WO2005026516A1 - Verfahren zur bestimmung der ansteuerspannung eines piezoelektrischen aktors eines einspritzventils - Google Patents

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WO2005026516A1
WO2005026516A1 PCT/DE2004/001504 DE2004001504W WO2005026516A1 WO 2005026516 A1 WO2005026516 A1 WO 2005026516A1 DE 2004001504 W DE2004001504 W DE 2004001504W WO 2005026516 A1 WO2005026516 A1 WO 2005026516A1
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WO
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voltage
control
injector
internal combustion
combustion engine
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PCT/DE2004/001504
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Andreas Huber
Kai Sutter
Marco Gangi
Jens Bloemker
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Robert Bosch Gmbh
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/20—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils
    • F02D41/2096—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils for controlling piezoelectric injectors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/24—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents characterised by the use of digital means
    • F02D41/2406—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents characterised by the use of digital means using essentially read only memories
    • F02D41/2425—Particular ways of programming the data
    • F02D41/2429—Methods of calibrating or learning
    • F02D41/2451—Methods of calibrating or learning characterised by what is learned or calibrated
    • F02D41/2464—Characteristics of actuators
    • F02D41/2467—Characteristics of actuators for injectors

Definitions

  • the invention relates to a method for determining the control voltage of a piezoelectric actuator of an injection valve according to the preamble of claim 1.
  • DE 100 32 022 AI discloses a method for determining the control voltage for a piezoelectric actuator of an injection valve, in which the pressure in a hydraulic coupler is initially measured indirectly before the next injection process.
  • the pressure is measured in that the piezoelectric actuator is mechanically coupled to the hydraulic coupler so that the pressure induces a corresponding voltage in the piezo actuator.
  • This induced voltage is used before the next injection process to correct the control voltage for the actuator, among other things.
  • An induced voltage that is too low serves to detect a misfire.
  • the injection valve is preferably used for fuel injection for a gasoline or diesel engine, in particular for common rail systems.
  • the pressure in the hydraulic coupler also depends on the rail pressure, among other things, so that the control voltage is varied as a function of the rail pressure.
  • the voltage requirement of a piezoelectric actuator depends primarily on the pressure in the valve chamber and on the linear expansion of the piezoelectric actuator.
  • the voltage required for the correct operation of the injector at one operating point is the so-called voltage requirement, that means the relationship between tension and stroke at a certain force, which is proportional to the rail pressure.
  • the invention is therefore based on the object of compensating for this drift in the voltage requirement.
  • This object is achieved by a method for determining the control voltage of a piezoelectric actuator of an injection valve with the features of claim 1.
  • the method according to the invention makes it possible to compensate for the drift in the voltage requirement by adapting the voltage setpoint and thus to ensure that the required nominal actuator stroke is achieved and that the injector is operated correctly and properly over its entire service life.
  • An adaptation of the voltage requirement also has the advantage that it is not always necessary to control with a very high voltage supply, which results in considerable advantages with regard to the power consumption / power loss.
  • the adaptation of the voltage requirement can also be used for diagnostic purposes, for example in order to output an error message if the voltage requirement drifts excessively.
  • the regulation of the drift of the voltage requirement is advantageously carried out during a driving cycle of a vehicle having the internal combustion engine, the correction values determined during the driving cycle being stored in a non-volatile memory. This opens up the possibility, in particular, of using the correction values stored in the memory in a later driving cycle as initialization values for further compensation for the drift in the voltage requirement.
  • a release logic is preferably provided which adapts the drift releases the voltage requirement as a function of parameters characterizing the internal combustion engine and / or the injection valve.
  • these parameters are, for example, the temperature of the internal combustion engine and / or the rail pressure and / or the steady state of the voltage regulation and / or the state of the charging time regulation and / or the steady state of other subordinate control loops and / or the number of injections and / or the actuators and / or the injection sequence per work cycle, that is to say the injection pattern (pre-injection (s), main injection, post-injection (s)).
  • the voltage requirement is particularly advantageously compensated for at various operating points with respect to the rail pressure, the correction values being stored in correction maps, which are then also stored in the non-volatile memory, for example an E 2 -PROM.
  • FIG. 1 shows the schematic structure of an injection valve known from the prior art
  • Fig. 2 schematically shows a diagram of the actuator voltage over time during a control
  • FIG. 3 schematically shows a block diagram of a control device making use of the method according to the invention.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of an injection valve 1 known from the prior art with a central bore.
  • an actuating piston 3 with a piezoelectric actuator 2 is introduced into the central bore, the actuating piston 3 being firmly connected to the actuator 2.
  • the actuating piston 3 closes off a hydraulic coupler 4 at the top, while at the bottom there is an opening with a connecting channel to a first seat 6, in which a piston 5 with a valve closing member 12 is arranged.
  • the valve closing member 12 is designed as a double closing control valve. It closes the first seat 6 when the actuator 2 is at rest.
  • a nozzle needle 11 is arranged in a corresponding channel, which closes or opens the outlet in a high-pressure channel (common rail pressure) 13, depending on which control voltage Ua is present.
  • the high pressure is generated by the medium to be injected, for example fuel for a combustion motor, fed via an inlet 9, via an inlet throttle 8 and an outlet throttle 10, the inflow amount of the medium in the direction of the nozzle needle 11 and the hydraulic coupler 4 is controlled.
  • the hydraulic coupler 4 has the task on the one hand to increase the stroke of the piston 5 and on the other hand to decouple the control valve from the static temperature expansion of the actuator 2. The refilling of the coupler 4 is not shown here.
  • Pi is the so-called coupler pressure as it is measured in the hydraulic coupler 4. In the coupler 4, without control Ua, a stationary pressure Pi is set which is, for example, 1/10 of the pressure in the high-pressure part. After the actuator 2 has been discharged, the coupler pressure Pi is approximately 0 and is raised again by refilling.
  • the stroke and the force of the actuator 2 now correlate with the voltage with which the actuator 2 is charged. Since the force is proportional to the rail pressure, the voltage for a required actuator stroke must be adjusted depending on the rail pressure in order to safely reach the seat 7.
  • the voltage required for the correct operation of the injection valve or injector 1 at an operating point is the so-called voltage requirement, that is to say the relationship between voltage and stroke at a certain force, which is proportional to the rail pressure.
  • DE 103 158 15.4 shows how the voltage difference between maximum actuator voltage and stationary final voltage, the individual, current voltage requirement of an injector can be derived.
  • the drift means that the operating point-dependent predetermined actuator voltage no longer ensures proper operation of the injector 1 at the specified operating point, which leads to errors in the injection quantity with consequences on exhaust gas values / noise, up to one Failure of the injector, when the stroke is no longer sufficient to open the nozzle needle 11.
  • the method described below makes it possible to compensate for this drift in the voltage requirement individually for the injector.
  • the basic idea of the invention is to compensate for the drift in the voltage requirement by adapting the voltage setpoint and thus to ensure that the required nominal actuator stroke is achieved and that the injector 1 can be operated correctly and as desired over its entire service life. On the one hand, this ensures the function of the actuator 2, but also avoids the above-described errors in the injection quantity.
  • Such an adaptation of the voltage requirement also avoids triggering with a very high voltage supply, which is particularly advantageous in relation to the power consumption / power loss of a control device and also reduces the wear on the actuator 2, since the actuator 2 does not work with a large voltage supply must be operated, which leads to excessive force in the valve seat.
  • the entire injection valve can be diagnosed by monitoring the corrective action of the adaptation, for example if an inadmissibly high drift in the voltage requirement is determined.
  • the adaptation of the drift of the voltage requirement is based on an injector individual control of the voltage difference between Abschaltwoodsschwelle U Ab and the measured, steady state final voltage U Re g e i to a required for an operating setpoint .DELTA.U so n, which with the required Actuator stroke of a non-drifted one means nominally behaving injector correlated.
  • This regulation intervenes in a corrective manner by adapting the actuator target voltage individually to the injector, as will be described in more detail below in connection with FIG. 3.
  • An actuator target voltage U s0 n is calculated in a computing unit 310.
  • the difference ⁇ Ui St between the cut-off voltage U Ab and the control voltage U Rege i is continuously determined.
  • This difference ⁇ Uj St is compared with a predetermined size .DELTA.U S0H, wherein in a junction point 320 so ⁇ , the difference of size and .DELTA.U ⁇ Uj St is determined.
  • This difference e A ⁇ j forms the input variable for a PI controller, for example, in which different controllers 331, 332, 33n are provided for the individual cylinders. In these controls ils cylinder-specific correction signals Sl, S2, S n jew are determined and output, where n is the number of cylinders, respectively.
  • the correction values are either multiplied by the target voltage U so n determined in the computing unit 310 or alternatively added to this, which is indicated by connection points 341, 342.
  • the corrected values U s ⁇ o ⁇ - determined in this way are fed to an actuator voltage control device 350, which determines the switch-off voltage threshold U Ab .
  • This switch-off voltage threshold U Ab is now used, together with the stationary final voltage U Rege ⁇ , to determine the difference ⁇ Ui st .
  • the correction values S1, S2,... S n learned during a driving cycle are preferably stored in a non-volatile memory 360, for example in an E 2 -PROM, after the driving cycle has ended and are used as initialization values for the further adaptation before the beginning of the following driving cycle , as is shown schematically in FIG. 3 by an arrow 362 labeled "INIT".
  • U max cf. FIG. 2
  • the switch-off voltage threshold cannot be used to calculate the voltage difference .DELTA.Uj st ur the above-described method U From U max is not available as a usable variable in an engine control unit known per se, in which this regulation is also carried out.
  • the compensation of the voltage demand drift is also given when using the cutoff voltage U Ab .
  • a release logic circuit implemented in a circuit unit 370 is provided, which monitors typical parameters for the release of the adaptation.
  • These parameters of the internal combustion engine and / or the injection valve are, for example, the temperature of the internal combustion engine and / or the rail pressure and / or the steady state of the voltage control and / or the state of the charging time control and / or the steady state of other subordinate control loops and / or the Aji number of injections and / or the activation duration and / or the injection sequence per work cycle, that is to say to a certain extent the injection pattern (pre-injection (s), main injection, post-injection (s)). Whether, for example, the voltage regulation is in a steady state is checked by comparing the quantity U so ⁇ ikorr and d U Rege ⁇ .
  • the test reveals that the actuator voltage regulation is not stationary, that is if U so ⁇ i k0rr V ⁇ n U Rege ⁇ deviates, the PI controller 331, 332,... 33n are switched off by the enabling logic circuit unit 370 and the correction values Sl, S2, ... S n remain unchanged, are frozen to a certain extent.
  • the corrector of the voltage command value at the switching points 341/342 is carried out further with the previously learned values Sl, S2, ... S n. Such a "freezing" of the correction values is possible because the injector drift takes place very slowly.
  • the method described above can initially only be carried out at one working point (rail pressure) and the correction values obtained can be used for all working points. To increase the accuracy, the method can also be carried out at several different working points (rail printing).
  • the comparison of an injector-specific correction value Si, S 2 ,... S ", which represents a measure of the deviation of the voltage requirement from the standard, with a predefinable threshold value can also be used for diagnostic purposes. In this way, diagnosis of the system actuator 2, coupler 4 and switching valve, formed by the valve closing member 12, is possible.

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Abstract

Ein Verfahren zur Bestimmung der Ansteuerspannung eines piezoelektrischen Aktors wenigstens eines Injektors (1), mit dem eine Flüssigkeitsmenge unter Hochdruck in einen Hohlraum, insbesondere in einen Brennraum einer Brannkraftmaschine, eingespirtzt wird, wobei die Ansteuerspannung in Abhängigkeit von dem Druck, mit dem die Flüssigkeitsmenge beaufschlagt ist, variiert wird ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Drift der für einen vorgegebenen Hub eines Schaltventils des Injektors benötigten Ansteuerspannung (Spannungsbedarf) injektorindividuell durch Regelung der Differenz zwischen Abschaltspannungsschwelle (Uab) und stationärer Endspannung (U regel) auf einen für einen Arbeitspunkt vorgegebenen Sollwert geregelt wird.

Description

Verfahren zur Bestimmung der Ansteuerspannung eines piezoelektrischen Aktors eines Einspritzventils
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Ansteuerspannung eines piezoelektrischen Aktors eines Einspritzventils nach der Gattung des Anspruchs 1.
Aus der DE 100 32 022 AI geht ein Verfahren zur Bestimmung der Ansteuerspannung für einen piezoelektrischen Aktor eines Einspritzventils hervor, bei dem vor dem nächsten Einspritzvorgang zunächst indirekt der Druck in einem hydraulischen Koppler gemessen wird. Der Druck wird dadurch gemessen, daß der piezoelektriscrie Aktor mechanisch mit dem hydraulischen Koppler gekoppelt ist, so daß der Druck eine entsprechende Spannung im Piezo-Aktor induziert. Diese induzierte Spannung wird vor dem nächsten Einspritzvorgang zur Korrektur der Ansteuerspannung u.a. für den Aktor verwendet. Eine zu geringe induzierte Spannung dient zur Erkennung eines Einspritzaussetzers. Das Einspritzventil wird vorzugsweise zur Kraftstoffeinspritzung für einen Benzin- oder Dieselmotor, insbesondere für Common-Rail-Systeme, verwendet. Der Druck in dem hydraulischen Koppler hängt dabei u.a. auch vom Raildruck ab, so daß die Ansteuerspannung in Abhängigkeit von dem Raildruck variiert wird. Der Spannungsbedarf eines piezoelektrischen Aktors hängt in erster Linie vom Druck im Ventilraum sowie von der Längenausdehnung des piezoelektrischen Aktors ab. Die zum ordnungsgemäßen Betrieb des Injektors an einem Arbeitspunkt notwendige Spannung ist der sogenannte Spannungsbedarf, das heißt der Zusammenhang zwischen Spannung und Hub bei einer bestimmten Kraft, die proportional zum Raildruck ist.
Die Ableitung des aktuellen Spannungsbedarfs eines Injektors aus der Spannungsdifferenz zwischen maximaler Aktorspannung und stationärer Endspannung geht aus der DE 103 15 815.4 hervor.
Problematisch ist nun, daß der Spannungsbedarf eines Injektors über die Lebensdauer des Injektors driftet. Diese Drift bewirkt, daß die arbeitspunktabhängig vorgegebene Aktorspannung keinen ordnungsgemäßen Betrieb des Injektors an einem vorgegebenen Betriebspunkt gewährleistet. Dies führt zu Fehlern in der Einspritzmenge, die wiederum negative Abgaswerte und negative Geräuschemissionen verursachen. Im ungünstigsten Fall kann es sogar zu einem Ausfall der Einspritzung und somit zum Ausfall des Injektors kommen, nämlich dann, wenn der Hub nicht mehr zum Öffnen einer Düsennadel ausreicht.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, diese Drift des Spannungsbedarfs zu kompensieren.
Vorteile der Erfindung
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Bestimmung der Ansteuerspannung eines piezoelektrischen Aktors eines Einspritzventils mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, die Drift des Spannungsbedarfs durch eine Anpassung des Spannungssollwertes auszugleichen und somit sicherzustellen, daß der geforderte, nominelle Aktorhub erreicht und der ordnungs- und wixnschgemäße Betrieb des Injektors über die gesamte Lebensdauer sichergestellt ist. Eine Adaption des Spannungsbedarfs hat zudem den Vorteil, daß nicht grundsätzlich mit einem sehr hohen Spannungsvorhalt angesteuert werden muß, wodurch sich erhebliche Vorteile in bezug auf die Leistungsaufnahme/Verlustleistung ergeben. Darüber hinaus kann die Adaption des Spannungsbedarfs auch zu Diagnosezwecken verwendet werden, um beispielsweise bei einer unzulässig hohen Drift des Spannungsbedarfs eine Fehlermeldung auszugeben. Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Verfahrens möglich.
Die Regelung der Drift des Spannungsbedarfs erfolgt vorteilhafterweise während eines Fahrzyklus eines die Brennkraftmaschine aufweisenden Fahrzeugs, wobei die während des Fahrzyklus ermittelten Korrekturwerte in einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert werden. Hierdurch wird insbesondere die Möglichkeit eröffnet, die in dem Speicher gespeicherten Korrekturwerte in einem späteren Fahrzyklus als Initialisierungswerte für eine weitere Kompensation der Drift des Spannungsbedarfs zu verwenden.
Um sicherzustellen, daß eine Anpassung nur bei einer tatsächlichen Drift des Spannungsbedarfs vorgenommen wird, das heißt nicht nachgeregelt wird, wenn nur temporäre, kleinere Abweichungen, die zum Beispiel durch Temperatureffekte hervorgerufen werden, vorliegen, ist vorzugsweise eine Freigabelogik vorgesehen, die eine Adaption der Drift des Spannungsbedarfs in Abhängigkeit von die Brennkraftmaschine und/oder das Einspritzventil charakterisierenden Parametern freigibt.
Diese Parameter sind beispielsweise die Temperatur der Brennkraftmaschine und/oder der Raildruck und/oder der stationäre Zustand der Spannungsregelung und/oder der Zustand der Ladezeitregelung und/oder der stationäre Zustand anderer unterlagerter Regelkreise und/oder die Anzahl der Einspritzungen und/oder die Ansteuerdaner und/oder die Einspritzsequenz pro Arbeitsspiel, das heißt gewissermaßen das Einspritzmuster (Vorein- spritzung(en), Haupteinspritzung, Nacheinspritzung(en)).
Besonders vorteilhaft erfolgt die Kompensation des Spannungsbedarfs bei verschiedenen Arbeitspunkten bezüglich des Raildrucks, wobei die Korrekturwerte in Korrekturkennfeldern abgelegt werden, die dann auch im nichtflüchtigen Speicher, beispielsweise einem E2-PROM gespeichert werden. Zeichnung
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung sowie der zeichnerischen Darstellung eines Ausfuhrungsbeispiels der Erfindung.
In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 den schematischen Aufbau eines aus dem Stand der Technik bekannten Einspritzventils;
Fig. 2 schematisch ein Schaubild der Aktorspannung über der Zeit während einer Ansteuerung und
Fig. 3 schematisch ein Blockschaltbild einer von dem erfindungsgemäßen Verfahren Gebrauch machenden Regeleinrichtung.
Beschreibung
Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung ein aus dem Stand der Technik bekanntes Einspritzventil 1 mit einer zentralen Bohrung. Im oberen Teil ist ein Stellkolben 3 mit einem piezoelektrischen Aktor 2 in die zentrale Bohrung eingebracht, wobei der Stellkolben 3 mit dem Aktor 2 fest verbunden ist. Der Stellkolben 3 schließt nach obenhin einen hydraulischen Koppler 4 ab, während nach unten eine Öffnung mit einem Verbindungskanal zu einem ersten Sitz 6 vorgesehen ist, in dem ein Kolben 5 mit einem Ventilschließglied 12 angeordnet ist. Das Ventilschließglied 12 ist als doppelt schließendes Steuerventil ausgebildet. Es verschließt den ersten Sitz 6, wenn der Aktor 2 in Ruhephase ist. Bei Betätigung des Aktors 2, das heißt beim Anlegen einer Ansteuerspannung Ua an den Klemmen +, -, betätigt der Aktor 2 den Stellkolben 3 und drückt über den hydraulischen Koppler 4 den Kolben 5 mit dem Verschließglied 12 in Richtung auf einen zweiten Sitz 7. Unterhalb des zweiten Sitzes ist in einem entsprechenden Kanal eine Düsennadel 1 1 angeordnet, die den Auslauf in einem Hochdruckkanal (Common-Rail-Druck) 13 schließt oder öffnet, je nachdem, welche Ansteuerspannung Ua anliegt. Der Hochdruck wird durch das einzuspritzende Medium, beispielsweise Kraftstoff für einen Verbrennungs- motor, über einen Zulauf 9 zugeführt, über eine Zulaufdrossel 8 und eine Ablaufdrossel 10 wird die Zuflußmenge des Mediums in Richtung auf die Düsennadel 11 und den hydraulischen Koppler 4 gesteuert. Der hydraulische Koppler 4 hat dabei die Aufgabe, einerseits den Hub des Kolbens 5 zu verstärken und andererseits das Steuerventil von der stati- sehen Temperaturdehnung des Aktors 2 zu entkoppeln. Die Wiederbefüllung des Kopplers 4 ist hier nicht dargestellt.
Nachfolgend wird die Funktionsweise dieses Einspritzventils näher erläutert. Bei jeder Ansteuerung des Aktors 2 wird der Stellkolben 3 in Richtung des hydraulischen Kopplers 4 bewegt. Dabei bewegt sich auch der Kolben 5 mit dem Verschließglied 12 in Richtung auf den zweiten Sitz 7 zu. Über Leckspalte wird dabei ein Teil des im hydraulischen Kopplers 4 befindlichen Mediums, beispielsweise der Kraftstoff, herausgedrückt. Zwischen zwei Einspritzungen muß daher der hydraulische Koppler 4 wiederbefüllt werden, um seine Funktionssicherheit zu erhalten.
Über den Zulaufkanal 9 herrscht ein hoher Druck, der beim Common-Rail-System beispielsweise zwischen 200 und 2000 bar betragen kann. Dieser Druck wirkt gegen die Düsennadel 11 und hält sie geschlossen, so daß kein Kraftstoff austreten kann. Wird nun infolge der Ansteuerspannung Ua der Aktor 2 betätigt und damit das Verschlußglied 12 in Richtung des zweiten Sitzes bewegt, baut sich der Druck im Hochdruckbereich ab und die Düsennadel 11 gibt den Einspritzkanal frei. Mit Pi ist der sogenannte Kopplerdruck bezeichnet, wie er im hydraulischen Koppler 4 gemessen wird. Im. Koppler 4 stellt sich ohne Ansteuerung Ua ein stationärer Druck Pi ein, der beispielsweise 1/10 des Drucks im Hochdruckteil ist. Nach dem Entladen des Aktors 2 ist der Kopplerdruck Pi näherungsweise 0 und wird durch Wiederbefüllung wieder angehoben.
Der Hub und die Kraft des Aktors 2 korrelieren nun mit der Spannung, mit der der Aktor 2 aufgeladen wird. Da die Kraft proportional zum Raildruck ist, muß die Spannung für einen geforderten Aktorhub zum sicheren Erreichen des Sitzes 7 raildruckabhängig angepaßt werden. Die zum ordnungsgemäßen Betrieb des Einspritzventils oder Injektors 1 an einem Arbeitspunkt notwendige Spannung ist der sogenannte Spannungsbedarf, das heißt der Zusammenhang zwischen Spannung und Hub bei einer bestimmten Kraft, die proportional zum Raildruck ist. Aus der DE 103 158 15.4 geht hervor, wie aus der Spannungs- differenz zwischen maximaler Aktorspannung und stationärer Endspannung der individuelle, aktuelle Spannungsbedarfs eines Injektors abgeleitet werden kann.
Dieser Spannungsbedarf driftet nun über die Lebensdauer des Injektors 1. Die Drift bewirkt, daß die arbeitspunktabhängige vorgegebene Aktorspannung nicht mehr einen ordnungsgemäßen Betrieb des Injektors 1 am spezifizierten Betriebspunkt gewährleistet, was zu Fehlern in der Einspritzmenge mit Konsequenzen auf Abgaswerte/Geräusch, bis hin zu einem Ausfall des Injektors, führt, wenn nämlich der Hub nicht mehr zum Öffnen der Düsennadel 11 ausreicht. Das nachfolgend beschriebene Verfahren ermöglicht es, diese Drift des Spannungsbedarfs injektorindividuell zu kompensieren.
Grundidee der Erfindung ist es, die Drift des Spannungsbedarfs durch eine Anpassung des Spannungssollwertes auszugleichen und somit sicherzustellen, daß der geforderte nominelle Aktorhub erreicht und der ordnungs- und wunschgemäße Betrieb des Injektors 1 über dessen gesamte Lebensdauer sichergestellt werden kann. Damit wird zum einen die Funktion des Aktors 2 sichergestellt, aber auch die vorbeschriebenen Fehler der Einspritzmenge vermieden.
Eine solche Adaption des Spannungsbedarfs vermeidet auch, grundsätzlich mit einem sehr hohen Spannungsvorhalt anzusteuern, was insbesondere in bezug auf die Leistungsaufnahme/Verlustleistung einer Steuereinrichtung vorteilhaft ist und ferner den Verschleiß des Aktors 2 reduziert, da der Aktor 2 nicht über eine gesamte Lebensdauer nicht mit einem großen Spannungsvorhalt betrieben werden muß, der zu einem zu hohen Kraftüberschuß im Ventilsitz führt.
Darüber hinaus kann durch Überwachung des Korrektureingriffs der Adaption auch eine Diagnose des gesamten Einspritzventils erfolgen, beispielsweise wenn eine unzulässig hohe Drift des Spannungsbedarfs festgestellt wird.
Die Adaption der Drift des Spannungsbedarfs basiert auf einer injektor individuellen Regelung der Spannungsdifferenz zwischen Abschaltspannungsschwelle UAb und gemessener, stationärer Endspannung URegei (vgl. Fig. 2) auf einen für einen Arbeitspunkt geforderten Sollwert ΔUson, der mit dem geforderten Aktorhub eines nicht gedrifteten, das heißt sich nominal verhaltenden Injektors korreliert. Diese Regelung greift korrigierend durch injektorindividuelle Anpassung der Aktorsollspannung ein, wie es nachfolgend in Verbindung mit Fig. 3 näher beschrieben wird.
In einer Recheneinheit 310 wird eine Aktorsollspannung Us0n berechnet. Während des Fahrzyklus wird fortwährend die Differenz ΔUiStder Abschaltspannung UAb und der Regelspannung URegei bestimmt. Diese Differenz ΔUjSt wird mit einer vorgegebenen Größe ΔUS0H verglichen, wobei in einem Verknüpfungspunkt 320 die Differenz der Größe ΔUsoπ und ΔUjSt bestimmt wird. Diese Differenz eAτj bildet die Eingangsgröße für einen beispielsweise PI-Regler, in dem jeweils für die einzelnen Zylinder unterschiedliche Regler 331, 332, 33n vorgesehen sind. In diesen Reglern werden jew ils zylinderindividuelle Korrektursignale Sl, S2, Sn bestimmt und ausgegeben, wobei n die Zahl der Zylinder bezeichnet.
Die Korrekturwerte werden entweder mit der in der Recheneinheit 310 bestimmten Sollspannung Uson multipliziert oder alternativ zu dieser addiert, was durch Verknüpfungspunkte 341, 342 angedeutet ist. Die so ermittelten korrigierten Werte Us^oπ- werden einer Aktorspannungsregeleinrichtung 350 zugeführt, welche die Abschaltspannungsschwelle UAb ermittelt. Diese Abschaltspannungsschwelle UAb wird nun zusammen mit der sich einstellenden stationären Endspannung URegeι wiederum zur Bestimmung der Differenz ΔUist herangezogen .
Die während eines Fahrzyklus gelernten Korrekturwerte Sl, S2, .... Sn werden vorzugsweise nach Beendigung des Fahrzyklus in einem nichtflüchtigen Speicher 360, beispielsweise in einem E2-PROM, gespeichert und vor Beginn des darauffolgenden Fahrzyklus als Initialisierungswerte für die weitere Adaption verwendet, wie es in Fig. 3 durch einen mit "INIT" bezeichneten Pfeil 362 schematisch dargestellt ist. Es ist an dieser Stelle zu bemerken, daß zur Berechnung der Spannungsdifferenz ΔUjst ur das vorbeschriebene Verfahren nicht die maximale Spannung Umax(vgl. Fig. 2) verwendet werden kann, wie es in der DE 103 158 15.4 beschrieben ist, sondern die Abschaltspannungschwelle UAb da Umax als verwendbare Größe in einem an sich bekannten Motorsteuergerät, in dem auch diese Regelung ausgeführt wird, nicht vorliegt. Die Kompensation des Spannungsbedarfs- Drifts ist aber auch bei Verwendung der Größe Abschaltspannung UAb gegeben. Um sicherzustellen, daß die Adaption nur bei einer tatsächlich vorhandenen Drift des Spannungsbedarfs vorgenommen wird, das heißt die Regler 331, 332, 33n nur in diesem Falle regeln und nicht etwa bei temporären kleineren Abweichungen, die beispielsweise durch Temperatureffekte, durch den dynamischen Betrieb usw. hervorgerufen werden, ist eine in einer Schaltungseinheit 370 implementierte Freigabelogik-Schaltung vorgesehen, welche typische Parameter für die Freigabe der Adaption überwacht. Diese Parameter der Brennkraftmaschine und/oder des Einspritzventils sind beispielsweise die Temperatur der Brennkraftmaschine und/oder der Raildruck und/oder der stationäre Zustand der Spannungsregelung und oder der Zustand der Ladezeitregelung und/oder der stationäre Zustand anderer unterlagerter Regelkreise und/oder die Ajizahl der Einspritzungen und/oder die Ansteuerdauer und/oder die Einspritzsequenz pro Arbeitsspiel, das heißt gewissermaßen das Einspritzmuster (Voreinspritzung(en), Haupteinspritzung, Nacheinspritzung(en)). Ob beispielsweise ein stationärer Zustand der Spannungsregelung vorliegt wird durch Vergleich der Größe Usoιikorr und URegeι überprüft. Nur wenn US0nk0ir und URegeι übereinstimmen werden von der Schaltungseinheit 370 die PI-Regler 331, 332 ... 33n freigeschaltet, so daß die vorbeschriebene Anpassung der Differenz ΔUjSt an ΔUsou stattfinden kann und dadurch die Drift des Spannungsbedarfs adaptiert werden kann.
Wenn die Prüfung dagegen ergibt, daß die Aktorspamrungsregelung nicht stationär ist, wenn also Usoιik0rrVθn URegeι abweicht, werden durch die Freigabelogik-Schaltungseinheit 370 die PI-Regler 331, 332, ... 33n abgeschaltet und die Korrekturwerte Sl, S2, ... Sn bleiben unverändert, werden gewissermaßen eingefroren. Die Korrektor des Spannungssollwerts an den Schaltpunkten 341/342 erfolgt weiterhin mit den bis dahin erlernten Werten Sl, S2, ... Sn. Ein solches "Einfrieren" der Korrekturwerte ist möglich, da die Injektordrift sehr langsam erfolgt.
Das vorbeschriebene Verfahren kann zunächst nur an einem Arbeitspunkt (Raildruck) vorgenommen werden und die gewonnenen Korrekturwerte für alle Arbeitspunkte verwendet werden. Zur Erhöhung der Genauigkeit kann das Verfahren auch an mehreren unterschiedlichen Arbeitspunkten (Raildrucken) durchgeführt werden. Darüber hinaus ist hervorzuheben, daß der Vergleich eines injektorindividuellen Korrekturwertes Si, S2, ...S„ der ein Maß für die Abweichung des Spannungsbedarfs von der Norm darstellt, mit einem vorgebbaren Sch vellwert, zusätzlich zu Diagnosezwecken verwendet werden kann. Auf diese Weise ist eine Diagnose des Systems Aktor 2, Koppler 4 und Schaltventil, gebildet durch das Ventilschließglied 12 möglich.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Bestimmung der Ansteuerspannung eines piezoelektrischen Aktors wenigstens eines Injektors, mit dem eine Flüssigkeitsmenge unter Hochdruck in einen Hohlraum, insbesondere in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, eingespritzt wird, wobei die Ansteuerspannung in Abhängigkeit von dem Druck, mit dem die Flüssigkeitsmenge beaufschlagt ist, variiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Drift der für einen vorgegebenen Hub eines Schaltventils des Injektors benötigten Ansteuerspannung (Spannungsbedarf) injektorindividuell durch Regelung der Differenz zwischen Abschaltspannungsschwelle und stationärer Endspannung auf einen für einen Arbeitspunkt vorgegebenen Sollwert geregelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung während eines Fahrzyklus eines die Brennkraftmaschine aufweisenden Fahrzeugs erfolgt und die während des Fahrzyklus ermittelten Korrekturwerte in einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in dem nichtflüchtigen Speicher gespeicherten Korrekturwerte in einem späteren Fahrzyklus als Initialisierungswert für eine Regelung in diesem Fahrzyklus verwendet werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Freigabe der Regelung in Abhängigkeit von die Brennkraftmaschine und/oder das Einspritzventil charakterisierenden Parametern erfolgt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Freigabe in Abhängigkeit von einem oder mehreren der folgenden Parameter erfolgt: Temperatur der Brennkraftmaschine, Raildruck, stationärer Zustand der Ladezeitregelung, stationärer Zustand der Spannungsregelung, Ansteuerdauer, Anzahl der Einspritzungen, Einspritzsequenz, Regelabweichung unterlagerter Regeleinrichtungen. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung bei verschiedenen Arbeitspunkten ermittelt wird und die Korrekturwerte in Korrekturkennfeldern abgelegt werden.
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