DE102013208528B3 - Verfahren zur Ermittlung der Öffnungs- und/oder Schließzeit der Düsennadel eines Einspritzventils - Google Patents

Verfahren zur Ermittlung der Öffnungs- und/oder Schließzeit der Düsennadel eines Einspritzventils Download PDF

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Ermittlung der Öffnungs- und/oder Schließzeit der Düsennadel eines Einspritzventils eines mehre Zylinder aufweisenden Verbrennungsmotors, bei dem die Düsennadel durch einen Piezo-Aktuator direkt angesteuert wird, beschrieben. Die Piezo-Spannung und/oder Piezo-Ladung am jeweiligen als Sensor wirkenden Piezo-Aktuator wird für den entsprechenden Einspritzpuls bei mehreren Zylindern des Verbrennungsmotors gemessen, und der Medianwert der gemessenen Spannungs- und/oder Ladungswerte der Piezo-Aktuatoren der mehreren Zylinder für den entsprechenden Einspritzpuls wird berechnet. Der erhaltene Medianwert wird dann als Ersatzwert zur Ermittlung der Öffnungs- und/oder Schließzeit bei Nicht-Detektierbarkeit oder Störung der Nadelöffnungs- und/oder -schließinformation verwendet.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung der Öffnungs- und/oder Schließzeit der Düsennadel eines Einspritzventils eines mehrere Zylinder aufweisenden Verbrennungsmotors, bei dem die Düsennadel durch einen Piezo-Aktuator direkt angesteuert wird.
  • Bei solchen Einspritzsystemen wird die Düsennadel des jeweiligen Einspritzventils durch einen Piezo-Aktuator angesteuert. Bei Anlegen einer elektrischen Spannung an den Piezo-Aktuator vergrößert dieser seine Länge, so dass auf diese Weise eine Positionssteuerung der Düsennadel des Einspritzventils durchgeführt werden kann. Für solche Einspritzventile gelten sehr hohe Anforderungen an die Genauigkeit und Robustheit der Einspritzmenge unter allen Betriebsbedingungen und über die gesamte Lebensdauer des zugehörigen Fahrzeuges.
  • Zur Identifikation der Düsennadelposition während des eigentlichen Einspritzvorganges (aktiver Betrieb) werden Feedback-Signale aus dem Piezo-Aktuator verwendet. Der Piezo-Aktuator wirkt dabei als Sensor. Diese Informationen unterliegen jedoch hohen Störgrößeneinflüssen, weil der Piezo-Aktuator zeitgleich als Aktuator und Sensor verwendet wird. Störgrößen in Bezug auf das Feedback-Signal des Piezo-Aktuators werden u. a. durch das Ansteuerprofil der zugehörigen Endstufe zur Strombeaufschlagung, durch den Leerhub in der Kraftübertragung zwischen Piezo-Aktuator und Düsennadel, durch Reibungseffekte im Bereich der Düsennadel sowie durch das eigentliche Hubverhalten des Piezo-Aktuators erzeugt. Alle diese Einflüsse können als Störgrößen auf die Feedback-Signale wirken und somit zur verfälschten Aufschaltung von Regelgrößen zur Korrektur von Einspritzmengen führen. Diese Einflüsse reduzieren somit die Robustheit der abgeleiteten Regelgrößen und wirken sich daher auch auf die Qualität der Regelgüte aus.
  • Bisher wurde dieses Problem dadurch gelöst, dass die Feedback-Auswertealgorithmen zur Erfassung der Düsennadelposition verschiedene Schwellwerte aus den elektrischen Signalen der Piezo-Spannung bzw. Piezo-Ladung verwenden, um eine Plausibilisierung der Schließ- bzw. Öffnungsinformation durchzuführen. Allerdings hängt dabei die Robustheit von den gewählten Schwellwerten ab, welche jedoch unter Umständen nicht alle möglichen Fehlerausfälle herausfiltern können und somit zu verbleibenden, nicht zulässigen Restfehlern führen.
  • Aus der DE 10 2004 012 491 A1 ist ein Verfahren zur Bestimmung von defekten Aktoren einer Brennkraftmaschine bekannt, bei dem eine Mittelwertbildung einer Messgröße aller Aktoren durchgeführt wird, untere und obere Grenzwerte in Abhängigkeit vom Mittelwert gebildet werden und der entsprechende Aktor als fehlerhaft eingestuft wird, wenn einer der Grenzwerte durch einen Einzelwert der Messgröße des Aktors überschritten wird.
  • Aus der DE 198 45 042 A1 ist es bekannt, Vergleiche von hintereinander abfolgenden Messungen unterschiedlicher Aktoren zu bilden und über eine Mehrheitsentscheidung den fehlterhaften Aktor zu entdecken.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs wiedergegebenen Art zur Verfügung zu stellen, das im Fehlerfall eine weitgehend genaue Ermittlung der Öffnungs- und/oder Schließzeit der Düsennadel ohne wesentliche Einschränkung des Einspritzbetriebes ermöglicht.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren der angegebenen Art durch die folgenden Schritte gelöst:
    • a. Messen der Piezo-Spannung und/oder Piezo-Ladung am jeweiligen als Sensor wirkenden Piezo-Aktuator für den entsprechenden Einspritzpuls bei mehreren Zylindern des Verbrennungsmotors;
    • b. Berechnen des Medianwertes der gemessenen Spannungs- und/oder Ladungswerte der Piezo-Aktuatoren der mehreren Zylinder als mittlerer Wert der Zylinder für den entsprechenden Einspritzpuls; und
    • c. Verwenden des erhaltenen Medianwertes als Ersatzwert zur Ermittlung der Öffnungs- und/oder Schließzeit bei Nicht-Detektierbarkeit oder Störung der Nadelöffnungs- und/oder -schließinformation.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren sieht somit eine Strategie zur Störgrößenunterdrückung und Ersatzwertberechnung der Feedback-Signale vor, um die Robustheit über den Lebenszyklus des Injektorelementes zu erhöhen bzw. zu gewährleisten. Zur Berechnung des Ersatzwertes werden von anderen Zylindern des Verbrennungsmotors erhaltene Informationen benutzt. Im Einzelnen wird dabei eine Plausibilisierung über die Betrachtung der mittleren Verläufe (Median) über mehrere Zylinder des entsprechenden Einspritzpulses durchgeführt. Im Fehlerfall kann somit mit einem Medianersatzwert weiter gerechnet werden, ohne den Einspritzbetrieb wesentlich einzuschränken.
  • Durch Nutzung dieser Berechnungs- und Plausibilisiserungsmethode, die sich durch die Verwendung zusätzlicher Informationsquellen auszeichnet, kann die Robustheit von Einspritzfunktionen und somit der resultierenden Einspritzmenge deutlich gesteigert werden.
  • Erfindungsgemäß erfolgt somit die Berechnung eines Ersatzwertes über den Medianwert mehrerer Zylinder des Verbrennungsmotors und den entsprechenden Einspritzpuls. Bei Nicht-Detektierbarkeit der entsprechenden Nadelpositionsinformation aus dem vorhandenen Signalverlauf oder bei einer entsprechenden Störung desselben wird der ermittelte Ersatzwert aufgeschaltet.
  • Eine besonders bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass die Messung und Medianwertberechnung in Bezug auf alle Zylinder des Verbrennungsmotors durchgeführt werden. Ferner werden bei einem bevorzugten Verfahren die Messung und Medianwertberechnung für jeden Einspritzpuls durchgeführt. Für die Berechnung des Medianwertes wird somit bei diesen Verfahrensvarianten auf die von sämtlichen Zylindern und sämtlichen Einspritzpulsen gelieferten Informationen zurückgegriffen.
  • Bei einer weiteren bevorzugten Verfahrensvariante werden aus den gemessen Piezo-Spannungs- und/oder Piezo-Ladungswerten die Piezo-Kapazitäten ermittelt, wird der Medianwert aus den ermittelten Piezo-Kapazitäten berechnet und wird der erhaltene Medianwert als Ersatzwert verwendet. Auch bei dieser Verfahrensvariante wird daher ein Medianwert, nämlich der Medianwert der Kapazität, als mittlerer Wert mehrerer, insbesondere aller, Zylinder pulsindividuell berechnet. Bei Nicht-Detektierbarkeit oder Störung der Nadelöffnungs- und/oder -schließinformation wird der ermittelte Medianersatzwert der Kapazität zur Ermittlung der Öffnungs- und/oder Schließzeit der Düsennadel verwendet.
  • Bei noch einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden zur Berechnung der Öffnungs- und/oder Schließzeit der Düsennadel die gemessenen Piezo-Spannungs- und/oder Piezo-Ladungswerte zusätzlich einer Filterfunktion unterzogen. Eine solche Filterfunktion wird zur Störgrößenunterdrückung durchgeführt, beispielsweise über eine Polynominterpolation (Polynom Fit) der Rohsignale der Piezo-Spannung und Piezo-Ladung. Hierbei wird beispielsweise eine Abweichung zwischen den Messwerten und Polynom-Fit-Werten festgestellt und bei der Auswertung berücksichtigt, um die entsprechenden Störgrößen zu minimieren.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit der Zeichnung im Einzelnen erläutert. Es zeigen:
  • 1 eine schematische Prinzipdarstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens; und
  • 2 eine detailliertere schematische Darstellung des Verfahrens der 1.
  • Das im Ausführungsbeispiel beschriebene Verfahren findet Verwendung zur Ermittlung der Öffnungs- und/oder Schließzeit der Düsennadel eines Einspritzventils eines mehrere Zylinder aufweisenden Verbrennungsmotors, bei dem die Düsennadel durch einen Piezo-Aktuator direkt angesteuert wird. Gemäß 1 werden in einem ersten Verfahrensschritt die Piezo-Spannung und die Piezo-Ladung am jeweiligen als Sensor wirkenden Piezo-Aktuator für den entsprechenden Einspritzpuls bei allen Zylindern des Verbrennungsmotors gemessen. In einem zweiten Schritt wird der Medianwert der gemessenen Spannungs- und Ladungswerte der Piezo-Aktuatoren der Zylinder als mittlerer Wert aller Zylinder für den entsprechenden Einspritzpuls berechnet. Es wird auf diese Weise ein Ersatzwert gewonnen. Der erhaltene Medianwert wird in Schritt 3 als Ersatzwert zur Ermittlung der Öffnungs- und/oder Schließzeit der Düsennadel verwendet, wenn eine Detektion nicht möglich ist oder eine Störung der Nadelöffnungs- und/oder -schließinformation vorliegt.
  • Bei einer alternativen Ausführungsform werden aus den gemessenen Piezo-Spannungs- und Piezo-Ladungswerten die Piezo-Kapazitäten ermittelt (Schritt 4), und es wird der Medianwert aus den ermittelten Piezo-Kapazitäten berechnet. Der erhaltene Medianwert wird dann als Ersatzwert verwendet.
  • Es erfolgt somit eine Berechnung eines Ersatzwertes über den Median aller Zylinder und für jeden Puls, wobei dieser Ersatzwert bei entsprechender Nicht-Detektierbarkeit oder Störung zur Ermittlung der Öffnungs- und/oder Schließzeit der Düsennadel aufgeschaltet wird.
  • 2 zeigt eine detailliertere Darstellung für diese Feedback-Ersatzwertberechnung. Gemäß Block 10 werden die entsprechenden Sollwerte für die Schließzeit (Pfad 21), die Öffnungszeit (Pfad 22) und die Kontaktkraft (Pfad 23) der Düsennadel eingegeben. Mit 11, 12 und 13 sind entsprechende Schließzeit-, Öffnungszeit- und Kontaktkraft-Steuereinheiten bezeichnet. Über eine adaptive Vorsteuerungskompensation 14 werden entsprechende Korrekturwerte für die Einspritzzeit TI_cor, den Einspritzbeginn SOI_cor und die Einspritzenergie EGY_cor eingegeben. Mit 15 ist die entsprechende Regelstrecke für einen Injektor bezeichnet. Entsprechende Störgrößen, die die Regelung beeinflussen, sind mit dem Block 16 angedeutet. Es handelt sich hierbei um interne und/oder externe Störgrößen.
  • Im Block 18 erfolgt mithilfe einer Entscheidungslogik 17 ein Messen der Piezo-Spannung und Piezo-Ladung des zugehörigen, als Sensor wirkenden Piezo-Aktuators der Injektoren sämtlicher Zylinder für den entsprechenden Einspritzpuls. Aus diesen Werten wird ein Medianwert als mittlerer Wert der Zylinder für den entsprechenden Einspritzimpuls berechnet, der über einen entsprechenden Detektionsalgorithmus als Feedback-Signal 20 für die Schließzeit, Nadelöffnungszeit und Kontaktkraft wieder den Pfaden 21, 22 und 23 zugeführt wird, um als Ersatzwert für die Schließzeit, Öffnungszeit und Kontaktkraft zu fungieren, wenn diese nicht detektierbar sind.

Claims (5)

  1. Verfahren zur Ermittlung der Öffnungs- und/oder Schließzeit der Düsennadel eines Einspritzventils eines mehrere Zylinder aufweisenden Verbrennungsmotors, bei dem die Düsennadel durch einen Piezo-Aktuator direkt angesteuert wird, mit den folgenden Schritten: a. Messen der Piezo-Spannung und/oder Piezo-Ladung am jeweiligen als Sensor wirkenden Piezo-Aktuator für den entsprechenden Einspritzpuls bei mehreren Zylindern des Verbrennungsmotors; b. Berechnen des Medianwertes der gemessenen Spannungs- und/oder Ladungswerte der Piezo-Aktuatoren der mehreren Zylinder als mittlerer Wert der Zylinder für den entsprechenden Einspritzpuls; und c. Verwenden des erhaltenen Medianwertes als Ersatzwert zur Ermittlung der Öffnungs- und/oder Schließzeit bei Nicht-Detektierbarkeit oder Störung der Nadelöffnungs- und/oder -schließinformation.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung und Medianwertberechnung in Bezug auf alle Zylinder des Verbrennungsmotors durchgeführt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung und Medianwertberechnung für jeden Einspritzpuls durchgeführt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus den gemessenen Piezo-Spannungs- und/oder Piezo-Ladungswerten die Piezo-Kapazitäten ermittelt werden, der Medianwert aus den ermittelten Piezo-Kapazitäten berechnet wird und der erhaltene Medianwert als Ersatzwert verwendet wird.
  5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Berechnung der Öffnungs- und/oder Schließzeit der Düsennadel die gemessenen Piezo-Spannungs- und/oder Piezo-Ladungswerte zusätzlich einer Filterfunktion unterzogen werden.
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