DE102017220912B3 - Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung des Öffnungszeitpunktes des Servoventils eines Piezoinjektors - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung des Öffnungszeitpunktes eines Servoventils eines Piezoinjektors, der einen Piezoaktor, das Servoventil und eine Düsennadel aufweist, wobei der Verlauf der während eines Ladevorganges des Piezoaktors auf den Piezoaktor wirkenden Kraft unter Berücksichtigung der Kapazität des Piezoaktors ermittelt wird und der Zeitpunkt des Maximums der auf den Piezoaktor wirkenden Kraft als Öffnungszeitpunkt des Servoventils erkannt wird, wobei während des Ladevorganges des Piezoaktors auftretende Veränderungen der Kapazität des Piezoaktors ermittelt und bei der Ermittlung des Verlaufs der während des Ladevorgangs auf den Piezoaktor wirkenden Kraft berücksichtigt werden.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung des Öffnungszeitpunktes des Servoventils eines Piezoinjektors.
• Es ist bereits bekannt, Piezoinjektoren unter Verwendung einer sogenannten Closed-Loop-Regelung präzise einzustellen. Ein wichtiger Bestandteil der Ansteuerung eines Piezoinjektors sind eine möglichst genaue Regelung des Zeitpunkts der Servoventilöffnung und eine möglichst genaue Regelung des Öffnungshubs des Piezoantriebs. Voraussetzung für eine derartige genaue Regelung ist eine möglichst exakte Bestimmung des Öffnungszeitpunkts des Servoventils.
• Dokument DE 10 2010 021 169 A1 offenbart beispielsweise ein Verfahren zur Ermittlung des tatsächlichen Einspritzbeginns eines Piezo-Kraftstoff-Einspritzventils. Dabei erfolgt eine Test-Einspritzung für die der Schließzeitpunkt der Düsennadel durch Messung und Auswertung einer elektrischen Größe des Piezo-Direktantriebs ermittelt wird. Dann wird vom Schließzeitpunkt über den Absteuerbeginn auf den tatsächlichen Einspritzbeginn zurückgerechnet. Dies ermöglicht eine Ermittlung der tatsächlichen Einspritzmenge in nahezu jedem Betriebszustand des Verbrennungsmotors.
• Auch die Dokumente DE 10 2014 211 334 B3 , DE 10 2005 040 534 A1 , DE 10 2005 040 533 A1 , DE 10 2005 040 530 B3 und DE 10 2005 025 415 A1 offenbaren Verfahren zur Ansteuerung von Piezo-Injektoren, wobei durch Erfassung elektrischer Größen des jeweiligen Piezo-Aktuators bestimmte Betriebszustände, wie zum Beispiel der Schließzeitpunkt des jeweiligen Piezo-Injektors ermittelt werden.
• Es gibt eine Reihe von Faktoren, die Einfluss auf die Genauigkeit der zur Servoventilöffnungserkennung verwendeten elektrischen Rückmessung haben. Zu diesen Faktoren gehören unter anderem die Bewegung des Piezoaktors während des Ladevorganges und deren Auswirkung auf das elektrische Rückmeldesignal, d.h. auf den gemessenen Strom und die gemessene Spannung.
• Bisher wurde eine Servoventilöffnungserkennung unter Verwendung von linearen Piezogleichungen und einer Ermittlung des Maximums des Kraftverlaufs am Piezoaktor aus der gemessenen Spannung und der Ladung durchgeführt.
• Zu dieser Servoventilöffnungserkennung wurden folgende Gleichungen verwendet: $$\mathrm{\Delta }1\text{/}1=-\text{s}33\cdot \text{F/A}+\text{d33}\cdot \text{U/d}$$

  

  und $$\text{Q/}\left(\text{A}\cdot \text{N}\right)=-\text{d}33\cdot \text{F/A}+\mathrm{\epsilon }\text{33}\cdot \text{U/d}\text{.}$$

  

  dabei bezeichnet
• Δl den Hub des Piezoaktors,
• l die aktive Länge des Piezoaktors,
• F die auf den Piezoaktor wirkende Kraft,
• A die aktive Fläche des Piezoaktors,
• U die am Piezoaktor anliegende Spannung,
• d die Dicke einer Piezolage,
• N die Anzahl der Piezolagen,
• Q die Ladung des Piezoaktors,
• s33 die inverse Elastizität des Piezoaktors,
• d33 die elektromechanische Kopplungskonstante des Piezoaktors,
• ε33 die Dielektrizitätskonstante des Piezoaktors.
• Mit Hilfe eines auf diesen Piezogleichungen beruhenden Eichverfahrens wurde ein korrigierter, konstanter Wert für die Piezokapazität Ccor berechnet, mit dessen Hilfe anhand der folgenden Gleichung die Kraft am Piezoaktor berechnet wird: $$\text{F}=\text{K}\cdot \left(\text{U}\cdot \text{Ccor}-\text{Q}\right),$$

  

  wobei K eine Konstante ist.
• Die zeitliche Position des Maximums dieser Kraft F entspricht dem Zeitpunkt der Servoventilöffnung.
• Das vorgenannte Eichverfahren verwendet zur Berechnung eines korrigierten, konstanten Wertes der Piezokapazität die folgende Gleichung: $$\mathrm{1,25}\cdot \left({\text{F}}^{\text{2}}\text{/E}50\right)\cdot \text{Ccor}={\left(\text{Ccor}\cdot \text{U}-\text{Q}\right)}^2.$$

  
• Dabei bezeichnet
• F die bekannte Kraft zum Zeitpunkt der Servoventilöffnung, E50 eine Materialkonstante des Piezoaktors,
• U die am Piezoaktor zum Zeitpunkt der Sevoventilöffnung anliegende Spannung und
• Q die Ladung des Piezoaktors zum Zeitpunkt der Servoventilöffnung.
• Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Genauigkeit der Ermittlung des Zeitpunkts der Servoventilöffnung zu erhöhen.
• Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen und eine Vorrichtung zur Detektion des Öffnungszeitpunkts des Servoventils eines Piezoinjektors gemäß Anspruch 2 gelöst.
• Die Vorteile der Erfindung bestehen insbesondere darin, dass aufgrund einer Berücksichtigung der Zunahme der Piezokapazität im Laufe des Ladeprozesses des Piezoaktors abhängig von der Energie oder der Ladung oder der Spannung mit Hilfe der Gleichung $$\text{F}=\text{K}\cdot \left(\text{U}\cdot \text{Ccor}\left(\text{E}\left(\text{t}\right)\right)-\text{Q}\right)$$

  

  der Kraftverlauf am Piezoaktor genauer wiedergegeben wird als beim bekannten Verfahren und deshalb die Genauigkeit der Bestimmung des Zeitpunkts der Servoventilöffnung erhöht ist.
• Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Ermittlung des Öffnungszeitpunktes eines Servoventils eines Piezoinjektors, der einen Piezoaktor, das Servoventil und eine Düsennadel aufweist, wird der Verlauf der während eines Ladevorganges des Piezoaktors auf den Piezoaktor wirkenden Kraft unter Berücksichtigung der Kapazität des Piezoaktors ermittelt und der Zeitpunkt des Maximums der auf den Piezoaktor wirkenden Kraft als Öffnungszeitpunkt des Servoventils erkannt. Dabei werden während des Ladevorganges des Piezoaktors auftretende Veränderungen der Kapazität des Piezoaktors ermittelt und bei der Ermittlung des Verlaufs der während des Ladevorgangs auf den Piezoaktor wirkenden Kraft berücksichtigt. Die Veränderung der Piezokapazität während des Ladevorgangs wird dabei in vorteilhafter Weise anhand des Hystereseverhaltens in einem Ladungs-Spannungs-Hysterese-Diagramm des Piezoaktors bestimmt und in Form der Gleichung $$\text{Ccor}\left(\text{E}\left(\text{t}\right)\right)=\text{Ceoc}\cdot \left(1-\text{a}\cdot {\text{e}}^{-\text{b}\cdot (\text{E}\left(\text{t}\right)}\right)$$

  

  dargestellt.
• Dabei bezeichnet
• Ceoc die Kapazität am Ende der Piezohaltephase,
• a eine Skalierungsgröße und
• b eine Skalierungsgröße.
• Diese Skalierungsgrößen haben beispielsweise folgende Werte: a ≈ 0,6 und b ≈0,75/mJ.
• Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Ermittlung des Öffnungszeitpunktes eines Servoventils eines Piezoinjektors, wie oben beschrieben, weist eine Steuereinheit auf, die zur Ermittlung des Verlaufes der während eines Ladevorganges des Piezoaktors auf den Piezoaktor wirkenden Kraft unter Berücksichtigung der Kapazität des Piezoaktors und zur Erkennung des Zeitpunkts des Maximums der auf den Piezoaktor wirkenden Kraft, als Öffnungszeitpunkt des Servoventils, ausgebildet ist. Dabei ist die Steuereinheit des Weiteren dazu ausgebildet, während des Ladevorganges des Piezoaktors auftretende Veränderungen der Kapazität des Piezoaktors zu ermitteln und bei der Ermittlung des Verlaufs der während des Ladevorgangs auf den Piezoaktor wirkenden Kraft zu berücksichtigen. Dabei werden Veränderungen der Kapazität des Piezoaktors während des Ladevorganges des Piezoaktors anhand des Hystereverhaltens in einem Ladungs-Spannungs-Hysterese-Diagramm des Piezoaktors unter Verwendung der im oben genannten Verfahren dargestellten Beziehung ermittelt.
• Weitere vorteilhafte Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus deren nachfolgender Erläuterung anhand der Figuren. Es zeigt
• 1 eine Blockdarstellung einer Vorrichtung zur Ermittlung des Öffnungszeitpunktes eines Servoventils eines Piezoinjektors,
• 2 ein Diagramm zur Veranschaulichung des Verlaufs der während eines Ladevorgangs des Piezoaktors auf den Piezoaktor wirkenden Kraft für unterschiedliche Leerhübe beim Stand der Technik
• 3 ein Diagramm zur Veranschaulichung des Verlaufs der während eines Ladevorgangs des Piezoaktors auf den Piezoaktor wirkenden Kraft für unterschiedliche Leerhübe bei Berücksichtigung von während des Ladevorgangs des Piezoaktors auftretenden Veränderungen der Piezokapazität,
• 4 ein Diagramm zur Veranschaulichung der leerhubabhängigen Änderung des Servoventilöffnungszeitpunktes bei bereits korrigiertem Beginn der Bestromung für vier unterschiedliche Piezoinjektoren beim Stand der Technik und
• 5 ein Diagramm zur Veranschaulichung der leerhubabhängigen Änderung des Servoventilöffnungszeitpunktes bei bereits korrigiertem Beginn der Bestromung für vier unterschiedliche Piezoinjektoren bei Berücksichtigung von während des Ladevorgangs des Piezoaktors auftretenden Veränderungen der Piezokapazität.
• In Brennkraftmaschinen werden Kraftstoffeinspritzsysteme verwendet, die einen Druckspeicher, mindestens ein Einspritzventil und eine Steuereinheit aufweisen. Zum Einspritzventil gehören ein Piezoaktor, ein Servoventil und eine Düsennadel. Der Piezoaktor betätigt das Servoventil gegen die Kraft einer Schließfeder und des Drucks im Steuerraum, um zu erreichen, dass das Servoventil öffnet und die Düsennadel derart betätigt, dass diese eine über eine Kraftstoffleitung mit dem Druckspeicher in Verbindung stehende Einspritzöffnung des Piezoinjektors freigibt, so dass Kraftstoff in einen Verbrennungsraum der Brennkraftmaschine gespritzt wird.
• Zur Auslösung einer Öffnung des Servoventils steuert die Steuereinheit einen Ladevorgang des Piezoaktors mit elektrischer Energie. Durch diese Beaufschlagung mit elektrischer Energie dehnt sich der Piezoaktor aus, so dass sich das Servoventil von seinem Sitz abhebt, um die Düsennadel zu betätigen.
• Bei dieser Ansteuerung des Piezoinjektors ist es von hoher Bedeutung, eine möglichst genaue Regelung des Zeitpunkts der Servoventilöffnung durchzuführen. Voraussetzung für eine derartige genaue Regelung ist eine möglichst exakte Bestimmung des Öffnungszeitpunkts des Servoventils.
• Die 1 zeigt eine Blockdarstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Ermittlung des Öffnungszeitpunktes eines Piezoinjektors. Diese Vorrichtung weist eine Steuereinheit 1, einen Speicher 2 und einen Piezoinjektor 3 auf. Zum Piezoinjektor 3 gehören ein Piezoaktor 4, ein Servoventil 5 und eine Düsennadel 6. Die Steuereinheit 1 steht mit einem Speicher 2 in Verbindung, in welchem bereits herstellerseitig Daten abgespeichert sind, die Materialkonstanten des Piezoaktors entsprechen. Ferner sind im Speicher 2 weitere Daten abgespeichert, die der Anzahl der Lagen des Piezoaktors und der Dicke der Lagen des Piezoaktors entsprechen. Darüber hinaus sind im Speicher 2 Daten abgespeichert, die empirisch ermittelten Diagrammen entsprechen. Zu diesen Diagrammen gehört unter anderem ein Ladungs-Spannungs-Hystere-Diagramm. Die vorgenannten Daten werden von der Steuereinheit 1 zur Ermittlung des Öffnungszeitpunktes des Servoventils des Piezoinjektors benötigt. Des Weiteren werden der Steuereinheit Eingangssignale e1 und e2 zugeführt, die während des Betriebs des Piezoinjektors unter Verwendung von Sensoren beziehungsweise geeigneter Abgriffe der zum Antrieb des Piezoaktors verwendeten Leistungselektronik ermittelt werden. Bei diesen Eingangssignalen handelt es sich um gemessene Istwerte des durch den Piezoaktor fließenden Stromes und der am Piezoaktor anliegenden Spannung.
• Die Steuereinheit 1 ist dazu ausgebildet, unter Verwendung der ihr zugeführten Eingangssignale e1 und e2 und der im Speicher 2 hinterlegten Daten und eines ebenfalls im Speicher 2 hinterlegten Arbeitsprogrammes den Zeitpunkt der Servoventilöffnung möglichst exakt zu ermitteln.
• Bei dieser Ermittlung des Zeitpunkts der Servoventilöffnung erfolgt ebenfalls unter Zuhilfenahme der bereits oben genannten linearen Piezogleichungen eine Ermittlung des Maximums des Kraftverlaufs unter Verwendung der der gemessenen Spannung und der Ladung.
• Dabei werden die folgenden Gleichungen verwendet: $$\mathrm{\Delta }1\text{/}1=-\text{s}33\cdot \text{F/A}+\text{d}33\cdot \text{U/d}$$

  

  $$\text{Q/}\left(\text{A}\cdot \text{N}\right)=-\text{d}33\cdot \text{F/A}+\mathrm{\epsilon }33\cdot \text{U/d}\text{.}$$

  
• Dabei bezeichnet
• Δl den Hub des Piezoaktors,
• l die aktive Länge des Piezoaktors,
• F die auf den Piezoaktor wirkende Kraft,
• A die aktive Fläche des Piezoaktors,
• U die am Piezoaktor anliegende Spannung,
• d die Dicke einer Piezolage,
• N die Anzahl der Piezolagen,
• Q die Ladung des Piezoaktors,
• s33 die inverse Elastizität des Piezoaktors,
• d33 die elektromechanische Kopplungskonstante des Piezoaktors, ε33 die Dielektrizitätskonstante des Piezoaktors.
• Diese Größen werden zum Teil herstellerseitig bestimmt und im Speicher 2 hinterlegt und zum Teil während des Ladevorgangs des Piezoaktors gemessen oder berechnet.
• Mit Hilfe dieser Piezogleichungen wird ein sich während des Ladevorgangs des Piezoaktors verändernder Wert Ccor(E(t)) der Piezokapazität berechnet, mit dessen Hilfe anhand der folgenden Gleichung die Kraft am Piezoaktor berechnet wird: $$\text{F}=\text{K}\cdot \left(\text{U}\cdot \text{Ccor}\left(\text{E}\left(\text{t}\right)\right))-Q\right).$$

  
• Die zeitliche Position des Maximums dieser Kraft F entspricht auch hier dem Zeitpunkt der Servoventilöffnung.
• Der sich während des Ladevorgangs verändernde Wert der Piezokapazität Ccor(E(t)) wird anhand des Hystereseverhaltens im abgespeicherten Ladungs-Spannungs-Hysterese-Diagramm des Piezoaktors gemäß der folgenden Beziehung ermittelt: $$\text{Ccor}\left(\text{E}\left(\text{t}\right)\right)=\text{Ceoc}\cdot \left(1-\text{a}\cdot {\text{e}}^{-\text{b}\cdot (\text{E}\left(\text{t}\right)}\right),$$

  

  wobei Ceoc die Piezokapazität am Ende der Piezohaltephase, a eine Skalierungsgröße und b eine weitere Skalierungsgröße sind.
• Diese Skalierungsgrößen haben beispielsweise folgende Werte: a ≈ 0,6 und b ≈0,75/mJ.
• Durch die Berücksichtigung des sich während des Ladevorganges veränderndes Wertes der Piezokapazität, bei dem es sich um einen sich erhöhenden Wert handelt, bei der Ermittlung der auf den Piezoaktor wirkenden Kraft wird der beim Ladevorgang auftretende Kraftverlauf mit höherer Genauigkeit wiedergegeben als bei der bekannten Vorgehensweise. Insbesondere wird vermieden, dass sich bei niedrigem Druck auftretende Störeinflüsse auf die Genauigkeit der Detektion des Öffnungszeitpunkts des Servoventils negativ auswirken.
• Die vorstehend beschriebene Vorgehensweise entspricht einer Verwendung der Piezogleichungen in differentieller Form. Daraus ergibt sich, dass die in der Gleichung $$\text{F}=\text{K}\cdot \left(\text{U}\cdot \text{Ccor}\left(\text{E}\left(\text{t}\right)\right)\right)-\text{Q})$$

  

  einzusetzende Kapazität Ccor(E(t))) der differentiellen Kapazität $$\text{Ccor}\left(\text{E}\left(\text{t}\right)\right)=\text{dQ/dU}$$

  

  entspricht. Für die Bestimmung der differentiellen Kapazität werden charakteristische, im Speicher 2 abgespeicherte, empirisch ermittelte Ladungs-Spannungs-Hysterese-Diagramme ausgewertet, um die Skalierungsgrößen a und b zu ermitteln, die in der Gleichung $$\text{Ccor}\left(\text{E}\left(\text{t}\right)\right)=\text{Ceoc}\cdot \left(1-\text{a}\cdot {\text{e}}^{-\text{b}\cdot (\text{E}\left(\text{t}\right)}\right)$$

  

  benötigt werden.
• Durch das beschriebene Verfahren wird ein kontinuierlicher Übergang von der Kleinsignalkapazität zur Großsignalkapazität dargestellt. Dadurch lässt sich der Kraftverlauf am Piezoaktor insbesondere bei niedrigem Druck im Druckspeicher genauer beschreiben. Dies ermöglicht es, auch die Genauigkeit der Ermittlung des Öffnungszeitpunkts des Servoventils zu erhöhen.
• Die 2 zeigt ein Diagramm zur Veranschaulichung des Verlaufs der während eines Ladevorgangs des Piezoaktors auf den Piezoaktor wirkenden Kraft für unterschiedliche Leerhübe beim Stand der Technik, bei welchem der Kraftverlauf unter Verwendung eines korrigierten, konstanten Wertes für die Piezokapazität ermittelt wurde.
• In diesem Diagramm ist nach oben die Ladungsdifferenz (U·Ceoc-Q) in As und nach rechts die Zeit t in ms aufgetragen, wobei Ceoc die Kapazität des Piezoaktors am Ende der Ladephase des Piezoaktors ist. Die Kurve K1 zeigt den Verlauf der auf den Piezoaktor wirkenden Kraft für eine Leerhubreferenzspannung von 90 V , die Kurve K2 den Verlauf der auf den Piezoaktor wirkenden Kraft für eine Leerhubreferenzspannung von 80 V, die Kurve K3 den Verlauf der auf den Piezoaktor wirkenden Kraft für eine Leerhubreferenzspannung von 60 V, die Kurve K4 den Verlauf der auf den Piezoaktor wirkenden Kraft für eine Leerhubreferenzspannung von 40 V, die Kurve K5 den Verlauf der auf den Piezoaktor wirkenden Kraft für eine Leerhubreferenzspannung von 30 V und die Kurve K6 den Verlauf der auf den Piezoaktor wirkenden Kraft für eine Leerhubreferenzspannung von 20 V. Diese Kurvenverläufe wurden jeweils bei einem vergleichsweise niedrigen Arbeitsdruck von 300 bar ermittelt.
• Aus den dargestellten Verläufen der während der Ladephase des Piezoaktors auf den Piezoaktor wirkenden Kraft ist ersichtlich, dass die Kraftmaxima längs der Zeitachse vergleichsweise breit gestreut sind. Der Anstieg der Kurven resultiert insbesondere beim Vorliegen einer großen Leerhubreferenzspannung von 80 V und 90 V aus dem Bestromungsbeginn des jeweiligen Piezoaktors. Diese Kurven geben in diesem Bereich den tatsächlichen Kraftverlauf nicht korrekt wieder.
• Die 3 zeigt ein Diagramm zur Veranschaulichung des Verlaufs der während eines Ladevorgangs des Piezoaktors auf den Piezoaktor wirkenden Kraft für unterschiedliche Leerhubreferenzspannungen bei Berücksichtigung von während des Ladevorgangs des Piezoaktors auftretenden Veränderungen der Piezokapazität.
• In diesem Diagramm ist nach oben die Ladungsdifferenz (U·Cscaling - Q) in As und nach rechts die Zeit t in ms aufgetragen, wobei Cscaling die während des Ladevorgangs veränderliche Kapazität des Piezoaktors ist. Die Kurve K1' zeigt den Verlauf der auf den Piezoaktor wirkenden Kraft für eine Leerhubreferenzspannung von 90 V, die Kurve K2' den Verlauf der auf den Piezoaktor wirkenden Kraft für eine Leerhubreferenzspannung von 80 V, die Kurve K3' den Verlauf der auf den Piezoaktor wirkenden Kraft für eine Leerhubreferenzspannung von 60 V, die Kurve K4' den Verlauf der auf den Piezoaktor wirkenden Kraft für eine Leerhubreferenzspannung 40 V, die Kurve K5' den Verlauf der auf den Piezoaktor wirkenden Kraft für eine Leerhubreferenzspannung von 30 V und die Kurve K6' den Verlauf der auf den Piezoaktor wirkenden Kraft für eine Leerhubreferenzspannung von 20 V. Diese Kurvenverläufe wurden jeweils bei einem vergleichsweise niedrigen Arbeitsdruck von 300 bar ermittelt.
• Aus den dargestellten Verläufen der während der Ladephase des Piezoaktors auf den Piezoaktor wirkenden Kraft ist ersichtlich, dass die Kraftmaxima längs der Zeitachse vergleichsweise eng beieinander liegen. Der Anstieg der Kurven insbesondere beim Vorliegen einer vergleichsweise großen Leerhubreferenzspannung von 80 V oder 90 V ist praktisch nicht mehr an den Bestromungsbeginn gekoppelt. Die Kurven geben in diesem Bereich den tatsächlichen Kraftverlauf deutlich verbessert wieder.
• Die 4 zeigt ein Diagramm zur Veranschaulichung der leerhubabhängigen Änderung des Servoventilöffnungszeitpunktes bei bereits korrigiertem Beginn der Bestromung für vier unterschiedliche Piezoinjektoren IA, IB, IC und ID beim Stand der Technik, bei welchem der Kraftverlauf unter Verwendung eines korrigierten, konstanten Wertes für die Piezokapazität ermittelt wurde.
• In diesem Diagramm ist nach oben die zeitliche Differenz ΔT_TT1 zwischen dem Zeitpunkt der erkannten Servoventilöffnung und dem Zeitpunkt des Beginns der Bewegung der Düsennadel in µs und nach rechts die Leerhubreferenzspannung in V aufgetragen. Die in dieser Figur gezeigten Kurvenverläufe wurden jeweils bei einem vergleichsweise niedrigen Arbeitsdruck von 300 bar ermittelt.
• Aus den dargestellten Verläufen ist ersichtlich, dass insbesondere in einem Leerhubreferenzspannungsbereich zwischen 30 V und 60 V eine vergleichsweise starke Streuung des Verlaufs der Zeitdifferenz zwischen erkannter Servoventilöffnung und dem Beginn der Nadelbewegung auftritt. In diesem Leerhubreferenzspannungsbereich haben die dargestellten Kurven eine vergleichsweise große Steigung. Eine genaue Abschätzung der Zeitdifferenz zwischen dem Zeitpunkt der erkannten Servoventilöffnung und dem Zeitpunkt des Beginns der jeweils zugehörigen Nadelbewegung ist nicht möglich.
• Die 5 zeigt ein Diagramm zur Veranschaulichung der leerhubabhängigen Änderung des Servoventilöffnungszeitpunktes bei bereits korrigiertem Beginn der Bestromung für die vier unterschiedlichen Piezoinjektoren IA, IB, IC und ID bei Berücksichtigung von während des Ladevorgangs des Piezoaktors auftretenden Veränderungen der Piezokapazität.
• In diesem Diagramm ist nach oben die zeitliche Differenz ΔT_TT1 zwischen dem Zeitpunkt der erkannten Servoventilöffnung und dem Zeitpunkt des Beginns der Bewegung der Düsennadel in µs und nach rechts die Leerhubreferenzspannung in V aufgetragen. Die in dieser Figur gezeigten Kurvenverläufe wurden jeweils bei einem vergleichsweise niedrigen Arbeitsdruck von 300 bar ermittelt.
• Aus den dargestellten Verläufen ist ersichtlich, dass insbesondere in einem Leerhubreferenzspannungsbereich zwischen 30 V und 60 V aufgrund der Berücksichtigung der Veränderung der Piezokapazität während des Ladevorganges des Piezoaktors die Streuung des Verlaufs der Zeitdifferenz zwischen erkannter Servoventilöffnung und dem Beginn der jeweils zugehörigen Nadelbewegung reduziert ist. In diesem Bereich verlaufen die Kurven IA', IB', IC' und ID' vergleichsweise flach. Dies erlaubt eine genauere Abschätzung der Zeitdifferenz zwischen dem Zeitpunkt der erkannten Servoventilöffnung und dem Zeitpunkt des Beginns der jeweils zugehörigen Nadelbewegung.

Claims (2)

1. Verfahren zur Ermittlung des Öffnungszeitpunktes eines Servoventils eines einen Piezoaktor, das Servoventil und eine Düsennadel aufweisenden Piezoinjektors, wobei der Verlauf der während eines Ladevorganges des Piezoaktors auf den Piezoaktor wirkenden Kraft unter Berücksichtigung der Kapazität des Piezoaktors ermittelt wird und der Zeitpunkt des Maximums der auf den Piezoaktor wirkenden Kraft als Öffnungszeitpunkt des Servoventils erkannt wird, wobei während des Ladevorganges des Piezoaktors auftretende Veränderungen der Kapazität des Piezoaktors ermittelt und bei der Ermittlung des Verlaufs der während des Ladevorgangs auf den Piezoaktor wirkenden Kraft berücksichtigt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Veränderungen der Kapazität des Piezoaktors während des Ladevorganges des Piezoaktors anhand des Hystereseverhaltens in einem Ladungs-Spannungs-Hysterese-Diagramm unter Verwendung der folgenden Beziehung ermittelt werden: $$\text{Ccor}\left(\text{E}\left(\text{t}\right)\right)=\text{Ceoc}\cdot \left(1-\text{a}\cdot {\text{e}}^{-\text{b}\cdot (\text{E}\left(\text{t}\right)}\right),$$

   

   wobei Ccor(E(t)) die veränderte Kapazität des Piezoaktors, Ceoc die Kapazität des Piezoaktors am Ende der Haltephase, a eine Skalierungsgröße, b eine Skalierungsgröße und E(t) die in den Piezoaktor eingebrachte Energie ist.
2. Vorrichtung zur Ermittlung des Öffnungszeitpunktes eines Servoventils eines einen Piezoaktor, das Servoventil und eine Düsennadel aufweisenden Piezoinjektors, welche eine Steuereinheit (1) aufweist, die zur Ermittlung des Verlaufes der während eines Ladevorganges des Piezoaktors (4) auf den Piezoaktor wirkenden Kraft unter Berücksichtigung der Kapazität des Piezoaktors und zur Erkennung des Zeitpunkts des Maximums der auf den Piezoaktor wirkenden Kraft als Öffnungszeitpunkt des Servoventils (5) ausgebildet ist, wobei die Steuereinheit (1) des Weiteren dazu ausgebildet ist, während des Ladevorganges des Piezoaktors (4) auftretende Veränderungen der Kapazität des Piezoaktors zu ermitteln und bei der Ermittlung des Verlaufs der während des Ladevorgangs auf den Piezoaktor wirkenden Kraft zu berücksichtigen, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (1) dazu ausgebildet ist, Veränderungen der Kapazität des Piezoaktors während des Ladevorganges des Piezoaktors anhand des Hystereseverhaltens in einem Ladungs-Spannungs-Hysterese-Diagramm des Piezoaktors unter Verwendung der folgenden Beziehung zu ermitteln: $$\text{Ccor}\left(\text{E}\left(\text{t}\right)\right)=\text{Ceoc}\cdot \left(1-\text{a}\cdot {\text{e}}^{-\text{b}\cdot (\text{E}\left(\text{t}\right)}\right),$$

   

   wobei Ccor(E(t)) die veränderte Kapazität des Piezoaktors, Ceoc die Kapazität des Piezoaktors am Ende der Haltephase, a eine Skalierungsgröße, b eine Skalierungsgröße und E(t) die in den Piezoaktor eingebrachte Energie ist.

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