WO2005080776A1 - Verfahren und vorrichtung zum bestimmen der ladeflanken eines piezoelektrischen aktors - Google Patents

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WO2005080776A1
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WO
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voltage
actuator
threshold
charging
difference
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PCT/EP2005/050017
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Wolfgang Stoecklein
Holger Rapp
Kai Sutter
Andreas Rau
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Robert Bosch Gmbh
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    • 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
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    • F02D2041/202—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils characterised by the control of the circuit
    • F02D2041/2051—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils characterised by the control of the circuit using voltage control
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    • F02D41/22—Safety or indicating devices for abnormal conditions
    • F02D41/221—Safety or indicating devices for abnormal conditions relating to the failure of actuators or electrically driven elements

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for determining the loading flank of a piezoelectric actuator of at least one injector, with which a quantity of liquid is injected under high pressure into a cavity, in particular a combustion chamber of an internal combustion engine.
  • DE 10032022 A1 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 to correct the drive voltage for the actuator before the next injection process.
  • injectors are used for example in 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 necessary voltage is the so-called voltage requirement, that is, the relationship between voltage and stroke at a certain force, which is proportional to the rail pressure.
  • the derivation of the current voltage requirement of an injector from the voltage difference between the maximum actuator voltage and the stationary final voltage is known, for example, from DE 103 15 815.4.
  • the so-called switch-off voltage i.e. the voltage when the charging process is reached, is used as the manipulated variable for this.
  • the duration of the charging flank is additionally set to a predefined setpoint of typically 100 microseconds.
  • the invention is based on the object of adjusting the loading flank in each injector in such a way that the influence of parameter tolerances which influence the valve movement can be kept as low as possible and in particular can be reduced compared to methods known from the prior art.
  • This object is achieved by a method and a device for determining the charging flank of a piezoelectric actuator of the type described in the introduction in that the difference between a switch-off voltage threshold and a stationary final voltage is detected and regulated to a predefinable setpoint.
  • the basic idea of the invention is therefore to keep the difference between the switch-off voltage threshold, that is, the voltage at which the charging process is terminated, and the stationary final voltage, that is, the voltage of the actuator shortly before the discharge process begins, by a control circuit.
  • the difference between the switch-off voltage threshold and the voltage of the actuator shortly before the start of the discharge process is a measure of the change in length of the actuator after the end of the loading flank and is in turn a measure of the distance that the switching valve must travel after the end of the loading flank until it reaches its stroke stop. If this difference is adjusted to a constant value, the switching valves of all injectors are at a uniform distance from their respective stroke stops at the end of the loading flank.
  • the stroke movement of the switching valve is set independently of parameters such as actuator idling stroke, actuator stiffness, stiffness of the actuator-valve transmission chain, valve seat diameter, etc. for each injector, without these parameters being known have to. This also makes it possible to implicitly perform the injector voltage adjustment and the nominal voltage calibration.
  • the difference between the switch-off voltage threshold and the voltage of the actuator is regulated shortly before the start of the discharge process by varying the switch-off voltage threshold to the predefinable target value.
  • This embodiment is particularly suitable if the specification of the charging current cannot be quantized sufficiently finely or cannot be specified individually for the injector. It is also advantageous here that a variation of an already known variable and therefore not to be recorded additionally takes place.
  • the charging time is preferably additionally adjusted to its desired value by varying the charging current.
  • the duration of the charging process is therefore regulated by varying the current threshold to a setpoint. In this case, only the accuracy of the set charging time depends on how exactly the current threshold can be specified and whether this is possible for the individual injector and thus for the individual cylinder. drawing
  • FIG. 1 shows the schematic structure of an injection valve known from the prior art
  • FIG. 3 schematically shows a block diagram of a control device making use of the method according to the invention
  • FIG. 4 schematically shows a block diagram of a further 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, but it can also be designed as a single-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 U is applied.
  • High pressure is supplied by the medium to be injected, for example fuel for an internal combustion engine, via an inlet 9, via an inlet throttle 8 and an outlet throttle 10 the inflow quantity of the medium is controlled in the direction of the nozzle needle 11 and the hydraulic coupler 4.
  • 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 denotes the so-called coupler pressure as it is present in the hydraulic coupler 4.
  • a stationary pressure Pi is set in the coupler 4 without control U. 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 hubktorhub to safely reach the seat 7 must be adjusted depending on the rail pressure.
  • 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.
  • a voltage U R ⁇ I of the actuator 2 is measured shortly before the start of the discharge process and adjusted to a setpoint.
  • Abschaltwoodsschwelle U serves from schat t. that is, the voltage at which the charging process is terminated.
  • the duration of the charging edge is set to a target value ⁇ t of typically 100 microseconds. This setting is made either by control or by regulating a switching threshold I s for the charging current, which thus serves as a manipulated variable.
  • the charging current I is therefore varied in order to vary the charging time ⁇ t L.
  • the basic idea of the invention is now, instead of the voltage of the actuator 2 shortly before the start of the discharge process, to keep the difference between the switch-off voltage threshold Uabschatt and the voltage of the actuator 2 shortly before the start of the discharge process UR ege ⁇ constant by a control circuit and secondly the duration to keep the loading flank constant by a control or regulation.
  • the difference between the Abschalt didacticsschwelle U a b s ch a t t and the voltage of the actuator 2 just before the start of the Endladevorgangs UR e g e i represents a measure is that change in length of the actuator 2 is still executing after the end of the loading edge and is in turn a measure of which way the switching valve 12 travels after the end of the switch-off edge until it reaches its stroke stop. If this difference is adjusted to a constant value, the switching valves of all injectors are at a uniform distance from their stroke stop at the end of the loading flank. If the duration of the charging process is also kept constant, it is ensured that this uniform distance is reached at a defined point in time after the start of activation.
  • the difference between the cut-off voltage and the voltage of the actuator 2 is regulated shortly before the start of the discharge process by changing the manipulated variable I s , the duration of the charging flank being fixed by ending the charging process after the end a predeterminable time period ⁇ t.
  • a circuit unit 310 is provided for a pilot control for the manipulated variable Is, which is the rail pressure
  • a circuit unit 320 is also provided, which forms a controller for the difference between the switch-off voltage U absch h a t and the voltage of the actuator 2 shortly before the start of the discharge process URegei, which is supplied with a predefinable setpoint as an input variable.
  • the outputs of the circuit units 310 and 320 are added and fed to a control module 330, which in turn controls a piezo output stage 335, which supplies the actuator voltage U and the actuator current I of the actuator 2.
  • the piezo output stage 335 also supplies the switch-off voltage U a bschait and the voltage of the actuator 2 shortly before the start of the discharge process UReg e i, the difference of which is formed in a switching point 340. This difference is fed to the circuit unit 320.
  • the regulation is now carried out by varying the manipulated variable Is.If this manipulated variable of the current increases, the voltage to which the actuator 2 is charged increases, the remaining travel of the valve after the end of the charging process decreases and thus also the voltage difference to be regulated.
  • the voltage difference to be regulated between the shutdown voltage threshold U absc h a t t and the voltage of the actuator 2 is carried out shortly before the start of the discharge process UR egc ⁇ by varying the already known shutdown voltage threshold Uabschatt itself.
  • the variation of the switch-off voltage threshold Uabschatt requires a variation of the charging process.
  • the circuit unit shown in FIG. 4 has a controller for the charging time 410, to which a predefinable setpoint value can be supplied.
  • a circuit unit 420 is also provided for precontrolling the current threshold I s , which is supplied as an input variable to the rail pressure P RJJI , and a circuit unit 430, which switches off a regulator for the difference between the switch-off voltage threshold U and the voltage of the actuator 2 start of the discharge comprises U Rege ⁇ , further comprising a circuit unit 440 for pilot control of the Abschaltwoodsschwelle U OCCL ai t - In a formwork tung point 450 is added to the 430 output value and the output from the feedforward control for the turn-off voltage 440 value Uabschatt of the regulator and this Abschaltsciencesschwelle value of the U a clam i t a drive module 460 is supplied which drives the actuator 2 via a piezo output stage 465, that is, the actuator voltage U and the actuator current I provides.
  • the piezo output stage 465 also outputs a signal for the duration of the charging process, which is fed to the circuit unit 410, which forms the controller for the charging time.
  • the Abschaltwoodsschwelle U Abolition i t and the voltage of the actuator 2 just before start of the discharge U Rege ⁇ in a circuit point 470 are subtracted and this difference of the circuit unit 430, which the controller for - is furthermore - as already described in connection with FIG. 3 the difference between the cut-off voltage threshold and the voltage just before the start of the discharge process includes fed.
  • the duration of the charging process .DELTA.t L is now regulated to a predefinable target value by the circuit unit 410 by varying the current threshold Is. In this case, only the accuracy of the set charging time depends on how exactly the current threshold I s can be specified and whether this is possible for the individual injector and thus for the individual cylinder. This does not affect the accuracy of the control loop for the voltage difference.
  • control circuit for the difference U is OCCL t t - U Rege i only activated when a rule condition is satisfied, for example, are that it is checked whether the activation duration exceeds a threshold value or whether the injection quantity setpoint exceeds an injection quantity threshold value. If the controller is inactive, the manipulated variables are "frozen" as a function of the prevailing rail pressure. This will prevent the regulation of a few hundred microseconds after the end of the charging process. reacts to the persistent oscillations of the actuator 2, which are reflected in the voltage profile of the actuator.
  • This information can be read out via a diagnostic interface, for example when servicing the internal combustion engine, and this greatly simplifies troubleshooting.

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Abstract

Ein Verfahren zum Bestimmen der Ladeflanke eines piezoelektrischen Aktors (2) wenigstens eines Injektors, mit dem eine Flüssigkeitsmenge unter Hochdruck in einen Hohlraum, insbesondere in einen Brennraum einer Brennkratirnaschine eingespritzt wird, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz zwischen einer Abschaltspannungsschwelle (Uabschalt) und einer Spannung des Aktors (2) kurz vor Beginn des Entladevorgangs (URegel) auf einen vorgebbaren Sollwert geregelt wird.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen der Ladeflanken eines piezoelektrischen Aktors
Stand der Technik
Die Erfindimg betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen der Ladeflanke eines piezoelektrischen Aktors wenigstens eines Injektors, mit dem eine Flüssigkeitsmenge unter Hochdruck in einen Hohlraum, insbesondere einen Brennraum einer Brennkraftmaschine eingespritzt wird.
Aus der DE 10032022 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 piezoelektrische 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 Einpritzvorgang zur Korrektur der Ansteuerspannung für den Aktor verwendet. Derartige Injektoren werden beispielsweise in Common-Rail-Systemen verwendet. Der Druck in dem hydraulischen Koppler hängt dabei unter anderem auch von dem 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 ord- nungsgemäßen 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 Spannimgsbedarfs eines Injektors aus der Spannungsdifferenz zwischen maximaler Aktorspannung und stationärer Endspannung ist zum Beispiel aus der DE 103 15 815.4 bekannt.
Bekannt ist auch, zum Bestimmen der Ladeflanke die Spannung des Aktors kurz vor Beginn des Entladevorgangs zu messen und auf einen Sollwert einzuregeln. Als Stellgröße hierfür dient die sogenannte Abschaltspannung, das heißt die Spannung, bei deren Erreichen der Ladevorgang abgebrochen wird. Dabei wird zusätzlich die Dauer der Ladeflanke auf einen vorgegebenen Sollwert von üblicherweise 100 Mikrosekunden eingestellt.
Aus der nicht vorveröffentlichten DE 103 40 137.7 ist es ferner bekannt, den Sollwert für die Spannung des Aktors kurz vor Beginn des Entladevorgangs für jeden Injektor individuell an seinen Spannungsbedarf anzupassen.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die Ladeflanke bei jedem Injektor so einzustellen, daß der Einfluß von Parametertoleranzen, welche die Ventilbewegung beeinflussen, so gering wie möglich gehalten werden kann und insbesondere gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren reduziert werden kann.
Vorteile der Erfindung
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen der Ladeflanke eines piezoelektrischen Aktors der eingangs beschriebenen Art dadurch gelöst, daß die Differenz zwischen einer Abschaltspannungsschwelle und einer stationären Endspannung erfaßt und auf einen vorgebbaren Sollwert geregelt wird. Grundidee der Erfindung ist es demnach, die Differenz zwischen der Abschaltspannungsschwelle, das heißt der Spannung, bei deren Erreichen der Ladevorgang abgebrochen wird, und der stationären Endspannung, das heißt der Spannung des Aktors kurz vor Beginn des Entladevorgangs durch einen Regelkreis konstant zu halten. Die Differenz zwischen der Abschaltspannungsschwelle und der Spannung des Aktors kurz vor Beginn des Entladevorgangs stellt ein Maß für die Längenänderung des Aktors nach Ende der Ladeflanke dar und ist damit wiederum ein Maß für den Weg, den das Schaltventil nach Ende der Ladeflanke noch bis zum Erreichen seines Hubanschlags zurücklegen muß. Wird diese Differenz auf einen konstanten Wert eingeregelt, so weisen die Schaltventile aller Injektoren am Ende der Ladeflanke einen einheitlichen Abstand von ihrem jeweiligen Hubanschlag auf.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, die Differenz durch Variation des Ladestroms in einem vorgebbaren Intervall der Ladezeit auf einen vorgebbaren Sollwert zu regeln. Durch Konstanthalten der Dauer des Ladevorgangs ist sichergestellt, daß der einheitliche Abstand der Schaltventile von dem Hubanschlag jeweils zu einem definierten Zeitpunkt nach Ansteuerbegiim erreicht wird. Damit wird praktisch die Hubbewegung des Schaltventils unabhängig von Parametern wie Aktor-Leerlaufhub, Aktorsteifig- keit, Steifigkeit der Übertragungskette Aktor- Ventil, Sitzdurchmesser des Ventils usw. bei jedem Injektor auf einen gleichen Verlauf eingestellt, und zwar ohne, daß diese Parameter hierzu bekannt sein müssen. Hierdurch ist es auch möglich, den Iηjektor- Spannungsabgleich sowie die Nominal-Spannungskalibrierung implizit durchzuführen.
Bei einer wiederum anderen Ausführungsform ist vorgesehen, die Differenz zwischen der Abschaltspannungsschwelle und der Spannung des Aktors kurz vor Beginn des Entladevorgangs durch Variation der Abschaltspannungsschwelle auf den vorgebbaren Sollwert zu regeln. Diese Ausführungsform eignet sich insbesondere dann, wenn die Vorgabe des Ladestroms nicht ausreichend fein quantisiert oder nicht injektorindividuell vorgegeben werden kann. Vorteilhaft ist hierbei auch, daß eine Variation einer bereits bekannten und daher nicht zusätzlich zu erfassenden Größe erfolgt.
Bevorzugt wird dabei zusätzlich die Ladezeit durch Variation des Ladestroms auf ihren Sollwert eingeregelt. Die Dauer des Ladevorgangs wird demnach durch Variation der Stromschwelle auf einen Sollwert geregelt. In diesem Fall ist nur die Genauigkeit der eingestellten Ladedauer abhängig davon, wie genau die Stromschwelle vorgegeben werden kann, und ob dies Injektor-individuell und damit Zylinder-individuell möglich ist. Zeichnung
Weitere Vorteile und Merkmale sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung sowie der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen 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 sowie des Aktorstroms über der Zeit während einer Ansteuerung;
Fig.3 schematisch ein Blockschaltbild einer von dem erfindungsgemäßen Verfahren Gebrauch machenden Regeleinrichtung und
Fig.4 schematisch ein Blockschaltbild einer weiteren, 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 in diesem Ausführungsbeispiel als doppelt schließendes Steuerventil ausgebildet, es kann aber auch als einfach schließendes Steuerventil ausgebildet sein. Es verschließt den ersten Sitz 6, wenn der Aktor 2 in Ruhephase ist. Bei Betätigung des Aktors 2, das heißt beim Anlegen einer Ansteuerspannung U 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 Richtimg auf einen zweiten Sitz 7. Unterhalb des zweiten Sitzes ist in einem entsprechenden Kanal eine Düsennadel 11 angeordnet, die den Auslauf in einem Hochdruckkanal (Common-Rail- Druck) 13 schließt oder öffnet, je nachdem, welche Ansteuerspannung U anliegt. Der 80776 *
Hochdruck wird durch das einzuspritzende Medium, beispielsweise Kraftstoff für einen Verbrennungsmotor, 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 statischen Temperaturdehnimg des Aktors 2 zu entkoppeln. Die Wiederbefül- lung 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 Zulauf kanal 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 U 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 vorliegt. Im Koppler 4 stellt sich ohne Ansteuerung U ein stationärer Druck Pi ein. 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 Λktorhub 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.
In Fig. 2 sind schematisch die Aktorspannung sowie der Aktorstrom über der Zeit aufgetragen.
Bei aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren für die Bestimmung der Ladeflanke wird eine Spannung UR^I des Aktors 2 kurz vor Beginn des Entladevorgangs gemessen und auf einen Sollwert eingeregelt. Als Stellgröße hierfür dient die sogenannte Abschaltspannungsschwelle Uabschatt. das heißt die Spannung, bei deren Erreichen der Ladevorgang abgebrochen wird. Zusätzlich wird die Dauer der Ladeflanke auf einen Sollwert Δt von üblicherweise 100 Mikrosekunden eingestellt. Diese Einstellung erfolgt entweder durch Steuerung oder durch Regelung einer Schaltschwelle Is für den Ladestrom, die somit als Stellgröße dient. Zur Variation der Ladezeit ΔtL wird also der Ladestrom I variiert.
Die Grundidee der Erfindung ist es nun, anstelle der Spannung des Aktors 2 kurz vor Beginn des Entladevorgangs, die Differenz zwischen der Abschaltspannungsschwelle Uabschatt und der Spannung des Aktors 2 kurz vor Beginn des Entladevorgangs URegeι durch einen Regelkreis konstant zu halten und zweitens die Dauer der Ladeflanke durch eine Steuerung oder eine Regelung konstant zu halten. Die Differenz zwischen der Abschaltspannungsschwelle Uabschatt und der Spannung des Aktors 2 kurz vor Beginn des Endladevorgangs URegei stellt ein Maß dafür dar, welche Längenänderung der Aktor 2 nach Ende der Ladeflanke noch ausführt und ist damit wiederum ein Maß dafür, welchen Weg das Schaltventil 12 nach Ende der Abschaltflanke noch bis zum Erreichen seines Hubanschlags zurücklegt. Wird diese Differenz auf einen konstanten Wert eingeregelt, so weisen die Schaltventile aller Injektoren am Ende der Ladeflanke einen einheitlichen Abstand von ihrem Hubanschlag auf. Wenn zudem auch die Dauer des Ladevorgangs konstant gehalten wird, ist sichergestellt, daß dieser einheitliche Abstand jeweils zu einem definierten Zeitpunkt nach Ansteuerbeginn erreicht wird. Damit wird die Hubbewegung des Schaltventils 12 praktisch unabhängig von Parametern wie Aktor-Leerlaufhub, Ak- torsteifigkeit, Steifigkeit der Übertragungskette Aktor- Ventil, Sitzdurchmesser des Ventils usw.. Oder es können anders ausgedrückt die Schaltventilbewegungen unterschiedli- eher Injektoren auf jeweils einen gleichen Verlauf eingestellt werden, und zwar ohne daß diese Parameter bekannt sein müssen.
Ein einer ersten Ausfuhrungsform, dargestellt in Fig. 3, wird die Differenz zwischen der Abschaltspannung und der Spannung des Aktors 2 kurz vor Beginn des Entladevorgangs durch Änderung der Stellgröße Is geregelt, wobei die Dauer der Ladeflanke fest eingestellt wird durch Beenden des Ladevorgangs nach Ablauf einer vorgebbaren Zeitdauer Δt . Hierzu ist eine Schaltungseinheit 310 für eine Vorsteuerung für die Stellgröße Is vorgesehen, der der Raildruck
Figure imgf000009_0001
als Eingangsgröße zugeführt wird Ferner ist eine Schaltungseinheit 320 vorgesehen, welche einen Regler für die Differenz der Abschaltspannung Uabschatt und der Spannung des Aktors 2 kurz vor Beginn des Entladevorgangs URegei bildet, der ein vorgebbarer Sollwert als Eingangsgröße zugeführt wird. Die Ausgänge der Schaltungseinheiten 310 und 320 werden addiert und einem Ansteuerbaustein 330 zugeführt, der wiederum eine Piezoendstufe 335 ansteuert, die die Aktorspannung U und den Aktorstrom I des Aktors 2 liefert. Die Piezoendstufe 335 liefert darüber hinaus die Abschaltspannung Uabschait und die Spannung des Aktors 2 kurz vor Beginn des Entladevorgangs URegei, deren Differenz in einem Schaltpunkt 340 gebildet wird. Diese Differenz wird der Schaltungseinheit 320 zugeführt. Die Regelung erfolgt nun durch Variation der Stellgröße Is. Steigt diese Stellgröße des Stromes, so steigt die Spannung, auf die der Aktor 2 geladen wird, der verbleibende Weg des Ventils nach Ende des Ladevorgangs sinkt und damit auch die einzuregelnde Spannungsdifferenz. Da in diesem Falle die Abschaltspannung Uabschait nicht von außen vorgegeben wird, sondern sich aufgrund des Ladestroms Is und der Ladezeit ΔtL einstellt, muß die Spannung zum Endzeitpunkt des Ladevorgangs gemessen werden und es muß dann dieser Meßwert als Abschaltspannungsschwelle verwendet werden. Femer ist Voraussetzung, daß die Regelung der Stellgröße Is ausreichend fein quantisiert und injektorindividuell und damit zylinderindividuell vorgegeben werden kann.
Bei einer anderen Ausführungsform, dargestellt in Fig.4, wird die einzuregelnde Spannungsdifferenz zwischen der Abschaltspannungsschwelle Uabschatt und der Spannung des Aktors 2 kurz vor Beginn des Entladevorgangs URegcι durch Variation der bereits bekannten Abschaltspannungsschwelle Uabschatt selbst vorgenommen. Die Variation der Abschaltspannungsschwelle Uabschatt erfordert eine Variation des Ladevorgangs. Aus diesem Grün- de weist die in Fig. 4 dargestellte Schaltungseinheit einen Regler für die Ladezeit 410 auf, der ein vorgebbarer Sollwert zuführbar ist. Dabei ist auch bei dieser Vorrichtung eine Schaltungseinheit 420 zur Vorsteuerung der Stromschwelle Is vorgesehen, die als Eingangsgröße dem Raildruck PRJJI zugeführt wird sowie eine Schaltungseinheit 430, welche einen Regler für die Differenz der Abschaltspannungsschwelle Uabschait und der Spannung des Aktors 2 kurz vor Beginn des Entladevorgangs URegeι umfaßt, ferner eine Schaltungseinheit 440 zur Vorsteuerung der Abschaltspannungsschwelle Uabschait- In einem Schal- tungspunkt 450 wird der von dem Regler 430 ausgegebene Wert und der von der Vorsteuerung für die Abschaltspannung 440 ausgegebene Wert Uabschatt addiert und dieser Wert der Abschaltspannungsschwelle Ua schait einem Ansteuerbaustein 460 zugeführt, der über eine Piezoendstufe 465 den Aktor 2 ansteuert, das heißt die Aktorspannung U und den Aktorstrom I zur Verfügung stellt. Die Piezoendstufe 465 gibt femer ein Signal für die Dauer des Ladevorgangs aus, welches der Schaltungseinheit 410, die den Regler für die Ladezeit bildet, zugeführt wird. Femer wird - wie bereits in Verbindung mit Fig. 3 beschrieben - die Abschaltspannungsschwelle Uabschait sowie die Spannung des Aktors 2 kurz vor Beginn des Entladevorgangs URegeι in einem Schaltungspunkt 470 voneinander subtrahiert und diese Differenz der Schaltungseinheit 430, welche den Regler für die Differenz der Abschaltspannungsschwelle und der Spannung kurz vor Beginn des Entladevorgangs
Figure imgf000010_0001
umfaßt, zugeführt. Die Dauer des Ladevorgangs ΔtL wird nun auf einen vorgebbaren Sollwert durch die Schaltungseinheit 410 durch Variation der Stromschwelle Is geregelt. In diesem Falle ist nur die Genauigkeit der eingestellten Ladedauer abhängig davon, wie genau die Stromschwelle Is vorgegeben werden kann, und ob dies injektorindividuell und damit zylinderindividuell möglich ist. Die Genauigkeit des Regelkreises für die Spannunsdifferenz wird hierdurch jedoch nicht beeinträchtigt.
In einer Weiterbildung dieser in Fig. 3 und Fig. 4 dargestellten Ausfuhrungsformen, wird der Regelkreis für die Differenz Uabsch tt - URegei nur dann aktiv geschaltet, wenn eine Regelbedingung erfüllt ist, die beispielsweise darin bestehen, daß geprüft wird, ob die Ansteuerdauer einen Schwellwert überschreitet oder ob der Einspritzmengensollwert einen Einspritzmengenschwellwert überschreitet. Bei inaktivem Regler werden die Stellgrößen als Funktion des jeweils vorherrschenden Raildrucks "eingefroren". Dadurch wird vermieden, daß die Regelung auf nach Ende des Ladevorgangs einige hunderte Mikrosekun- den andauernde Nachschwingungen des Aktors 2 reagiert, welche sich im Spannungsverlauf des Aktors widerspiegeln.
Femer kann vorgesehen sein, für die jeweilige Stellgröße zur Einstellung der Differenz Uabschatt - URegeι eine raildruckabhängige Diagnoseschwelle einzuführen, bei deren Erreichen der zugehörige Injektor als defekt erkannt wird. Diese Information kann über eine Diagnoseschnittstelle, beispielsweise bei einer Wartung der Brennkraftmaschine ausgelesen und hierdurch die Fehlersuche stark vereinfacht werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Bestimmen der Ladeflanke eines piezoelektrischen Aktors (2) wenigstens eines Injektors, mit dem eine Flüssigkeitsmenge unter Hochdruck in einen Hohlraum, insbesondere in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine eingespritzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz zwischen einer Abschaltspannungsschwelle (Ua schatt) und einer Spannung des Aktors (2) kurz vor Beginn des Entladevorgangs (U egei) auf einen vorgebbaren Sollwert geregelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung der Differenz zwischen der Abschaltspannungsschwelle (Uabsc_ait) und der Spannung des Aktors (2) kurz vor Beginn des Entladevorgangs (UReget) auf den vorgebbaren Sollwert durch Variation einer Ladestromschwelle (Is) in einem vorgebbaren Intervall der Ladezeit (ΔtL) erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz zwischen der Abschaltspannungsschwelle (Uabschait) und der Spannung des Aktors (2) kurz vor Beginn des Entladevorgangs (URegeι) auf den vorgebbaren Sollwert durch Variation der Abschaltspannungsschwelle (Uabschait) erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladezeit (Δ^) durch Variation der Ladestromschwelle (Is) variiert oder auf einen Sollwert eingeregelt wird.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladestromschwelle (Is) und/oder die Ladezeit (ΔtL) und/oder die Abschaltspannungsschwelle (Uabschait) mit vorgebbaren Diagnoseschwellenwerten verglichen werden, bei deren Erreichen der Injektor als defekt erkannt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Regelung für die Differenz zwischen der Abschaltspannung und der Spannung kurz vor Beginn des Entladevorgangs nur dann erfolgt, wenn eine Regelbedingung erfüllt ist und daß dann, wenn die Regelbedingung nicht erf llt ist, als Stellgrößen der Regelkreise jeweils der Wert der Stellgröße verwendet wird, der gültig war, als die Brennkraftmaschine zuletzt im aktuellen Raildruckbereich mit erfüllter Regelbedingung betrieben wurde.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Regelbedingung das Ergebnis eines Vergleichs der Ansteuerdauer mit einem Ansteuerdauerschwellwert überschreitet.
8. Verfahren nach Anspmch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelbedingung erfüllt ist, wenn die Ansteuerdauer größer ist als der Ansteuerdauerschwellwert.
9. Verfahren nach Anspmch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Regelbedingung das Ergebnis eines Vergleichs des Einspritzmengensollwerts mit einem Einspritzmengen- schwellwert verwendet wird.
10. Verfahren nach Anspmch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelbedingung erfüllt ist, wenn der Einspritzmengensollwert größer ist als der Einspritzmengenschwellwert.
11. Vorrichtung zum Bestimmen der Ladeflanke eines piezoelektrischen Aktors (2) wenigstens eines Injektors, mit dem eine Flüssigkeitsmenge unter Hochdruck in einen Hohlraum, insbesondere in einen Brennraum einer Brennkraf maschine einspritzbar ist, gekennzeichnet durch eine Schaltungseinheit zur Regelung der Differenz zwischen einer Abschaltspannungsschwelle (Uabschai) und einer Spannung des Aktors (2) kurz vor Beginn des Entladevorgangs auf einen vorgebbaren Sollwert.
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