DE102014209823B4

DE102014209823B4 - Verfahren zur Bestimmung der Schließcharakteristik des Steuerventils eines Piezo-Servoinjektors

Info

Publication number: DE102014209823B4
Application number: DE102014209823.8A
Authority: DE
Inventors: Janos Radeczky
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2014-05-23
Filing date: 2014-05-23
Publication date: 2016-03-31
Anticipated expiration: 2034-05-24
Also published as: CN107076090A; DE102014209823A1; KR20160146919A; US20170074197A1; CN107076090B; WO2015176845A1; KR101836030B1

Abstract

Verfahren zur Bestimmung der Schließcharakteristik des Steuerventils eines Piezo-Servoinjektors eines einen Druckspeicher (Rail) aufweisenden Einspritzsystems mit den folgenden Schritten: Durchführen einer Testladung des Aktors des Piezo-Servoinjektors zum Öffnen des Steuerventils und zum Druckabbau im Steuerraum; unvollständiges Entladen des Aktors bis auf einen Rest-Teilhub desselben; Ermitteln des Gradienten des Druckabfalls im Druckspeicher bei dem Rest-Teilhub; und Bestimmen der Schließcharakteristik des Steuerventils aus dem Gradientenverlauf des Druckabfalls.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Schließcharakteristik des Steuerventils eines Piezo-Servoinjektors eines einen Druckspeicher (Rail) aufweisenden Einspritzsystems.
Hinsichtlich der Einhaltung der zulässigen Einspritzmengentoleranzen der Einspritzventile von Kraftfahrzeugen werden immer schärfere Anforderungen gestellt. Dies betrifft sowohl neu hergestellte als auch gealterte Einspritzventile, die sich über längere Zeiträume in Betrieb befinden. Dabei ist die separate Detektion der verschiedenen Einflussgrößen, die letztendlich für eine korrekte Einhaltung der Einspritzmengen verantwortlich sind, für eine robuste Korrektur der Ansteuerung der Injektoren von großer Bedeutung.
Piezo-Servoinjektoren von einen Druckspeicher (Rail) aufweisenden Einspritzsystemen zeichnen sich dadurch aus, dass ein Piezo-Aktor mit einem Servosteuerventil zur Betätigung der Düsennadel des Injektors gekoppelt ist.
Es sind dabei Verfahren bekannt, mit denen das Öffnungsverhalten des Steuerventils bestimmt werden kann. Insbesondere kann das Öffnungsverhalten über bekannte Regelalgorithmen auch adaptiert werden.
Auch ist beispielsweise aus dem nachveröffentlichten Dokument DE 10 2012 221 529 A1 ein Verfahren zur Ansteuerung eines Piezoaktors beschrieben, bei dem nach Entladen des Aktors für einen vorbestimmten Zeitraum eine kleine Spannung an den Aktor angelegt wird. Die Höhe dieser kleinen Spannung wird derart vorgegeben, dass eine Rückwirkung zwischen einer Düsennadel und dem Aktor besteht. Dies soll verhindern, dass in manchen Zeitintervallen der Druck im Kopplerspalt zu gering wird oder sogar der Ventilkolben kurzzeitig vom Ventilbolzen abhebt, so dass die Schaltkette zwischen Aktor und Düsennadel während dieser Intervalle außer Eingriff gerät und folglich keine Signalübertragung von der Düsennadel zum Aktor erfolgen kann. Auf diese Weise soll es ermöglicht werden den Nadelschließzeitpunkt zuverlässig zu bestimmen.
Ebenfalls offenbart das Dokument DE 10 2009 000 741 A1 ein Verfahren zum Bestimmen eines Nadelschließens einer Ventilnadel eines Einspritzventils dessen Stellglied als Piezoaktor ausgebildet ist. Hierbei wird ein Signal einer an dem Piezoaktor anliegenden Spannung gemessen und das Nadelschließen aus einem Verlauf des Signals nachgewiesen. Über den Verlauf der Spannung kann ein beim Schließen der Ventilnadel verursachtes Körperschallsignal nachgewiesen werden.
Weiterhin offenbart das Dokument DE 10 2007 039 347 A1 ein Verfahren zum Betreiben eines Einspritzventils einer Brennkraftmaschine mit einem piezoelektrischen Aktor zum Antrieb einer mit dem Aktor hydraulisch gekoppelten Ventilnadel. Dabei wird der piezoelektrische Aktor während einer mehrere Teilbereiche umfassenden Ansteuerzeit so angesteuert, dass jedem Teilbereich der Ansteuerzeit eine konstante zeitliche Änderung der Aktorspannung zugeordnet ist, die unabhängig ist von der zeitlichen Änderung der Aktorspannung in den angrenzenden Teilbereichen, um einen vorgebbaren zeitlichen Verlauf der Ansteuerspannung an dem piezoelektrischen Aktor zu approximieren.
Es gibt jedoch bisher keine bekannte Strategie, um das Schließen des Steuerventils bei aktuellen Piezo-Servoinjektoren zu erkennen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bestimmung der Schließcharakteristik des Steuerventils eines Piezo-Servoinjektors eines einen Druckspeicher (Rail) aufweisenden Einspritzsystems zur Verfügung zu stellen, mit dem sich die Ansteuerung eines derartigen Injektors weiter optimieren lässt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der angegebenen Art gelöst, das die folgenden Schritte umfasst:
Durchführen einer Testladung des Aktors des Piezo-Servoinjektors zum Öffnen des Steuerventils und zum Druckabbau im Steuerraum;
unvollständiges Entladen des Aktors bis auf einen Rest-Teilhub desselben;
Ermitteln des Gradienten des Druckabfalls im Druckspeicher bei dem Rest-Teilhub; und
Bestimmen der Schließcharakteristik des Steuerventils aus dem Gradientenverlauf des Druckabfalls.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird mit einer Ansteuerung des Aktors des Piezo-Servoinjektors initiiert, wobei eine Testladung des Aktors durchgeführt wird. Hierbei wird das Ventil auf sichere Weise geöffnet und entlastet, d. h. der Druck im Steuerraum wird abgebaut. Vorzugsweise wird hierbei der entsprechende Ansteuerpuls so kurz gewählt, dass keine oder nur eine möglichst kleine Einspritzung in die Brennräume erfolgt. Die entsprechenden Ansteuerparameter des Aktors für die Testladung können beispielsweise während einer zuvor durchgeführten hydraulischen Leermessung ermittelt werden.
Anschließend folgt ein unvollständiges Entladen des Aktors bis auf einen Rest-Teilhub desselben. Dies kann beispielsweise über die Aktivierung eines Nachhub-Pulses erfolgen. Der Aktor wird jedenfalls nicht in einem Entladungsvorgang komplett entladen. Die erste Entladung stellt einen Teilhub des Aktors ein.
Als weiterer Schritt wird der Gradient des Druckabfalls im Druckraum (Rail) bei dem Rest-Teilhub ermittelt. Erfindungsgemäß ist somit das Signal, das zur Bestimmung des Ventilhubes herangezogen wird, der Raildruck-Gradient während des Nachhubes. Bei einem noch offenstehenden Ventil strömt Kraftstoff am Ventil aus dem Druckspeicher zur Injektorleckage. Der Gradient des Druckabfalls korreliert mit dem Querschnitt am Ventilsitz, also mit dem Ventilhub. Durch diese Korrelation kann die komplette Schließcharakteristik des Steuerventils bestimmt werden. Die Schließcharakteristik wird somit aus dem Gradientenverlauf des Druckabfalls ermittelt.
Speziell wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Ermittlung des Schließzeitpunktes des Steuerventils eingesetzt.
Die Schließcharakteristik, insbesondere der Schließzeitpunkt, des Steuerventils kann insbesondere mithilfe des Ladungszustandes oder Spannungswertes des Aktors des Piezo-Servoinjektors ermittelt werden. Mit anderen Worten, es kann diejenige Spannung/Ladung des Piezo-Aktuators ermittelt werden, bei der das Ventil schließt.
Das entsprechende Verfahren kann bei jedem Injektor in einem weiten Druckbereich des Druckspeichers (Rails) bei unterschiedlichen Temperaturen durchgeführt werden. Der Druckbereich ist größer als bei der Erkennung des Ventilöffnens, da der Antrieb beim Schließvorgang bereits entlastet ist.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren werden somit weitere Informationen über Injektorparameter zur Verfügung gestellt, mittels denen die Ansteuerung des Injektors weiter optimiert und das Driftverhalten optimal kompensiert werden kann, beispielsweise durch die Korrektur des Entladens, insbesondere des Entladungsstromes oder Entladungsbeginnes, in Bezug auf das Ventilschließen.
In Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann aus der ermittelten Schließcharakteristik ein Korrekturwert gewonnen und dieser zur Adaption des Ventilschließvorganges verwendet werden. Insbesondere kann durch diese Adaption des Ventilschließvorganges das Driftverhalten des Injektors kompensiert werden.
Da bei der erfindungsgemäß durchgeführten Teilentladung des Aktors das Steuerventil noch offen ist, wird Raildruck abgebaut. Dies macht sich die Erfindung zunutze, wobei aus dem entsprechenden Gradienten des Druckabfalls auf die Schließcharakteristik bzw. den Schließzeitpunkt des Ventils geschlossen wird.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit der Zeichnung im Einzelnen erläutert. Es zeigen:
1 zwei Diagramme, die die Ansteuerspannung bzw. den Aktorhub und den Raildruck in Abhängigkeit von der Zeit zeigen;
2 ein Diagramm, das den Raildruck-Gradienten in Abhängigkeit von der Nachhub-Ansteuerspannung zeigt; und
3 ein Diagramm, das den Raildruck-Gradienten in Abhängigkeit von der Injektorspannung zeigt, wobei der Entladevorgang auf Teilhub und der Ladevorgang auf Teilhub dargestellt sind.
Bei einem Verfahren zur Ermittlung des Schließzeitpunktes des Steuerventils eines Piezo-Servoinjektors eines einen Druckspeicher (Rail) aufweisenden Einspritzsystems wird eine Testladung des Aktors des Piezo-Servoinjektors durchgeführt, um das Steuerventil zu öffnen und einen Druckabbau im Steuerraum durchzuführen. Der entsprechende Ladeimpuls ist bei 2 und der entsprechende Entladeimpuls bei 3 in 1 dargestellt. Der Schließzeitpunkt des Steuerventils ist bei 1 angegeben. Im unteren Diagramm von 1 ist der Raildruck in Abhängigkeit von der Zeit wiedergegeben, wobei für den jeweiligen Aktorhub die Leckage bei 9 mit der zugehörigen Initialleckage 8 wiedergegeben ist. Der entsprechende Raildruck-Gradient ist bei 4 gezeigt.
Als zweiter Schritt des Verfahrens findet ein unvollständiges Entladen des Aktors bis auf einen Rest-Teilhub desselben statt, wobei die entsprechenden Aktorhübe und Druckgradienten in 1 dargestellt sind, wie vorstehend beschrieben. 2 zeigt den Verlauf des Raildruck-Gradienten in Abhängigkeit von der Nachhub-Ansteuerspannung, wobei bei 5 der Schließpunkt des Steuerventils wiedergegeben ist. Dieser Schließpunkt entspricht dem Beginn des Anstieges des Raildruck-Gradienten.
Bei dem Verfahren wird daher der Gradient des Druckabfalls im Druckspeicher (Rail) bei dem entsprechenden Rest-Teilhub ermittelt und hieraus der Schließzeitpunkt des Steuerventils bestimmt.
3 zeigt die Abhängigkeit des Raildruck-Gradienten von der Injektorspannung beim Entladen auf Teilhub (Kurve 6) und beim Laden auf Teilhub (Kurve 7).

Claims

Verfahren zur Bestimmung der Schließcharakteristik des Steuerventils eines Piezo-Servoinjektors eines einen Druckspeicher (Rail) aufweisenden Einspritzsystems mit den folgenden Schritten: Durchführen einer Testladung des Aktors des Piezo-Servoinjektors zum Öffnen des Steuerventils und zum Druckabbau im Steuerraum; unvollständiges Entladen des Aktors bis auf einen Rest-Teilhub desselben; Ermitteln des Gradienten des Druckabfalls im Druckspeicher bei dem Rest-Teilhub; und Bestimmen der Schließcharakteristik des Steuerventils aus dem Gradientenverlauf des Druckabfalls.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es zur Ermittlung des Schließzeitpunktes des Steuerventils eingesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schließcharakteristik mithilfe des Ladungszustandes oder Spannungswertes des Aktors des Piezo-Servoinjektors ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Testladung des Aktors des Piezo-Servoinjektors keine Einspritzung oder eine möglichst kleine Einspritzung durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die entsprechenden Ansteuerparameter des Aktors für die Testladung während einer zuvor durchgeführten hydraulischen Leermessung ermittelt werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus der ermittelten Schließcharakteristik ein Korrekturwert gewonnen und dieser zur Adaption des Ventilschließvorganges verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Adaption des Ventilschließvorganges das Driftverhalten des Injektors kompensiert wird.