoaktor bewegbaren Ventilkolben oder eine durch den Leerhub verursachte Zeitverzögerung möglichst präzise bestimmbar ist, und zwar möglichst unabhängig von einem Betriebszustand und von einer speziellen Bauart der Einspritzvorrichtung. Die Aufgabe umfasst ebenso, ein Verfahren vorzuschlagen, mit dem die Bestimmung durchgeführt werden kann.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Einspritzvorrichtung gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß Anspruch 9. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung finden sich in den Unteransprüchen.
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Erfindungsgemäß wird eine Einspritzvorrichtung für eine Brennkraftmaschine vorgeschlagen, die einen Injektor mit einem Ventilkolben zum Steuern eines Kraftstoffflusses und mit einem Piezoaktor zum Bewegen des Ventilkolbens sowie eine Steuereinheit zum Ansteuern des Piezoaktors umfasst, wobei die Steuereinheit programmtechnisch eingerichtet ist, den Piezoaktor mit einer Mehrzahl elektrischer Pulse unterschiedlicher Pulsenergie zu beaufschlagen und einen Leerhub zwischen dem Piezoaktor und dem Ventilkolben oder eine durch den Leerhub verursachte Zeitverzögerung zu bestimmen, wobei die Steuereinheit ferner programmtechnisch eingerichtet ist,
- – die Pulsenergien so zu wählen, dass eine maximale Auslenkung einer durch mindestens einen der Pulse verursachten Bewegung des Piezoaktors kleiner ist als der Leerhub, während eine maximale Auslenkung einer durch mindestens einen weiteren der Pulse verursachten Bewegung des Piezoaktors größer ist als der Leerhub, und zwar vorzugsweise nur geringfügig größer,
- – nach jedem der Pulse ein Frequenzspektrum eines am Piezoaktor anliegenden Spannungssignals während der durch den jeweiligen Puls verursachten Bewegung zu erfassen, und
- – den Leerhub oder die Zeitverzögerung aus diesen Frequenzspektren zu ermitteln.
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Ebenso wird ein Verfahren zur Bestimmung eines Leerhubes zwischen einem Piezoaktor und einem durch den Piezoaktor bewegbaren Ventilkolben eines Injektors zur Einspritzung von Kraftstoff in einer Brennkraftmaschine oder zur Bestimmung einer durch den Leerhub verursachten Zeitverzögerung vorgeschlagen, wobei der Piezoaktor mit einer Mehrzahl von elektrischen Pulsen unterschiedlicher Pulsenergie beaufschlagt wird, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
- – Wählen der Pulsenergien derart, dass mindestens einer der Pulse den Piezoaktor um weniger als den Leerhub auslenkt, während mindestens ein weiterer der Pulse den Piezoaktor um – vorzugsweise nur wenig – mehr als den Leerhub auslenkt,
- – Erfassen eines Frequenzspektrums eines am Piezoaktor anliegenden Spannungssignals nach jedem der Pulse während einer durch den jeweiligen Puls verursachten Bewegung des Piezoaktors und
- – Ermitteln des Leerhubs oder der Zeitverzögerung aus diesen Frequenzspektren.
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Dabei ist typischerweise die Steuereinheit eingerichtet, das Beaufschlagen des Piezoaktors mit den elektrischen Pulsen durch ein Anlegen einer elektrischen Spannung an dem Piezoaktor zu bewirken. Eine Ansteuerzeit des Piezoaktors ist dann ein Zeitintervall, innerhalb dessen die Spannung von Null verschieden ist oder eine bestimmte Schwelle überschreitet. Eine Ladezeit ist ein erster Abschnitt der Ansteuerzeit, innerhalb dessen ein Ladestrom auf den Piezoaktor fließt, so dass der Piezoaktor eine Längenänderung erfährt. Die Ladezeit endet, wenn kein Strom mehr auf den Piezoaktor fließt. Eine Entladezeit ist ein letzter Abschnitt der Ansteuerzeit, innerhalb dessen ein Entladestrom von dem Piezoaktor abfließt. Die Entladezeit endet, wenn kein Strom mehr von dem Piezoaktor abfließt.
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Vorzugsweise ist die Steuereinheit eingerichtet, das Spannungssignal jeweils innerhalb eines Auslenkungszeitintervalls zu erfassen, das sich maximal von einem Ende der Ladezeit bis zu einem Beginn der Entladezeit erstreckt. Während des Auslenkungszeitintervalls ist der Piezoaktor im Wesentlichen um die Längenänderung ausgelenkt. Die durch den jeweiligen Puls verursachte Bewegung, während derer die Steuereinheit das Spannungssignal zu erfassen eingerichtet ist, umfasst also insbesondere das Auslenkungszeitintervall, innerhalb dessen die Bewegung typischerweise durch eine Schwingung dominiert wird, deren genaue Eigenschaften sehr empfindlich davon abhängen, ob eine maximale Auslenkung der Bewegung kleiner oder zumindest geringfügig größer ist als der Leerhub, ob also der Piezoaktor an einem Widerlager am Ventilkolben anstößt.
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Vorzugsweise ist die Steuereinheit eingerichtet, den Ladestrom während der Ladezeit jeweils weitgehend oder genau konstant zu halten. In diesem Fall sind die Pulsenergie, die Längenänderung und die Ladezeit der Pulse jeweils zumindest weitgehend proportional zu einander. Für die Längenänderung gilt die Proportionalität zur jeweiligen Pulsenergie und bei konstantem Ladestrom zur jeweiligen Ladezeit wenigstens, solange die Längenänderung kleiner oder gleich dem Leerhub ist. Wenn der Piezoaktor durch einen Puls gerade um den Leerhub ausgelenkt wird, können daher die entsprechende Ladezeit oder die entsprechende Pulsenergie als Maß für den Leerhub dienen. Insbesondere ist die Ladezeit in diesem Fall gleich der durch den Leerhub verursachten Zeitverzögerung. Bei jeweils gleichen konstanten Ladeströmen der Pulse steht damit der Ermittlung des Leerhubes oder der durch den Leerhub verursachten Zeitverzögerung die Ermittlung derjenigen Pulsenergie oder derjenigen Ladezeit gleich, bei der die Längenänderung gleich dem Leerhub ist.
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Zum Erfassen des Spannungssignals ist die Steuereinheit eingerichtet, den Piezoaktor als Spannungssensor zu verwenden. Dabei sind Werte des Spannungssignals typischerweise jeweils proportional zu auf den Piezoaktor wirksamen Kräften. Im Falle der mindestens einen Bewegung, deren maximale Auslenkung kleiner ist als der Leerhub, umfassen die auf den Piezoaktor wirksamen Kräfte Trägheitskräfte und Rückstellkräfte des Piezoaktors. Im Falle der mindestens einen weiteren Bewegung, deren maximale Auslenkung größer ist als der Leerhub, umfassen die auf den Piezoaktor wirksamen Kräfte zusätzlich wenigstens teilweise Trägheitskräfte und Rückstellkräfte des Ventilkolbens. Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, von dem Spannungssignal z. B. einen Sockelwert (Offset) abzuziehen und das Spannungssignal sodann einem Frequenzanalysealgorithmus zuzuführen, z. B. einem FFT-Algorithmus, der das Frequenzspektrum liefert. Dem Frequenzspektrum kann jeweils die Pulsenergie oder eine Pulsdauer oder Ladezeit oder eine Ladungsmenge desjenigen Pulses zugeordnet werden, der die Bewegung verursacht, während derer das dem Frequenzspektrum zugrunde liegende Spannungssignal erfasst wird.
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Das erfindungsgemäße Ermitteln des Leerhubes oder der Zeitverzögerung aus den Frequenzspektren macht es nicht erforderlich, dass der Ventilkolben durch den Piezoaktor so weit bewegt wird, dass der Injektor geöffnet wird, so dass z. B. ein Druckeinbruch in einem Hochdruckspeicher bewirkt wird. Daher kann das Ermitteln des Leerhubes besonders schnell erfolgen. Das Ermitteln gemäß der Erfindung ist daher auch unabhängig von einem Raildruck durchführbar. Das Verfahren kann mit der vorgeschlagenen Einspritzvorrichtung demnach unabhängig von einem Betriebszustand der Einspritzvorrichtung oder der Brennkraftmaschine realisiert werden. Insbesondere können, anders als im Stand der Technik, Injektoren mit Ventilkolben beliebiger Bauart verwendet werden. Druckausgeglichene und druckbelastete Ventile sind gleichermaßen geeignet. Dadurch, dass der Piezoaktor als Sensor verwendet wird, ist keine zusätzliche Hardware notwendig.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Injektor derart ausgebildet, dass die Bewegung des Piezoaktors mechanische Schwingungen des Piezoaktors umfasst und das Spannungssignal mit den Schwingungen korrelliert ist, wobei das Frequenzspektrum im Falle der mindestens einen Bewegung, deren maximale Auslenkung kleiner ist als der Leerhub, und im Falle der mindestens einen weiteren Bewegung, deren maximale Auslenkung größer ist als der Leerhub, je unterschiedlich ist, wobei die Steuereinheit programmtechnisch eingerichtet ist, einen Unterschied zwischen diesen Frequenzspektren festzustellen. Die Schwingungen erfolgen vor allem während des Auslenkungszeitintervalls, d. h. nachdem der Piezoaktor infolge des Ladepulses um die Längenänderung ausgelenkt wurde. Im Falle der erstgenannten Bewegung wird das Frequenzspektrum durch eine Masse und eine Steifigkeit des Piezoaktors bestimmt. Im Falle der mindestens einen weiteren Bewegung wird das Frequenzspektrum zusätzlich zumindest teilweise durch eine Masse und eine Steifigkeit des Ventilkolbens bestimmt. Solange eine maximale Auslenkung des Piezoaktors kleiner ist als der Leerhub, ändert sich das Frequenzspektrum bei Beaufschlagung des Piezoaktors mit unterschiedlichen Pulsenergien der Pulse nur wenig, da jeweils dieselbe Masse und dieselbe Steifigkeit des Piezoaktors eine Form des Frequenzspektrums bestimmen. Sobald die Pulsenergien der Pulse jedoch größer sind als eine zum Überwinden des Leerhubs nötige Pulsenergie, ändert sich das Frequenzspektrum bei Beaufschlagung des Piezoaktors mit zunehmenden Pulsenergien der Pulse jedoch merklich. Mit zunehmender Pulsenergie der Pulse überträgt der Piezoaktor nämlich mehr und mehr der jeweiligen Pulsenergie auf den Ventilkolben, so dass das jeweilige Frequenzspektrum mit steigender Pulsenergie in zunehmendem Maße durch die Masse und die Steifigkeit des Ventilkolbens bestimmt wird. Die Steuereinheit ist also vorzugsweise eingerichtet, insbesondere die beschriebenen Unterschiede zwischen den Frequenzspektren festzustellen.
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Gewöhnlich umfasst der Injektor eine Düsennadel zum Öffnen und Schließen einer Einspritzöffnung des Injektors, wobei der Ventilkolben eingerichtet ist, das Öffnen und Schließen der Einspritzöffnung durch die Düsennadel zu bewirken, und zwar bei typischen Ausführungen entsprechender Injektoren indirekt. Durch die Einspritzöffnung erfolgt bei geöffneter Düsennadel ein Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum der Brennkraftmaschine. Vorzugsweise ist der Ventilkolben in einem Ventil angeordnet, das einen hydrostatischen Druck in einem Steuerraum reguliert, der über eine Kraftstoffleitung mit dem Hochdruckspeicher verbunden ist. Dabei kann das Ventil als druckausgeglichenes oder als druckbelastetes Ventil ausgebildet sei. Der Druck im Steuerraum wirkt dann auf die Düsennadel ein und steuert deren Öffnen und Schließen. Das Öffnen und Schließen der Düsennadel kann zusätzlich durch eine Düsenfeder gesteuert werden.
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Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Steuereinheit programmtechnisch eingerichtet ist, eine maximale Pulsenergie der Pulse und/oder eine maximale Ladezeit und/oder eine maximale Ansteuerzeit so zu wählen, dass die Einspritzöffnung verschlossen bleibt. Dies impliziert also, dass beim Ermitteln des Leerhubes keine Einspritzung von Kraftstoff in den Brennraum erfolgt. Da der Ventilkolben direkt oder indirekt das Öffnen und Schließen der Düsennadel bewirkt, bedeutet dies weiterhin, dass der Ventilkolben gar nicht oder nur sehr wenig bewegt wird. Daher ist zum Ermitteln des Leerhubes in diesem Fall besonders wenig Zeit erforderlich und es wird besonders wenig Energie aufgewendet.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Einspritzvorrichtung sieht vor, dass die Steuereinheit programmtechnisch eingerichtet ist, den Piezoaktor im Normalbetrieb des Injektors so mit den Pulsen zu beaufschlagen, dass das Beaufschlagen zeitlich zwischen zwei Einspritzvorgängen erfolgt. In diesem Fall ist es möglich, den Leerhub im Normalbetrieb wiederholt zu ermitteln. Obwohl das Verfahren zum Ermitteln des Leerhubes wie beschrieben bei beliebigem Betriebszustand der Einspritzvorrichtung oder der Brennkraftmaschine durchführbar ist, ist es denkbar, dass der Leerhub selbst mit dem Betriebszustand variiert. Beispielsweise ist es denkbar, dass der Ventilkolben bei besonders hohem Raildruck dem Piezoaktor leicht entgegengedrückt wird. Bei wechselndem Betriebszustand kann es daher vorteilhaft sein, den Leerhub wiederholt zu bestimmen. Insbesondere beim Ermitteln des Leerhubes im Normalbetrieb zwischen zwei Einspritzvorgängen erweist es sich als vorteilhaft, die Pulsenergien so zu wählen, dass die Einspritzöffnung infolge der Beaufschlagung des Piezoaktors mit den Pulsen verschlossen bleibt, so dass zwischen den zwei Einspritzvorgängen keine weitere Einspritzung erfolgt und den Betrieb behindert.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst die Einspritzvorrichtung einen Hochdruckspeicher zum Bereitstellen von Kraftstoff an den Injektor und einen mit der Steuereinheit verbundenen Druckmesser zum Erfassen eines hydrostatischen Drucks im Hochdruckspeicher mindestens vor und/oder nach jedem der Pulse, wobei die Steuereinheit zusätzlich programmtechnisch eingerichtet ist, den Leerhub oder die Zeitverzögerung aus einem Druckabfall im Hochdruckspeicher zu ermitteln. Diese Vorgehensweise soll im Weiteren hydraulisches Verfahren genannt werden. Bei dem hydraulischen Verfahren ist der Leerhub durch diejenige Pulsenergie gegeben bzw. kann aus derjenigen Pulsenergie bestimmt werden, bei welcher der Druckabfall infolge der Beaufschlagung des Piezoaktors mit dem entsprechenden Puls einsetzt. Besonders vorteilhaft ist es dabei, dieses Verfahren mit dem hier beschriebenen Ermitteln des Leerhubs aus den Frequenzspektren zu kombinieren und Ergebnisse beider Vorgehensweisen zu korrellieren. Vorzugsweise werden also nach jedem der Pulse sowohl das Frequenzspektrum als auch der Druck im Hochdruckspeicher in Abhängigkeit von der jeweiligen Pulsenergie bestimmt. Ein mit dem hydraulischen Verfahren ermittelter Leerhub bzw. die entsprechende Pulsenergie oder Zeitverzögerung bildet einen wichtigen Referenzwert, da der Druckeinbruch im Hochdruckspeicher mit dem Einspritzvorgang zusammenfällt oder diesem unmittelbar vorausgeht.
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Eine besonders vorteilhafte Weiterbildlung der Erfindung sieht vor, dass die Steuereinheit programmtechnisch eingerichtet ist, basierend auf dem Leerhub oder der Zeitverzögerung eine Korrektur einer auf das Öffnen der Einspritzöffnung zielenden Ansteuerung des Piezoaktors vorzunehmen. Vorzugsweise wird die Korrektur dabei durch eine Anpassung einer Ansteuerzeit des Piezoaktors vorgenommen. Die Korrektur kommt vorzugsweise im Normalbetrieb der Brennkraftmaschine zur Anwendung, wobei die aus dem Leerhub resultierende Zeitverzögerung kompensiert werden soll. Damit ist es möglich, einen Einspritzzeitpunkt und eine Einspritzzeit, welche einer eingespritzten Kraftstoffmenge zumindest annähernd proportional ist, mit hoher Präzision zu kontrollieren. Diese Weiterbildung der Erfindung kann in vorteilhafter Weise mit allen zuvor und im Weiteren genannten Ausführungsformen kombiniert werden.
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Besonders vorteilhaft ist es weiterhin, wenn das Ermitteln des Leerhubs oder der Zeitverzögerung aus den Frequenzspektren ein Bestimmen einer Eigenfrequenz und/oder einer maximalen Amplitude in jedem der Frequenzspektren umfasst. Jedes der Frequenzspektren umfasst Amplitudenwerte, die jeweils eindeutig einem Frequenzwert zugeordnet sind. Die maximale Amplitude ist jeweils ein größter unter den Amplitudenwerten. Die Eigenfrequenz ist jeweils ein dem größten Amplitudenwert zugeordneter Frequenzwert. Die maximale Amplitude und die Eigenfrequenz sind jeweils charakteristisch für die von dem jeweiligen Puls mit der jeweiligen Pulsenergie verursachte Bewegung des Piezoaktors.
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Vorteilhaft ist es auch, wenn aus den Eigenfrequenzen der verschiedenen Frequenzspektren eine größte Eigenfrequenz bestimmt und der Leerhub oder die Zeitverzögerung aus einer Pulsenergie – oder Pulsdauer oder Stromintegral – des der größten Eigenfrequenz zugeordneten Pulses ermittelt wird und/oder wenn aus den maximalen Amplituden der Frequenzspektren eine kleinste maximale Amplitude bestimmt und der Leerhub oder die Zeitverzögerung aus einer Pulsenergie – oder Pulsdauer oder Stromintegral – des der kleinsten maximalen Amplitude zugeordneten Pulses ermittelt wird.
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Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn der Piezoaktor mit den Pulsen in einer zeitlichen Reihenfolge zunehmender Pulsenergie beaufschlagt wird und das Beaufschlagen mit den Pulsen beendet wird, wenn eine Eigenfrequenzkurve, die die Eigenfrequenzen als Funktion der Pulsenergien oder der Ladezeiten oder Ladungsmengen der Pulse umfasst, ein lokales Maximum überschritten hat oder wenn eine Amplitudenkurve, die die maximalen Amplituden als Funktion der Pulsenergien oder der Ladezeiten der Pulse umfasst, ein lokales Minimum überschritten hat. Es zeigt sich nämlich, dass die Eigenfrequenzkurve das lokale Maximum typischerweise bei einer Pulsenergie oder bei einer Ladezeit aufweist, durch welche der entsprechende Puls gerade eine dem Leerhub entsprechende Längenänderung des Piezoaktors verursacht. Entsprechend wird die Amplitudenkurve das lokale Minimum erfahrungsgemäß bei der Pulsenergie oder bei der Ladezeit aufweisen, durch welche der entsprechende Puls gerade eine dem Leerhub entsprechende Längenänderung des Piezoaktors verursacht. Durch das Beaufschlagen der Pulse in der zeitlichen Reihenfolge zunehmender Pulsenergie und das Beenden des Beaufschlagens nach dem Überschreiten des lokalen Maximums der Eigenfrequenzkurve oder nach dem Überschreiten des lokalen Minimums der Amplitudenkurve erfolgt das Ermitteln des Leerhubes in besonders zeit- und energiesparender Weise, ohne dass dabei unnötige Einspritzvorgänge ausgelöst werden.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
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1a einen Schnitt durch eine Einspritzvorrichtung,
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1b eine Detailansicht aus 1a,
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2a einen zeitlichen Verlauf einer an einem Piezoaktor anliegenden Spannung,
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2b einen elektrischen Puls, mit dem der Piezoaktor beaufschlagt wird,
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2c einen zeitlichen Verlauf einer Längenänderung des Piezoaktors,
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2d eine Mehrzahl von elektrischen Pulsen zunehmender Pulsenergie, mit denen der Piezoaktor beaufschlagt wird,
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3a–d in schematischer Darstellung den Piezoaktor und einen Ventilkolben bei verschiedenen Auslenkungen des Piezoaktors,
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5 aus Bewegungen des Piezoaktors ermittelte Frequenzspektren,
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6 eine Eigenfrequenzkurve und eine Amplitudenkurve, aus denen jeweils ein Leerhub zwischen dem Piezoaktor und dem Ventilkolben bestimmbar ist,
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7 einen Verlauf eines hydrostatischen Druckes in einem Hochdruckspeicher infolge einer Beaufschlagung des Piezoaktors mit den Pulsen aus 2d und
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8 mathematisch ausgedrückt einen Algorithmus zur Korrektur einer Ansteuerzeit des Piezoaktors.
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1a zeigt einen Schnitt durch eine Einspritzvorrichtung 1 für eine Brennkraftmaschine (nicht gezeigt) eines Kraftfahrzeugs (nicht gezeigt). Die Einspritzvorrichtung 1 umfasst einen Injektor 2 mit einem Ventilkolben 3 zum Steuern eines Kraftstoffflusses in und aus einem Steuerraum 4 und mit einem Piezoaktor 5 zum Bewegen des Ventilkolbens 3. Der Ventilkolben 3 ist Teil eines druckausgeglichenen Servoventils 6, das einen Abfluss von Kraftstoff aus dem Steuerraum 4 kontrolliert. Zudem umfasst die Einspritzvorrichtung 1 eine Steuereinheit 7 zum Ansteuern des Piezoaktors 5, die als programmierbarer Mikrokontroller ausgebildet ist. Außerdem umfasst die Einspritzvorrichtung 1 einen Hochdruckspeicher 8, auch Rail genannt, zum Bereitstellen von Kraftstoff (nicht gezeigt) an den Injektor 2 über eine Kraftstoffleitung 9. In dem Hochdruckspeicher 8 ist ein Druckmesser 10 zum Erfassen eines hydrostatischen Drucks im Hochdruckspeicher 8 (Raildruck) angeordnet, wobei der Druckmesser 10 mit der Steuereinheit 7 verbunden ist durch eine elektrische Verbindung 11. Schließlich weist der Injektor 2 eine Düsennadel 12 zum Öffnen und Schließen einer Einspritzöffnung 13 des Injektors 2 auf. Die Düsennadel 12 ist in einem Düsenraum 16 beweglich. Bei geöffneter Einspritzöffnung 13 wird in einem Einspritzvorgang Kraftstoff aus dem Injektor 2 in einen Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt. Bei dem nicht gezeigten Kraftstoff handelt es sich z. B. um Benzin. Der Raildruck beträgt während eines Betriebes der Einspritzvorrichtung 1 typischerweise zwischen 200 und 2000 bar.
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1b zeigt eine Detailansicht des Steuerraumes 4 aus 1a. Hier und im Folgenden werden wiederkehrende Merkmale jeweils mit identischen Bezugszeichen versehen. Zu sehen sind der Ventilkolben 3 des druckausgeglichenen Servoventils 6, das neben dem Ventilkolben 3 eine Ventilfeder umfasst, die das Servoventil 6 schließt, wenn der Piezoaktor 5 keine Kraft auf den Ventilkolben ausübt. Ist das Servoventil 6 geschlossen, so wird ein Abfließen von Kraftstoff aus dem Steuerraum 4 unterbunden. Aufgrund der Kraftstoffleitung 9 sind hydrostatische Drücke im Steuerraum 4 und im Düsenraum 16 an den Raildruck gekoppelt. Der Druck im Steuerraum 4 und eine Düsenfeder 15 sorgen dafür, dass eine auf die Düsennadel 12 wirkende Kraft die Düsennadel 12 bei geschlossenem Servoventil 6 gegen einen Druck im Düsenraum 16 geschlossen hält und die Einspritzöffnung 13 verschließt (1a). Wird der Ventilkolben 3 des Servoventils 6 mittels des Piezoaktors 5 in eine erste Richtung bewegt und gegen eine Gegenkraft der Ventilfeder 14 geöffnet, so fließt Kraftstoff über das Servoventil 6 aus dem Steuerraum 4 ab. Dadurch nehmen der Druck im Steuerraum 4 und der Druck im Hochdruckspeicher 8 ab. Die über die Kraftstoffleitung 9 vermittelte hydrostatische Kopplung zwischen Hochdruckspeicher 8, Steuerraum 4 und Düsenraum 16 bewirkt, dass eine auf die Düsennadel 12 resultierende Kraft die Düsennadel 12 gegen eine Gegenkraft der Düsenfeder 15 in Richtung auf den Steuerraum 4 bewegt, so dass die Düsennadel 12 die Einspritzöffnung 13 freigibt und eine Einspritzung von Kraftstoff in den Brennraum erfolgt. Ein erneutes Verschließen des Servoventils 6, das durch eine Bewegung des Piezoaktors 5 in der ersten Richtung entgegengesetzte Richtung bewirkt wird, führt zu einem Verschließen der Einspritzöffnung 13 durch die Düsennadel 12, wodurch der Einspritzvorgang beendet wird. Der Ventilkolben 3 ist demnach eingerichtet, das Öffnen und Schließen der Einspritzöffnung 13 durch die Düsennadel 12 zu bewirken.
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Zum Ermitteln eines Leerhubes 27 (3) zwischen dem Piezoaktor 5 und dem Ventilkolben 3 ist die Steuereinheit 7 der in 1a gezeigten Einspritzvorrichtung 1 eingerichtet, den Piezoaktor 5 mit einer Mehrzahl elektrischer Pulse 17', 17'', etc. (siehe 2d) unterschiedlicher Pulsenergie zu beaufschlagen. 2b zeigt exemplarisch einen Puls 17 dieser Pulse 17', 17'', etc. im Detail. Dabei ist der Puls 17 in 2b durch einen während einer Ladezeit 18 auf den Piezoaktor 6 fließenden Ladestrom gegeben, der infolge einer von der Steuereinheit 7 an dem Piezoaktor 5 angelegten Spannung 19 auf den Piezoaktor 5 fließt, wobei ein zeitlicher Verlauf der Spannung 19 in 2a dargestellt ist. Die Ladezeit beträgt ca. 120 Mikrosekunden. Während der Ladezeit 18 erfährt der Piezoaktor 5 eine zur Spannung 19 proportionale Längenänderung 20, die in 2c gezeigt ist. An die Ladezeit 18 schließt sich ein Auslenkungszeitintervall 21 an, das sich von einem Ende der Ladezeit 18 bis zu einem Beginn einer Entladezeit 24 erstreckt. Der maximale Wert der Spannung 19 beträgt in 2a etwa 60 Volt, der maximale Wert der Längenänderung 20 in 2c etwa 6 Mikrometer.
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Ebenfalls ist in der 2a zu sehen, dass sich der Spannung 19 während des Auslenkungszeitintervalls 21 ein an dem Piezoaktor 5 anliegendes oszillierendes Spannungssignal 22 überlagert. Dieses geht auf mechanische Schwingungen 23 des Piezoaktors 5 zurück, die bei Erreichen der maximalen Längenänderung 20 des Piezoaktors 5 durch eine Trägheit und eine Steifigkeit des Piezoaktors 5 ausgelöst werden. Ist der Piezoaktor 5 infolge der Längenänderung 20 derart ausgelenkt, dass er mit einem Widerlager des Ventilkolbens 3 in Kontakt kommt (siehe 3c und 3d), so werden die mechanischen Schwingungen 23 wenigstens teilweise auch von einer Trägheit und einer Steifigkeit des Ventilkolbens 3 beeinflusst. In 2c ist eine Überlagerung der Schwingungen 23 mit der durch die von der Steuereinheit 7 an dem Piezoaktor 5 angelegten Spannung 19 hervorgerufenen Längenänderung 20 des Piezoaktors 5 gezeigt. Das Spannungssignal 22 ist über den piezoelektrischen Effekt mit den mechanischen Schwingungen 23 des Piezoaktors korrelliert. An das Auslenkungszeitintervall 21 schließt sich die Entladezeit 24 an, während derer die von der Steuereinheit 7 an dem Piezoaktor 5 angelegte Spannung 19 und die Längenänderung 20 jeweils wieder auf Null zurückgehen. Die Entladezeit beträgt ebenfalls ca. 120 Mikrosekunden. Ein Rückgang der Spannung 19 während der Entladezeit 24 verursacht einen Entladepuls 25. Als elektrischer Puls im Sinne der Erfindung soll jedoch jeweils nur der durch den während der Ladezeit 18 auf den Piezoaktor 6 fließenden Ladestrom gegebene Puls 17 verstanden werden.
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Die Steuereinheit 7 ist eingerichtet, den Ladestrom des Pulses 17 während der Ladezeit 18 jeweils in etwa konstant zu halten, so dass der Ladestrom für jeden Puls der Mehrzahl von Pulsen 17', 17'', etc. (2d) gleich groß ist. Damit ist eine Pulsenergie der Pulse proportional zur Ladezeit 18. Diese ist damit ein Maß für die Pulsenergie. Ein durch die Ladezeit 18, das Auslenkungszeitintervall 21 und die Entladezeit 24 gegebener Zeitraum ist eine Ansteuerzeit 26 des Piezoaktors 5, der in 2a etwa 300 Mikrosekunden beträgt (Zeitskala in 2a in diesem Bereich nicht linear). Während der Ansteuerzeit 26 ist die von der Steuereinheit 7 an dem Piezoaktor 5 angelegte Spannung 19 von Null verschieden und der Piezoaktor 5 ausgelenkt. Während der Ansteuerzeit 26 vollführt der Piezoaktor 5 also eine durch den elektrischen Puls 17 verursachte Bewegung. Aus der Längenänderung 20 und den mit dieser überlagerten mechanischen Schwingungen 23 resultiert eine Auslenkung der Bewegung des Piezoaktors 5.
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Einige der Pulse 17', 17'', etc., sind in 2d gezeigt. Die Steuereinheit 7 ist eingerichtet, den Piezoaktor 5 mit den Pulsen 17', 17'', etc. zu beaufschlagen. Der Ladestrom ist für die verschiedenen Pulse 17', 17'', etc. dabei jeweils gleich und beträgt 3 A. Die Pulse 17', 17'', etc. unterscheiden sich jeweils nur durch unterschiedliche Ladezeiten 18', 18'', etc., die in einer zeitlichen Reihenfolge zunehmen. Der Piezoaktor 5 wird von der Steuereinheit 7 also durch die Pulse 17', 17'', etc. mit zunehmender Pulsenergie beaufschlagt, wobei die Pulsenergien hier linear zunehmen. Eine Zeitskala ist in 2d nicht linear dargestellt. Dies soll der Tatsache Rechnung tragen, dass Zeitintervalle 31', 31'', etc. zwischen je zweien der Pulse 17', 17'', etc. in der Regel bedeutend länger sind als die Ladezeiten 18', 18'', etc. Die Zeitintervalle 31', 31'', etc. können einige Millisekunden lang sein.
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3 zeigt schematisch den Piezoaktor 5 und den Ventilkolben 3, die jeweils zylindrische Form haben und entlang einer gemeinsamen Zylinderachse angeordnet sind. 3a zeigt den Piezoaktor 5 in einer nicht ausgelenkten Position. In den 3b bis 3d wird der Piezoaktor 5 mittels der Steuereinheit 7 jeweils mit den elektrischen Pulsen 17', 17'' und 17''' aus 2d beaufschlagt. Die entsprechenden Pulsenergien nehmen von 3b zu 3d also jeweils linear zu. Dabei ist der Piezoaktor 5 jeweils während Auslenkungszeitintervallen 21', 21'' und 21''' gezeigt (siehe 4). Der Piezoaktor befindet sich also jeweils in einer vollständig ausgelenkten Position, um welche er mechanische Schwingungen 23', 23'' und 23''' ausführt.
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Ein Abstand (3) zwischen dem nicht ausgelenkten Piezoaktor 5 und dem Ventilkolben 3 in 3a ist ein Leerhub 27, der hier etwa 4 Mikrometer betragen soll. Der Leerhub 27 verursacht eine Zeitverzögerung zwischen der Ansteuerung des Piezoaktors 5 durch die Steuereinheit 7 und einer von dem Piezoaktor verursachten und im Normalbetrieb bezweckten Bewegung des Ventilkolbens 3. Mithilfe der Einspritzvorrichtung 1 und des beschriebenen Verfahrens soll der Leerhub 27 oder ein Maß für diesen Leerhub bestimmt werden. Damit der Piezoaktor 5 mit dem Ventilkolben 3 in Kontakt kommen und ihn bewegen kann, muss die Längenänderung 20 größer oder gleich dem Leerhub 27 sein.
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In 3b ist eine von dem Puls 17' (siehe 2a) verursachte Auslenkung 20' kleiner als der Leerhub 27, so dass der Piezoaktor 5 und der Ventilkolben 3 nicht in Kontakt kommen. Die von dem Piezoaktor 5 bei dieser Auslenkung 20' ausgeführten mechanischen Schwingungen 23' (siehe Doppelpfeil) werden daher nur von einer Trägheit und einer Steifigkeit des Piezoaktors 5 beeinflusst.
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In 3c ist eine Situation gezeigt, bei der eine Pulsenergie des Pulses 17'' (siehe 2d) geringfügig größer als eine Pulsenergie des Pulses 17'. Die durch den Puls 17'' verursachte Auslenkung 20'' des Piezoaktors 5 ist um weniges größer als der Leerhub 27. Die von dem Piezoaktor 5 bei dieser Auslenkung 20'' ausgeführten mechanischen Schwingungen 23'' (siehe Doppelpfeil) werden daher nicht nur von der Trägheit und der Steifigkeit des Piezoaktors 5 beeinflusst, sondern wenigstens teilweise auch von der Trägheit und der Steifigkeit des Ventilkolbens 3, da infolge des Kontaktes zwischen Piezoaktor 5 und Ventilkolben 3 wenigstens ein Teil einer Schwingungsenergie von dem Piezoaktor 5 auf den Ventilkolben 3 übertragen wird.
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Auch 3d zeigt eine Situation, in der eine Pulsenergie des Pulses 17''' (siehe 2d) größer als die Pulsenergien der Pulse 17' und 17''. Die durch den Puls 17''' verursachte Auslenkung 20''' des Piezoaktors 5 ist größer als der Leerhub 27, so dass der Ventilkolben 3 von dem Piezoaktor 5 bewegt wird. Die von dem Piezoaktor 5 bei dieser Auslenkung 20''' ausgeführten mechanischen Schwingungen 23''' (siehe Doppelpfeil) werden maßgeblich von der Trägheit und der Steifigkeit des Ventilkolbens 3 beeinflusst. Dies ist besonders dann der Fall, wenn eine Schwingungsamplitude 28 der Schwingungen 23''' infolge der Auslenkung 20''' des Piezoaktors 5 klein ist im Vergleich zu einer Auslenkung 29 des Ventilkolbens 3. In diesem Fall sind der Piezoaktor 5 und der Ventilkolben 3 während der Schwingungen 23''' in ständigem Kontakt.
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Von den Pulsen 17', 17'' und 17''' (2d) verursachte Bewegungen des Piezoaktors 5, die insbesondere die Schwingungen 23', 23'' und 23''' umfassen (3b bis 3d), sind mit am Piezoaktor 5 anliegenden Spannungssignalen 22', 22'' und 22''' (4) über den piezoelektrischen Effekt korrelliert. Die Bezeichnungen in 4 sind analog denen in 2a. Die Pulsenergien der Pulse 17', 17'' und 17''' (2d) spiegeln sich in 4 in Gestalt von Ladezeiten 18', 18'' und 18''' wieder, d. h. die Pulsenergien sind den jeweiligen Ladezeiten 18', 18'' und 18''' proportional.
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Zur erfindungsgemäßen Ermittlung des Leerhubes 27 (3) ist die Steuereinheit 7 nun eingerichtet, nach den entsprechenden Pulsen 17', 17'' und 17''', in 4 also jeweils nach Ende der Ladezeiten 18', 18'' und 18''', Frequenzspektren 32', 32'' und 32''' (5) der entsprechenden Spannungssignale 22', 22'' und 22''' (4) zu erfassen. Dies geschieht dadurch, dass die Spannungssignale 22', 22'', und 22''' jeweils in den Auslenkzeiträumen 21', 21'' und 21''' gesampelt und z. B. einem FFT-Algorithmus zugeführt werden. Das Sampling erfolgt jeweils in Zeitschritten von 5 μs. Die Ansteuerzeit 26 in 4 beträgt dabei 500 μs.
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Die aus den Signalen 22', 22'' und 22''' erzeugten Frequenzspektren 32', 32'' und 32''' sind in 5 dargestellt. Sie umfassen auf der Abszisse 33 jeweils Frequenzwerte, denen auf der Ordinate 34 jeweils genau ein Amplitudenwert zugeordnet ist. Die den Pulsen 17', 17'' und 17''' (2d und 3) zugeordneten Frequenzspektren 32', 32'' und 32''' (5) sind jeweils unterschiedlich.
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Die Steuereinheit 7 ist eingerichtet, Unterschiede zwischen den Frequenzspektren 32', 32'' und 32''' festzustellen, indem sie für die Spektren 32', 32'' und 32''' jeweils maximale Amplituden 35', 35'' und 35''' bestimmt, denen jeweils Eigenfrequenzen 36', 36'' und 36''' zugeordnet sind. In 5 ist deutlich zu erkennen, dass das Spektrum 32'', das dem Puls 17'' zugeordnet ist, für den die Auslenkung 20'' des Piezoaktors 5 in etwa gleich dem Leerhub 27 ist (3) unter den drei dargestellten Spektren 32', 32'' und 32''' die größte Eigenfrequenz 36'' und die kleinste maximale Amplitude 35'' besitzt. Die Eigenfrequenzen 36', 36'' und 36''' sowie die maximalen Amplituden 35', 35'' und 35''' sind charakteristisch für jedes Spektrum. Die Steuereinheit 7 ist eingerichtet, die Spektren 32', 32'' und 32''' anhand der Eigenfrequenzen 36', 36'' und 36''' und/oder anhand der maximalen Amplituden 35', 35'' und 35''' zu unterscheiden.
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Die in 5 gezeigten Spektren 32', 32'' und 32''' stehen lediglich exemplarisch für eine Mehrzahl von Frequenzspektren, die die Steuereinheit 7 nach jedem der Mehrzahl von Pulsen 17', 17'', etc. (2d) zu erfassen eingerichtet ist. 6 zeigt eine Eigenfrequenzkurve 37, welche die mittels der Steuereinheit 7 aus den Frequenzspektren 32', 32'' und 32''' bestimmten Eigenfrequenzen 36', 36'' und 36''' als Funktion der entsprechenden Ladezeiten 18', 18'' und 18''' darstellt. 6 zeigt auch eine Amplitudenkurve 38, welche die mittels der Steuereinheit 7 aus den Frequenzspektren 32', 32'' und 32''' bestimmten maximalen Amplituden 35', 35'' und 35''' als Funktion der entsprechenden Ladezeiten 18', 18'' und 18''' darstellt.
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Die Steuereinheit 7 ist eingerichtet, die zur Überwindung des Leerhubes notwendige Ladezeit 18'' (diese bewirkt nämlich die dem Leerhub 27 gleiche Auslenkung 20'' des Piezoaktors 5 in 2c) aus der Eigenfrequenzkurve 37 zu ermitteln, indem sie diejenige Ladezeit 18'' bestimmt, die dem maximalen Eigenfrequenzwert 36'' der Eigenfrequenzkurve 37 zugeordnet ist. Alternativ ist die Steuereinheit 7 eingerichtet, die zur Überwindung des Leerhubes notwendige Ladezeit 18'' aus der Amplitudenkurve zu ermitteln, indem sie diejenige Ladezeit 18'' bestimmt, die dem minimalen Amplitudenwert 35'' der Amplitudenkurve 38 zugeordnet ist. Nach dem eingangs Gesagten steht die Ermittlung der zum Überwinden des Leerhubes 27 nötigen Ladezeit 18'' der Ermittlung des Leerhubes 27 selbst gleich, da es sich um zueinander proportionale Größen handelt, sofern der Ladestrom 17', 17'', etc. jeweils gleich ist (siehe 2d). Es ist denkbar, dass beide Verfahren leicht abweichende Ergebnisse liefern. In diesem Fall kann die Ermittlung des Leerhubs 27 durch Bestimmung des Maximums oder des lokalen Maximums 36'' der Eigenfrequenzkurve 37 mit der Ermittlung des Leerhubs 27 durch Bestimmung des Minimums oder des lokalen Minimums 35'' der Amplitudenkurve 38 kombiniert werden, indem z. B. ein Mittelwert der beiden Ergebnisse gebildet wird.
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Im Fall der vorstehend gezeigten Ermittlung der Ladezeit 18'' werden die Pulse 17', 17'' und 17''' mit zunehmender Pulsenergie auf den Piezoaktor 5 beaufschlagt, und die Beaufschlagung mit den Pulsen wird beendet, wenn das lokale Maximum 36'' der Eigenfrequenzkurve 37 überschritten wird. Zu diesem Zweck werden die Eigenfrequenzen 36', 36'', etc. jeweils unmittelbar nach dem Erfassen der Spektren 32', 32'', etc. bestimmt. Entsprechend ist es denkbar, die Beaufschlagung mit den Pulsen 17', 17'', etc. zu beenden, wenn das lokale Minimum 35'' der Amplitudenkurve 38 überschritten wird.
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Bei der vorstehend beschriebene Ermittlung der zum Überwinden des Leerhubes 27 nötigen Ladezeit 18'' ist es zweckmäßig, die Pulsenergien bzw. die den Pulsenergien jeweils proportionalen Ladezeiten 18', 18'', etc. so zu wählen, dass die Einspritzöffnung 13 des Injektors 2 jeweils verschlossen bleibt und keine Einspritzung erfolgt. Dies geschieht am besten dadurch, dass die maximale Ladezeit 18''' so gewählt wird, dass der Ventilkolben 3 durch den Piezoaktor 5 nicht nennenswert bewegt wird.
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Zudem erfolgt die vorstehend beschriebenen Ermittlung der zum Überwinden des Leerhubes 27 nötigen Ladezeit 18'' im Normalbetrieb der Einspritzvorrichtung 1 und der Brennkraftmaschine, wobei der Piezoaktor 5 mit den Pulsen 17', 17'', etc. (2d) etc. zwischen zwei Einspritzvorgängen beaufschlagt wird. Das bedeutet, dass der Piezoaktor 5 vor einem ersten der Pulse 17', 17'', etc. und dann erst wieder nach einem letzten der Pulse 17', 17'', etc. jeweils mit einem Einspritzpuls (nicht gezeigt) beaufschlagt wird, der das Öffnen der Einspritzöffnung 13 durch die Düsennadel 12 bewirkt.
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7 zeigt eine weitere Möglichkeit, die zum Überwinden des Leerhubes 27 nötige Ladezeit 18'' des Piezoaktors 5 zu ermitteln. Dazu wird nach jedem der Pulse 17', 17'', etc. mit dem Druckmesser 10 (1) ein hydrostatischer Druck im Hochdruckspeicher 8 erfasst, und die Ladezeit 18'' von der Steuereinheit 7 aus einem Druckabfall im Hochdruckspeicher 8 bestimmt. Die gesuchte Ladezeit 18'' ist dabei diejenige Ladezeit, bei der der Druckeinbruch im Hochdruckspeicher 8 einsetzt, d. h. von welcher an der Druck im Hochdruckspeicher 8 mit weiter zunehmenden Ladezeiten 18''' etc. weiter abnimmt. 7 zeigt eine Raildruckkurve 40, die den jeweils nach jedem der Pulse 17', 17'' und 17''' mit dem Druckmesser 10 im Hochdruckspeicher 8 jeweils bestimmten Druck 39', 39'' und 39''' als Funktion der Ladezeiten 18', 18'' und 18''' darstellt. Es ist deutlich zu erkennen, dass die auf diese Weise bestimmte Ladezeit 18'' dieselbe Ladezeit 18'' ist, die mit dem zuvor beschriebenen Verfahren, das elektrisches Verfahren genannt werden soll, ermittelt wurde. Auch bei dem in 7 gezeigten hydraulischen Verfahren ist es vorzuziehen, das Beaufschlagen abzubrechen, sobald der Druckeinbruch festgestellt wird, damit keine tatsächliche Einspritzung in den Brennraum erfolgt.
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Im Zuge der vorstehend beschriebenen Beaufschlagung des Piezoaktors 5 mit den Pulsen 17', 17'', etc. werden das elektrische und das hydraulische Verfahren kombiniert, d. h. die Analyse der Frequenzspektren 32', 32'' und 32''' und die Bestimmung des Druckeinbruchs im Hochdruckspeicher 8 aus der Kurve 40 werden parallel durchgeführt, wobei die jeweils erhaltenen Ladezeiten 18'' verglichen werden. Es ist denkbar, dass beide Verfahren leicht abweichende Resultate liefern. Eine Differenz der aus beiden Verfahren erhaltenen Ladezeiten wird dann beim Ansteuern des Piezoaktors 5 im Normalbetrieb berücksichtigt, indem z. B. die Ansteuerzeit 26 um diese Differenz verlängert oder verkürzt wird.
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Bei der beschriebenen Einspritzvorrichtung 1 ist die Steuereinheit 7 programmtechnisch eingerichtet, basierend auf der mittels der Analyse der Frequenzspektren ermittelten Ladezeit 18'', die ein Maß für den Leerhub 27 darstellt, eine Korrektur der Ansteuerung des Piezoaktors 5 vorzunehmen. Insbesondere ist die Steuereinheit 7 eingerichtet, die Ansteuerzeit 26 (2 und 4) oder den Ansteuerzeitpunkt 41 (2), der ein Zeitpunkt ist, zu dem die Ansteuerzeit 26 beginnt, zu korrigieren. 8 zeigt eine Möglichkeit der Korrektur der Ansteuerzeit 26. Dabei bezeichnet
- Δtkorr:
- eine korrigierte Ansteuerzeit,
- Δtnom:
- eine nominale Ansteuerzeit,
- ΔtLaden,act:
- die zuvor bestimmte Ladezeit 18'',
- ΔtLaden,nom:
- eine nominale Ladezeit.
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Mit anderen Worten ist die Steuereinheit 7 eingerichtet, ein Doppeltes einer Differenz zwischen einer durch Messung bestimmten Ladezeit und einer nominalen Ladezeit zu einer nominalen Ansteuerzeit hinzuzuaddieren. Die nominale Ansteuerzeit Δtnom und die nominale Ladezeit ΔtLaden,nom können beispielsweise von einem Hersteller bereitgestellt werden, idealerweise jeweils durch Messung nach einer Produktion der Einspritzanlage 1.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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