WO2005119038A1 - Method and device for controlling an injection valve - Google Patents

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WO2005119038A1
WO2005119038A1 PCT/EP2005/051733 EP2005051733W WO2005119038A1 WO 2005119038 A1 WO2005119038 A1 WO 2005119038A1 EP 2005051733 W EP2005051733 W EP 2005051733W WO 2005119038 A1 WO2005119038 A1 WO 2005119038A1
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WO
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signal
nozzle needle
actuator
pressure
closed position
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PCT/EP2005/051733
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German (de)
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Inventor
Hellmut Freudenberg
Christian Hauser
Gonzalo Medina-Sanchez
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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Filing date
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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
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M47/00—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure
    • F02M47/02—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure of accumulator-injector type, i.e. having fuel pressure of accumulator tending to open, and fuel pressure in other chamber tending to close, injection valves and having means for periodically releasing that closing pressure
    • F02M47/027—Electrically actuated valves draining the chamber to release the closing pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
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    • F02D41/20—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils
    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F02D41/20—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils
    • F02D2041/202—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils characterised by the control of the circuit
    • F02D2041/2055—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils characterised by the control of the circuit with means for determining actual opening or closing time

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for controlling an injection valve, in particular an injection valve for metering fuel into an internal combustion engine.
  • a particularly good mixture preparation can be achieved if one or more pre-injections take place before a main injection, which are also referred to as pilot injections, with given for the individual pre-injection if a very low fuel mass is to be metered. Precise control of the injection valve is very important, especially in the cases.
  • DE 199 30 309 C2 discloses a method and a device for controlling an injection valve with a piezo actuator and with a control chamber, the pressure of which acts on a movable nozzle body with a nozzle needle for opening and closing injection holes. Furthermore, a control valve is connected to the control chamber, which is actuated by the piezo actuator. After charging the piezo actuator, the voltage drop across it is recorded. A needle opening time is determined depending on the times at which the voltage drop assumes a predetermined first value or a predetermined second value.
  • the injection valve has an actuator which is operatively connected to an actuator with which the pressure in a control room can be influenced.
  • a nozzle needle is provided which is operatively connected to the pressure in the control room. Depending on the pressure in the control chamber, the nozzle needle can be moved into different positions in which different injection states of the injection valve can be set.
  • the actuator is designed as a piezoelectric actuator. The voltage drop across the piezoelectric actuator is detected as a detection signal when a change in the voltage occurs. The detection signal then serves as information for determining an injection timing.
  • WO 01/63121 discloses a method for detecting injection events of an injection valve with a piezoelectric actuator.
  • the injection valve comprises an injector body with a control chamber, with which a control valve is assigned which controls the fuel pressure in the control chamber.
  • the piezoelectric actuator acts on the control valve.
  • a voltage is applied to the piezoelectric actuator such that the resulting stroke of the piezoelectric actuator actuates the control valve.
  • Axial movement of a nozzle needle away from a valve seat is recognized as a function of an increase in the voltage drop across the piezoelectric actuator.
  • An end to the movement of the nozzle needle is recognized by an abrupt drop in the voltage on the piezoelectric actuator.
  • the object of the invention is to provide a method and a device which enables precise control of an injection valve.
  • the invention is characterized by a method and a corresponding device for controlling an injection valve with an actuator, with a control chamber, the pressure of which can be influenced as a function of the actuator, and with a nozzle needle, the position of which can be set as a function of the pressure in the control chamber.
  • An actuating signal for the actuator which is predefined as a function of operating parameters, is adapted as a function of a time profile of a signal that characterizes the pressure in the control chamber, namely as a function of at least two characteristic signal score the signal after controlling the nozzle needle (24) from its closed position and before subsequently controlling the nozzle needle (24) back to its closed position, which are turning points and / or extremes.
  • the invention makes use of the knowledge that turning points and extremes of the signal correlate very well with the time at which the nozzle needle is moved out of its closed position and the speed at which this takes place. They therefore correlate very well with the start of an injection and an amount of the measured fluid mass.
  • the invention is based on the knowledge that using the at least two characteristic signal points has the effect that measurement errors and errors which can occur when determining the characteristic signal points have a significantly smaller effect on the quality of a determined point in time when the nozzle needle moved out of it Closing position and the speed at which this occurs.
  • the actuating signal is determined as a function of a last and at least one previous characteristic signal point of the signal after controlling the nozzle needle (24) from its closed position and before subsequently controlling the nozzle needle (24) back to its closed position. This is based on the knowledge that the sensitivity to changes in the time at which the nozzle needle is moved out of its closed position and the speed at which this occurs at the last characteristic signal point on greatest is. In this way, the injection valve can be controlled very precisely.
  • the actuating signal depends on the last and at least one penultimate characteristic signal point of the signal after controlling the nozzle needle (24) from its closed position and before subsequently controlling the nozzle needle (24) back to its closed position becomes. In this way, the injection valve can be controlled particularly precisely.
  • control signal is adapted depending on the sum of the signal points. This is particularly easy.
  • control signal is adapted depending on a product of the signal points. It has been shown that adapting in this way is very robust even when measurement errors or errors occur when evaluating the signal, and at the same time a very high sensitivity to a deviation from the actually desired behavior is ensured. So it can the injection valve can be controlled very precisely.
  • the actuator is a piezo drive and the control signal is a voltage signal so that very short response times of the piezo drive can be guaranteed.
  • the signal characterizing the pressure in the control chamber is the voltage signal of the piezo drive.
  • the piezo actuator can also be used simultaneously as a pressure sensor.
  • one of the characteristic signal points is a break point after the start of the control of the nozzle needle from its closed position and before the first maximum of the signal is reached.
  • the beginning of the control of the nozzle needle from its closed position preferably corresponds to the start of an electrical control of the actuator in the sense that this causes the nozzle needle to be moved out of its closed position.
  • the activation time period results from the time period between the start of the control of the nozzle needle from its closed position to the start of the control of the nozzle needle back to its closed position.
  • the beginning of the control of the nozzle needle back into its closed position preferably corresponds to the start of an electrical control of the actuator in the sense that this causes the nozzle needle to move back into it Closing position takes place.
  • the break point is characterized by a high sensitivity.
  • FIG. 1 shows an injection valve with a control device
  • FIG. 2 is a flowchart of a program that is processed in the control device
  • FIG. 3 shows a time profile of a voltage signal of a piezo actuator of the injection valve according to FIG. 1.
  • An injection valve (FIG. 1) has an injector housing 1 with a recess into which a piezo actuator 4 is inserted, which is coupled to a transformer 6.
  • the transmitter 6 is arranged in a leakage space 8.
  • a switching valve 10, which is preferably designed as a servo valve, is arranged in such a way that, depending on its switching position, it controls a leakage fluid, which in this embodiment is preferably the fuel.
  • the switching valve is coupled to the piezo actuator 4 via the transformer 6 and is driven by it, that is to say the switching position of the switching valve 10 is set by means of the piezo actuator 4.
  • the switching valve 10 is arranged in a valve plate 12.
  • the injection valve further comprises a needle guide body 14 and a nozzle body 16.
  • the valve plate 12, the needle Guide body 14 and the nozzle body 16 form a nozzle assembly which is fastened to the injector housing 1 by means of a nozzle clamping nut 18.
  • the needle guide body 14 has a recess which is continued as a recess of the nozzle body 16 in the nozzle body 16 and in which a nozzle needle 24 is arranged.
  • the nozzle needle 24 is guided in the needle guide body 14.
  • a nozzle spring 26 biases the nozzle needle 24 into a closed position in which it prevents fuel flow through an injection nozzle 28.
  • a control chamber 30 is formed, which is hydraulically coupled to a high-pressure bore 32 via an inlet throttle. If the switching valve 10 is in its closed position, the control chamber 30 is hydraulically decoupled from the leakage chamber 8. This has the consequence that after the switching valve 10 is closed, the pressure in the control chamber 30 essentially adjusts to the pressure in the high-pressure bore 32.
  • the high-pressure bore 32 is hydraulically coupled to a high-pressure fuel reservoir and is thus supplied with fuel under a pressure of, for example, up to 2000 bar.
  • a pressure in the closing direction of the nozzle needle 24 is exerted on an end face of the nozzle needle 24 via the control chamber 30 due to the fluid pressure in the control chamber 30.
  • the nozzle needle 24 furthermore has a shoulder axially spaced apart from its end face, which is acted upon by fluid that flows through the high-pressure bore 32 in such a way that an opening force acts on the nozzle needle 24.
  • the nozzle needle 24 In your If the nozzle needle 24 is in the closed position, it prevents fuel flow through the injection nozzle 28. If the nozzle needle 24 moves from its closed position into the control chamber 30, it releases the fuel flow through the injection nozzle 28, in particular in its open position, in which it is in contact with the Area of the wall of the control chamber 30, which is formed by the valve plate 12.
  • Whether the nozzle needle 24 is in its open position or in its closed position depends on whether the force which is caused on the shoulder of the nozzle needle 24 by the pressure of the fluid there is greater or less than the force which is caused by the nozzle spring 26 and the pressure acting on the end face of the nozzle needle 24.
  • the switching valve 10 If the switching valve 10 is in its open position, fluid flows from the control chamber 30 through the switching valve 10 into the leakage chamber 8. With a suitable dimensioning of the inlet throttle, the pressure in the control chamber 30 then drops, which ultimately leads to a movement of the nozzle needle into its open position leads.
  • the pressure of the fluid in the leakage space 8 is significantly lower than the pressure of the fluid in the high pressure bore.
  • a control device 40 is assigned to the injection valve.
  • the control device 40 is designed to generate an actuating signal for the actuating drive of the injection valve, which in the present exemplary embodiment is the piezo actuator 4.
  • the control signal is preferably a current signal IS, which is preferably pulse-height modulated.
  • a predetermined number of pulses is preferably se, for example 20, with a predetermined time duration and period until the charging process is completed.
  • the electrical energy to be supplied to the piezo actuator during the charging process is set via the level of the respective pulse.
  • the energy to be supplied to the piezo actuator 4 during a charging process is determined as a function of operating parameters.
  • the energy supplied to the actuator influences its axial stroke and thus also the course of the pressure in the control chamber 30.
  • control device 40 is designed to detect a signal that characterizes the pressure in the control chamber 30.
  • the signal is a voltage signal US that characterizes the voltage drop across the piezo actuator 4.
  • the control device 40 preferably further comprises at least one driver which is assigned to the injection valve and which ensures a low-resistance supply of the current signal IS during the charging process LAV and a discharging process ELV and which is otherwise high-impedance.
  • a program for adapting the current signal IS is explained in more detail below with reference to the flow diagram in FIG. 2.
  • the program is stored in the control device 40 and is processed in the control device 40 during the operation of the injection valve.
  • the program is started in a step S1.
  • step S2 it is checked whether a charging process LAV has been started. If this is not the case, the program remains in step S4 for a predeterminable waiting time period T_W or, if appropriate, in the case of an internal combustion engine for a period of a predetermined crankshaft angle. The condition of step S2 is then checked again.
  • step S2 If, on the other hand, the condition of step S2 is met, the voltage signal US is recorded in step S6 and temporarily stored, including associated time information.
  • step S8 it is then checked whether an unloading process ELV has been started. If this is not the case, the processing is continued again in step S6 and the voltage signal US is further detected and temporarily stored. If, on the other hand, the condition of step S8 is met, the processing is continued in a step S10.
  • the loading process LAV causes the piezo actuator 4 to be lengthened in the axial direction and thus controls the nozzle needle 24 from its closed position.
  • the unloading process ELV shortens the axial length of the piezo actuator 4 and thus moves the nozzle needle 24 into its closed position.
  • the time period between the start of the charging process LAV and the start of the subsequent discharging process ELV of the piezo actuator 4 is referred to as the control time period of the piezo actuator 4.
  • the activation period essentially determines the metered amount of fluid.
  • the electrical energy supplied to the piezo actuator 4 during the charging process decisively determines the speed at which the nozzle needle 24 moves from its closed position to its open position.
  • steps S10 to S22 characteristic signal points of the voltage signal US are determined, the turning points, extremes or a break point before a first maximum Pl Voltage signals are US. Furthermore, in steps S10 to S22, the corresponding characteristic signal points of the voltage signal US are also assigned the corresponding points in time at which they occurred.
  • a time t_ ⁇ indicates a time of the start of a charging process LAV.
  • extremum, maximum and minimum are understood to mean relative extremes, maxima or minima and not necessarily absolute extremes, maxima or minima.
  • t ⁇ marks the time at which the discharge process ELV is started. All times are preferably related to the point in time at which the charging process LAV has ended.
  • step S10 an inflection point SHS is determined, which is located between the point in time ti of the start of the charging process LAV and the point in time at which the charging process LAV has ended.
  • a time t SH s of the break point SHS is assigned to the break point SHS.
  • the break point SHS is characteristic of the beginning of the movement of the switching valve 10 from its closed position. He therefore also characterizes one Time of a start of the movement of the nozzle needle 24 from its closed position.
  • the break point SHS is preferably determined by evaluating the first time derivative of the voltage signal US.
  • the first maximum P1 of the voltage signal US is determined and the time of the first maximum which is to be assigned to the first maximum P1 and which is generally the predetermined time t0 at which the charging process LAV is ended.
  • a first turning point B is determined and the time t B assigned to it.
  • step S16 a first minimum V of the voltage signal US is determined and the time t v assigned to it.
  • step S18 a second turning point G 1 of the voltage signal US is determined and a corresponding time t ⁇ i of the second turning point is assigned.
  • step S20 a second maximum P2 of the voltage signal U2 is determined and a time tp 2 of the second maximum of the voltage signal US is assigned.
  • a third turning point G2 of the voltage signal US is determined and the corresponding time t G3 is assigned to it.
  • the nu meration of the maxima, the minima and the turning points is in each case based on the first maximum Pl.
  • the time t 2 of the start of the discharge process is relative to the time to when the charging process LAV is ended, only one can Subset of the signal points described in steps S10 to S22 are determined. If the time t 2 of the start of the discharge process LAV is, for example, between the times t v and t G ⁇ of the first minimum V and the second turning point Gl, only the characteristic signal points of steps S10, S12, S14 and S16 can be determined and the corresponding times can be assigned to them.
  • step S24 which was the last characteristic signal point that could be determined on the basis of the actuation period of the piezo actuator 4.
  • the processing is then continued in a step S26 or S28 or S30 or S32 or S34. If the last characteristic signal point is the third turning point G2, the processing is continued in step S26. If the last characteristic signal point is the second maximum P2, the processing is continued in step S28. If the last characteristic signal point is the second turning point Gl, the processing is continued in a step S30. If the last characteristic signal point is the first minimum V, processing continues in step S32. If the last signal characteristic point of the first turning point B, so 'processing is continued in step S34.
  • a quality value GW is dependent on at least two of the times determined.
  • the characteristic signal points differ depending on the electrical energy actually supplied to the piezo actuator during the charging process LAV with an increasing time interval from the time t 0 at which the charging process LAV ends is more and more. They are then also with increasing time interval from the time to the charging process LAV has ended, is increasingly more suitable for correcting the current signal IS in such a way that the nozzle needle actually moves at the desired times and at the desired speed.
  • the quality value GW is thus determined in accordance with the available times depending on at least two times assigned to the corresponding characteristic signal points. It is particularly advantageous to determine the quality value at least as a function of the last or also the penultimate characteristic available signal point and thus to determine the quality value GW with the highest possible quality.
  • the quality value GW can be determined from any combination depending on at least two characteristic signal points.
  • the break point SHS also has a very high sensitivity and is therefore very well suited for determining the quality value GW.
  • the quality value GW can be determined by summing the corresponding points in time, which is very simple. Alternatively, however, it can also be determined by forming the product of the respective times. This results in a particularly high level of robustness against measurement errors when detecting the voltage signal US and evaluation errors of the voltage signal US, in particular when determining the respective characteristic signal points.
  • an electrical energy that is actually supplied to the piezo actuator 4 can simply be assigned, which forms the basis for a precise determination of a correction value KOR in a subsequent step S36.
  • the correction value KOR is then dependent in step S36 determined from the quality value GW.
  • This can be done by any assignment that has been appropriately determined. For example, this can be done by means of a map and corresponding map interpolation. It can also be carried out by means of any analytical function or also by means of a corresponding regulation which, for example, evaluates the deviation of the quality value GW from a predetermined value in a proportional, integral or differential manner.
  • a step S38 the current signal IS is then adjusted depending on the correction value KOR.
  • the signal characteristic of the course of the pressure in the control chamber can also be a signal deviating from the voltage signal US, such as a signal stored in the piezo actuator 4 Energy characterizing signal or a corresponding current signal.

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Abstract

An injection valve has an actuator, a control space whose pressure can be influenced according to the actuator, and has a nozzle needle whose position can be set according to the pressure inside the control space. An actuating signal for the actuator is adapted according to a temporal progression of a signal, which characterizes the pressure inside the control space and, to be precise, according to at least two characteristic signal points of the signal after a controlling of the nozzle needle (24) out of its closing position and before a subsequent controlling of the nozzle needle (24) back into its closing position, said signal points depicting points of inflection and/or extremes.

Description

Be s ehr e ibungBe honest
Verfahren und Vorrichtung zum Steuern eines EinspritzventilsMethod and device for controlling an injection valve
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern eines Einspritzventils, insbesondere eines Einspritzventils zum Zumessen von Kraftstoff in eine Brennkraftmaschine.The invention relates to a method and a device for controlling an injection valve, in particular an injection valve for metering fuel into an internal combustion engine.
Immer strenge gesetzliche Vorschriften bezüglich der zulässigen Schadstoff-Emissionen von Brennkraftmaschinen, die in Kraftfahrzeugen angeordnet sind, machen es erforderlich diverse Maßnahmen vorzunehmen, durch die die Schadstoff- Emissionen gesenkt werden. Ein Ansatzpunkt hierbei ist, die während des Verbrennungsprozesses des Luft/Kraftstoff- Gemisches erzeugten Schadstoff-Emissionen zu senken. Insbesondere die Bildung von Ruß ist stark abhängig von der Aufbereitung des Luft/Kraftstoff-Gemisches in dem jeweiligen Zylinder der Brennkraftmaschine. Um eine sehr gute Gemischaufbereitung zu erreichen, wird Kraftstoff zunehmend unter sehr hohem Druck zugemessen. Im Falle von Dieselbrennkraftmaschinen betragen die KraftStoffdrücke bis zu 2000 bar. Für derartige Anwendungen setzen sich zunehmend Einspritzventile durch mit einem Piezo-Aktuator . Piezo-Aktuatoren zeichnen sich aus durch sehr kurze Ansprechzeiten. Derartige Einspritzventile sind so gegebenenfalls geeignet mehrfach innerhalb eines Ar- beitszyklusses eines Zylinders der Brennkraftmaschine Kraftstoff zuzumessen.Always strict legal regulations regarding the permissible pollutant emissions of internal combustion engines, which are arranged in motor vehicles, make it necessary to take various measures by which the pollutant emissions are reduced. One starting point here is to reduce the pollutant emissions generated during the combustion process of the air / fuel mixture. In particular, the formation of soot is heavily dependent on the processing of the air / fuel mixture in the respective cylinder of the internal combustion engine. In order to achieve a very good mixture preparation, fuel is increasingly metered under very high pressure. In the case of diesel engines, the fuel pressures are up to 2000 bar. For such applications, injection valves with a piezo actuator are becoming increasingly popular. Piezo actuators are characterized by very short response times. Such injection valves are thus suitable, if appropriate, for metering fuel several times within a working cycle of a cylinder of the internal combustion engine.
Eine besonders gute Gemischaufbereitung lässt sich erreichen, wenn vor einer Haupteinspritzung eine oder mehrere Voreinspritzungen erfolgen, die auch als Piloteinspritzung bezeichnet werden, wobei für die einzelne Voreinspritzung gegebenen- falls eine sehr geringe Kraftstoffmasse zugemessen werden soll. Ein präzises Ansteuern des Einspritzventils ist insbesondere für die Fälle sehr wichtig.A particularly good mixture preparation can be achieved if one or more pre-injections take place before a main injection, which are also referred to as pilot injections, with given for the individual pre-injection if a very low fuel mass is to be metered. Precise control of the injection valve is very important, especially in the cases.
Aus der DE 199 30 309 C2 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern eines Einspritzventils bekannt mit einem Piezo-Aktuator und mit einer Steuerkammer, deren Druck auf einen beweglichen Düsenkörper mit einer Düsennadel zum Öffnen und Schließen von Einspritzlöchern wirkt. Ferner steht ein Steuerventil in Verbindung mit der Steuerkammer, das von dem Piezo-Aktuator betätigt wird. Nach einer Aufladung des Piezo- Aktuators wird die an ihm abfallende Spannung erfasst. Eine Nadelöffnungszeit wird ermittelt abhängig von den Zeitpunkten, an denen der Spannungsabfall einen vorgegebenen ersten Wert beziehungsweise einen vorgegebenen zweiten Wert einnimmt.DE 199 30 309 C2 discloses a method and a device for controlling an injection valve with a piezo actuator and with a control chamber, the pressure of which acts on a movable nozzle body with a nozzle needle for opening and closing injection holes. Furthermore, a control valve is connected to the control chamber, which is actuated by the piezo actuator. After charging the piezo actuator, the voltage drop across it is recorded. A needle opening time is determined depending on the times at which the voltage drop assumes a predetermined first value or a predetermined second value.
Aus der DE 100 24 662 AI ist ein Verfahren zum Steuern eines Einspritzventils und eine Steuerschaltung für ein Einspritzventil bekannt. Das Einspritzventil hat einen Aktor, der mit einem Stellglied in Wirkverbindung steht, mit dem der Druck in einem Steuerraum beeinflussbar ist. Eine Düsennadel ist vorgesehen, die in Wirkverbindung mit dem Druck in dem Steuerraum steht . Die Düsennadel ist abhängig von dem Druck in dem Steuerraum in verschiedene Positionen bewegbar, in denen unterschiedliche Einspritzzustände des Einspritzventils einstellbar sind. Der Aktor ist als piezoelektrischer Aktor ausgebildet. Die an dem piezoelektrischen Aktor abfallende Spannung wird als Detektionssignal erfasst, wenn eine Änderung der Spannung auftritt. Das Detektionssignal dient dann als Information für das Festlegen eines Einspritzzeitpunktes. Aus der WO 01/63121 ist ein Verfahren zum Erkennen von Einspritzereignissen eines Einspritzventils mit einem piezoelektrischen Aktuator bekannt. Das Einspritzventil umfasst einen Injektorkörper mit einer Steuerkammer, der ein Steuerventil zugeordnet ist, das den Kraftstoffdruck in der Steuerkammer steuert. Der piezoelektrische Aktuator wirkt auf das Steuerventil ein. Der piezoelektrische Aktuator wird mit einer Spannung beaufschlagt derart, dass der daraus resultierende Hub des piezoelektrischen Aktuators das Steuerventil betätigt. Ein axiales Wegbewegen einer Düsennadel von einem Ventilsitz wird abhängig von einem Anstieg des Spannungsabfalls an dem piezoelektrischen Aktuator erkannt . Ein Beenden der Bewegung der Düsennadel wird anhand eines abrupten Abfalls der Spannung an dem piezoelektrischen Aktuator erkannt.From DE 100 24 662 AI a method for controlling an injection valve and a control circuit for an injection valve is known. The injection valve has an actuator which is operatively connected to an actuator with which the pressure in a control room can be influenced. A nozzle needle is provided which is operatively connected to the pressure in the control room. Depending on the pressure in the control chamber, the nozzle needle can be moved into different positions in which different injection states of the injection valve can be set. The actuator is designed as a piezoelectric actuator. The voltage drop across the piezoelectric actuator is detected as a detection signal when a change in the voltage occurs. The detection signal then serves as information for determining an injection timing. WO 01/63121 discloses a method for detecting injection events of an injection valve with a piezoelectric actuator. The injection valve comprises an injector body with a control chamber, with which a control valve is assigned which controls the fuel pressure in the control chamber. The piezoelectric actuator acts on the control valve. A voltage is applied to the piezoelectric actuator such that the resulting stroke of the piezoelectric actuator actuates the control valve. Axial movement of a nozzle needle away from a valve seat is recognized as a function of an increase in the voltage drop across the piezoelectric actuator. An end to the movement of the nozzle needle is recognized by an abrupt drop in the voltage on the piezoelectric actuator.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, die ein präzises Steuern eines Einspritzventils ermöglicht.The object of the invention is to provide a method and a device which enables precise control of an injection valve.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet .The object is achieved by the features of the independent claims. Advantageous embodiments of the invention are characterized in the subclaims.
Die Erfindung zeichnet sich aus durch ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zum Steuern eines Einspritzventils mit einem Stellantrieb, mit einem Steuerraum, dessen Druck abhängig von dem Stellglied beeinflussbar ist, und mit einer Düsennadel, deren Position abhängig von dem Druck in dem Steuerraum einstellbar ist. Ein Stellsignal für den Stellantrieb, das abhängig von Betriebsparametern vorgegeben wird, wird angepasst abhängig von einem zeitlichen Verlauf eines den Druck in dem Steuerraum charakterisierenden Signals und zwar abhängig von mindestens zwei charakteristischen Signal- punkten des Signals nach einem Steuern der Düsennadel (24) aus ihrer Schließposition heraus und vor einem darauffolgenden Steuern der Düsennadel (24) zurück in ihre Schließposition, die Wendepunkte und/oder Extrema sind. Die Erfindung nutzt die Erkenntnis, dass Wendepunkte und Extrema des Signals sehr gut korrelieren mit dem Zeitpunkt des Herausbewe- gens der Düsennadel aus ihrer Schließposition und der Geschwindigkeit mit der dies erfolgt. Somit korrelieren sie auch sehr gut mit dem zeitlichen Beginn einer Einspritzung und einer Menge der zugemessenen Fluidmasse. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass ein Verwenden der mindestens zwei charakteristischen Signalpunkte dazu führt, dass Messfehler und Fehler, die beim Ermitteln der charakteristischen Signalpunkte auftreten können, sich signifikant geringer auswirken auf die Güte eines ermittelten Zeitpunktes des Heraus- bewegens der Düsennadel aus ihrer Schließposition und der Geschwindigkeit mit der dies erfolgt. Durch das Anpassen des Stellsignals abhängig von den mindestens zwei charakteristischen Signalpunkten des Signals kann somit das Einspritzventil auf überraschend einfache Weise sehr präzise angesteuert werden.The invention is characterized by a method and a corresponding device for controlling an injection valve with an actuator, with a control chamber, the pressure of which can be influenced as a function of the actuator, and with a nozzle needle, the position of which can be set as a function of the pressure in the control chamber. An actuating signal for the actuator, which is predefined as a function of operating parameters, is adapted as a function of a time profile of a signal that characterizes the pressure in the control chamber, namely as a function of at least two characteristic signal score the signal after controlling the nozzle needle (24) from its closed position and before subsequently controlling the nozzle needle (24) back to its closed position, which are turning points and / or extremes. The invention makes use of the knowledge that turning points and extremes of the signal correlate very well with the time at which the nozzle needle is moved out of its closed position and the speed at which this takes place. They therefore correlate very well with the start of an injection and an amount of the measured fluid mass. The invention is based on the knowledge that using the at least two characteristic signal points has the effect that measurement errors and errors which can occur when determining the characteristic signal points have a significantly smaller effect on the quality of a determined point in time when the nozzle needle moved out of it Closing position and the speed at which this occurs. By adapting the control signal depending on the at least two characteristic signal points of the signal, the injection valve can thus be controlled very precisely in a surprisingly simple manner.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird das Stellsignal abhängig ermittelt von einem letzten und mindestens einem vorhergehenden charakteristischen Signalpunkt des Signals nach einem Steuern der Düsennadel (24) aus ihrer Schließposition heraus und vor einem darauffolgenden Steuern der Düsennadel (24) zurück in ihre Schließposition. Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Empfindlichkeit auf Änderungen des Zeitpunktes des Herausbewegens der Düsennadel aus ihrer Schließposition und der Geschwindigkeit mit der dies erfolgt bei dem letzten charakteristischen Signalpunkt am größten ist. So kann das Einspritzventil sehr präzise angesteuert werden.In an advantageous embodiment of the invention, the actuating signal is determined as a function of a last and at least one previous characteristic signal point of the signal after controlling the nozzle needle (24) from its closed position and before subsequently controlling the nozzle needle (24) back to its closed position. This is based on the knowledge that the sensitivity to changes in the time at which the nozzle needle is moved out of its closed position and the speed at which this occurs at the last characteristic signal point on greatest is. In this way, the injection valve can be controlled very precisely.
In diesem Zusammenhang ist es ferner vorteilhaft, wenn das Stellsignal abhängig von dem letzten und mindestens einem vorletzten charakteristischen Signalpunkt des Signals nach einem Steuern der Düsennadel (24) aus ihrer Schließposition heraus und vor einem darauffolgenden Steuern der Düsennadel (24) zurück in ihre Schließposition ermittelt wird. Auf diese Weise kann das Einspritzventil besonders präzise gesteuert werden.In this context, it is also advantageous if the actuating signal depends on the last and at least one penultimate characteristic signal point of the signal after controlling the nozzle needle (24) from its closed position and before subsequently controlling the nozzle needle (24) back to its closed position becomes. In this way, the injection valve can be controlled particularly precisely.
Es hat sich gezeigt, dass die Empfindlichkeit der jeweiligen charakteristischen Signalpunkte auf Änderungen des Zeitpunkts des Herausbewegens der Düsennadel aus ihrer Schließposition und der Geschwindigkeit, mit der dies erfolgt, zunimmt ausgehend von dem ersten Maximum des Signals. Als besonders günstig haben sich diejenigen charakteristischen Signalpunkte erwiesen, die zeitlich vor einem dritten Wendepunkt einschließlich dieses dritten Wendepunktes liegen ausgehend von dem ersten Maximum des Signals.It has been shown that the sensitivity of the respective characteristic signal points to changes in the time at which the nozzle needle is moved out of its closed position and the speed at which this occurs increases from the first maximum of the signal. Those characteristic signal points that are earlier than a third turning point including this third turning point, based on the first maximum of the signal, have proven to be particularly favorable.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird das Stellsignal angepasst abhängig von der Summe der Signalpunkte. Dies ist besonders einfach.In a further advantageous embodiment of the invention, the control signal is adapted depending on the sum of the signal points. This is particularly easy.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird das Stellsignal angepasst abhängig von einem Produkt der Signalpunkte. Es hat sich gezeigt, dass so das Anpassen sehr robust ist auch bei dem Auftreten von Messfehlern oder Fehlern bei der Auswertung des Signals und gleichzeitig so eine sehr hohe Empfindlichkeit auf eine Abweichung von dem eigentlich gewünschten Verhalten gewährleistet ist . Somit kann so das Einspritzventil zuverlässig sehr präzise gesteuert werden.In a further advantageous embodiment of the invention, the control signal is adapted depending on a product of the signal points. It has been shown that adapting in this way is very robust even when measurement errors or errors occur when evaluating the signal, and at the same time a very high sensitivity to a deviation from the actually desired behavior is ensured. So it can the injection valve can be controlled very precisely.
Es ist ferner vorteilhaft, wenn der Stellantrieb ein Piezoan- trieb ist und das Stellsignal ein Spannungssignal ist, dass so sehr geringe Ansprechzeiten des Piezoantriebs gewährleistet werden können.It is also advantageous if the actuator is a piezo drive and the control signal is a voltage signal so that very short response times of the piezo drive can be guaranteed.
In diesem Zusammenhang ist es ferner vorteilhaft, wenn das den Druck in dem Steuerraum charakterisierende Signal das Spannungssignal des Piezoantriebs ist. Auf diese Weise kann der Piezoaktuator auch gleichzeitig als Drucksensor eingesetzt werden.In this context, it is also advantageous if the signal characterizing the pressure in the control chamber is the voltage signal of the piezo drive. In this way, the piezo actuator can also be used simultaneously as a pressure sensor.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist einer der charakteristischen Signalpunkte ein Knickpunkt nach dem Beginn des Steuerns der Düsennadel aus ihrer Schließposition heraus und vor einem Erreichen des ersten Maximums des Signals. Der Beginn des Steuerns der Düsennadel aus ihrer Schließposition heraus entspricht bevorzugt dem Beginn einer elektrischen Ansteuerung des Stellantriebs in dem Sinne, dass dadurch ein Herausbewegen der Düsennadel aus ihrer Schließposition erfolgt. Auf diese Weise kann insbesondere bei sehr kurzen Ansteuerzeitdauern so die größtmögliche Präzision beim Steuern des Einspritzventils erreicht werden. Die AnsteuerZeitdauer ergibt sich aus der Zeitdauer zwischen dem Beginn des Steuerns der Düsennadel aus ihrer Schließposition bis zu dem Beginn des Steuerns der Düsennadel zurück in ihre Schließposition. Der Beginn des Steuerns der Düsennadel zurück in ihre Schließposition entspricht bevorzugt dem Beginn einer elektrischen Ansteuerung des Stellantriebs in dem Sinne, dass dadurch ein Zurückbewegen der Düsennadel in ihre Schließposition erfolgt. Darüber hinaus zeichnet sich der Knickpunkt durch eine hohe Empfindlichkeit aus .According to a further advantageous embodiment of the invention, one of the characteristic signal points is a break point after the start of the control of the nozzle needle from its closed position and before the first maximum of the signal is reached. The beginning of the control of the nozzle needle from its closed position preferably corresponds to the start of an electrical control of the actuator in the sense that this causes the nozzle needle to be moved out of its closed position. In this way, the greatest possible precision in controlling the injection valve can be achieved, in particular with very short activation times. The activation time period results from the time period between the start of the control of the nozzle needle from its closed position to the start of the control of the nozzle needle back to its closed position. The beginning of the control of the nozzle needle back into its closed position preferably corresponds to the start of an electrical control of the actuator in the sense that this causes the nozzle needle to move back into it Closing position takes place. In addition, the break point is characterized by a high sensitivity.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im folgenden anhand der schematische Zeichnungen beispielhaft erläutert. Es zeigen:Exemplary embodiments of the invention are explained below using the schematic drawings as examples. Show it:
Figur 1 ein Einspritzventil mit einer Steuereinrichtung,FIG. 1 shows an injection valve with a control device,
Figur 2 ein Ablaufdiagramm eines Programms, das in der Steuereinrichtung abgearbeitet wird, undFigure 2 is a flowchart of a program that is processed in the control device, and
Figur 3 einen zeitlichen Verlauf eines Spannungssignals eines Piezo-Aktuators des Einspritzventils gemäß Figur 1.3 shows a time profile of a voltage signal of a piezo actuator of the injection valve according to FIG. 1.
Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.Elements of the same construction or function are identified with the same reference symbols in all figures.
Ein Einspritzventil (Figur 1) hat ein Injektorgehäuse 1 mit einer Ausnehmung, in die ein Piezo-Aktuator 4 eingesetzt ist, der mit einem Übertrager 6 gekoppelt ist . Der Übertrager 6 ist in einem Leckageraum 8 angeordnet. Ein Schaltventil 10, das bevorzugt als Servoventil ausgebildet ist, ist so angeordnet, dass es abhängig von seiner SchaltStellung ein Lecka- gefluid, das in dieser Ausführungsform bevorzugt der Kraftstoff ist, absteuert. Das Schaltventil ist über den Übertrager 6 mit dem Piezo-Aktuator 4 gekoppelt und wird von ihm angetrieben, das heißt die Schaltstellung des Schaltventils 10 wird mittels des Piezo-Aktuators 4 eingestellt. Das Schaltventil 10 ist in einer Ventilplatte 12 angeordnet.An injection valve (FIG. 1) has an injector housing 1 with a recess into which a piezo actuator 4 is inserted, which is coupled to a transformer 6. The transmitter 6 is arranged in a leakage space 8. A switching valve 10, which is preferably designed as a servo valve, is arranged in such a way that, depending on its switching position, it controls a leakage fluid, which in this embodiment is preferably the fuel. The switching valve is coupled to the piezo actuator 4 via the transformer 6 and is driven by it, that is to say the switching position of the switching valve 10 is set by means of the piezo actuator 4. The switching valve 10 is arranged in a valve plate 12.
Das Einspritzventil umfasst ferner einen Nadelführungskörper 14 und einen Düsenkörper 16. Die Ventilplatte 12, der Nadel- führungskörper 14 und der Düsenkörper 16 bilden eine Düsenbaugruppe, die mittels einer Düsenspannmutter 18 an dem Injektorgehäuse 1 befestigt ist.The injection valve further comprises a needle guide body 14 and a nozzle body 16. The valve plate 12, the needle Guide body 14 and the nozzle body 16 form a nozzle assembly which is fastened to the injector housing 1 by means of a nozzle clamping nut 18.
Der Nadelführungskörper 14 hat eine Ausnehmung, die als Ausnehmung des Düsenkörpers 16 in dem Düsenkörper 16 fortgesetzt ist und in der eine Düsennadel 24 angeordnet ist. Die Düsennadel 24 ist in dem Nadelführungskörper 14 geführt. Eine Düsenfeder 26 spannt die Düsennadel 24 in eine Schließposition vor, in der sie einen Kraftstofffluss durch eine Einspritzdüse 28 unterbindet.The needle guide body 14 has a recess which is continued as a recess of the nozzle body 16 in the nozzle body 16 and in which a nozzle needle 24 is arranged. The nozzle needle 24 is guided in the needle guide body 14. A nozzle spring 26 biases the nozzle needle 24 into a closed position in which it prevents fuel flow through an injection nozzle 28.
An dem axialen Ende der Düsennadel 24, das hingewandt ist zu der Ventilplatte 12, ist ein Steuerraum 30 ausgebildet, der über eine Zulaufdrossel mit einer Hochdruckbohrung 32 hydraulisch gekoppelt ist. Befindet sich das Schaltventil 10 in seiner Schließposition, so ist der Steuerraum 30 hydraulisch entkoppelt von dem Leckageraum 8. Dies hat zur Folge, dass sich nach einem Schließen des Schaltventils 10 der Druck in dem Steuerraum 30 im wesentlichen dem Druck in der Hochdruckbohrung 32 angleicht. Die Hochdruckbohrung 32 ist beim Einsatz des Einspritzventils in einer Brennkraftmaschine mit einem Kraftstoffhochdruckspeicher hydraulisch gekoppelt und wird so mit Kraftstoff unter einem Druck von beispielsweise bis zu 2000 bar versorgt.At the axial end of the nozzle needle 24, which faces the valve plate 12, a control chamber 30 is formed, which is hydraulically coupled to a high-pressure bore 32 via an inlet throttle. If the switching valve 10 is in its closed position, the control chamber 30 is hydraulically decoupled from the leakage chamber 8. This has the consequence that after the switching valve 10 is closed, the pressure in the control chamber 30 essentially adjusts to the pressure in the high-pressure bore 32. When the injection valve is used in an internal combustion engine, the high-pressure bore 32 is hydraulically coupled to a high-pressure fuel reservoir and is thus supplied with fuel under a pressure of, for example, up to 2000 bar.
Über den Steuerraum 30 wird aufgrund des Fluiddrucks in dem Steuerraum 30 auf eine Stirnfläche der Düsennadel 24 ein Druck in Schließrichtung der Düsennadel 24 ausgeübt. Die Düsennadel 24 weist ferner axial beabstandet zu ihrer Stirnfläche einen Absatz auf, der mit Fluid, das durch die Hochdruckbohrung 32 strömt, derart beaufschlagt wird, dass eine öffnend wirkende Kraft auf die Düsennadel 24 wirkt. In ihrer Schließposition unterbindet die Düsennadel 24 einen Kraftstofffluss durch die Einspritzdüse 28. Bewegt sich die Düsennadel 24 ausgehend von ihrer Schließposition hinein in den Steuerraum 30, so gibt sie den Kraftstofffluss durch die Einspritzdüse 28 frei, insbesondere in ihrer Offenposition, in der sie in Anlage mit dem Bereich der Wandung des Steuerraums 30 ist, der durch die Ventilplatte 12 gebildet wird.A pressure in the closing direction of the nozzle needle 24 is exerted on an end face of the nozzle needle 24 via the control chamber 30 due to the fluid pressure in the control chamber 30. The nozzle needle 24 furthermore has a shoulder axially spaced apart from its end face, which is acted upon by fluid that flows through the high-pressure bore 32 in such a way that an opening force acts on the nozzle needle 24. In your If the nozzle needle 24 is in the closed position, it prevents fuel flow through the injection nozzle 28. If the nozzle needle 24 moves from its closed position into the control chamber 30, it releases the fuel flow through the injection nozzle 28, in particular in its open position, in which it is in contact with the Area of the wall of the control chamber 30, which is formed by the valve plate 12.
Ob die Düsennadel 24 sich in ihrer Offensposition oder in ihrer Schließposition befindet hängt davon ab, ob die Kraft, die an dem Absatz der Düsennadel 24 durch den dort herrschenden Druck des Fluids hervorgerufen wird, größer oder kleiner ist als die Kraft, die durch die Düsenfeder 26 und den auf die Stirnfläche der Düsennadel 24 einwirkenden Druck hervorgerufen wird.Whether the nozzle needle 24 is in its open position or in its closed position depends on whether the force which is caused on the shoulder of the nozzle needle 24 by the pressure of the fluid there is greater or less than the force which is caused by the nozzle spring 26 and the pressure acting on the end face of the nozzle needle 24.
Befindet sich das Schaltventil 10 in seiner Offenposition, so strömt Fluid von dem Steuerraum 30 durch das Schaltventil 10 hinein in den Leckageraum 8. Bei geeigneter Dimensionierung der Zulaufdrossel sinkt dann der Druck in dem Steuerraum 30, was schließlich zu einer Bewegung der Düsennadel in ihre Offenposition führt. Der Druck des Fluids in dem Leckageraum 8 ist deutlich geringer als der Druck des Fluids in der Hochdruckbohrung.If the switching valve 10 is in its open position, fluid flows from the control chamber 30 through the switching valve 10 into the leakage chamber 8. With a suitable dimensioning of the inlet throttle, the pressure in the control chamber 30 then drops, which ultimately leads to a movement of the nozzle needle into its open position leads. The pressure of the fluid in the leakage space 8 is significantly lower than the pressure of the fluid in the high pressure bore.
Eine Steuereinrichtung 40 ist dem Einspritzventil zugeordnet. Die Steuereinrichtung 40 ist ausgebildet zum Erzeugen eines Stellsignals für den Stellantrieb des Einspritzventils, der im vorliegenden Ausführungsbeispiel der Piezo-Aktuator 4 ist.A control device 40 is assigned to the injection valve. The control device 40 is designed to generate an actuating signal for the actuating drive of the injection valve, which in the present exemplary embodiment is the piezo actuator 4.
Das Stellsignal ist bevorzugt ein Stromsignal IS, das bevorzugt pulshöhenmoduliert ist. Ausgehend von einem Start eines Ladevorgangs LAV wird bevorzugt eine vorgegebene Anzahl Pul— se, so zum Beispiel 20, mit einer vorgegebenen zeitlichen Dauer und Periode erzeugt bis der Ladevorgang abgeschlossen ist. Über die Höhe des jeweiligen Pulses wird die während des Ladevorgangs dem Piezo-Aktuator zuzuführende elektrische E- nergie eingestellt. Die dem Piezo-Aktuator 4 während eines Ladevorgangs zuzuführende Energie wird abhängig von Betriebsparametern ermittelt. Die dem Aktuator zugeführte Energie be- einflusst dessen axialen Hub und somit auch den Verlauf des Drucks in dem Steuerraum 30.The control signal is preferably a current signal IS, which is preferably pulse-height modulated. Starting from the start of a charging process LAV, a predetermined number of pulses is preferably se, for example 20, with a predetermined time duration and period until the charging process is completed. The electrical energy to be supplied to the piezo actuator during the charging process is set via the level of the respective pulse. The energy to be supplied to the piezo actuator 4 during a charging process is determined as a function of operating parameters. The energy supplied to the actuator influences its axial stroke and thus also the course of the pressure in the control chamber 30.
Ferner ist die Steuereinrichtung 40 ausgebildet zum Erfassen eines Signals, das den Druck in dem Steuerraum 30 charakterisiert. Im Zusammenhang mit dem als Piezo-Aktuator ausgebildeten Stellantrieb des Einspritzventils ist es besonders vorteilhaft, wenn das Signal ein Spannungssignal US ist, das den Spannungsabfall über den Piezo-Aktuator 4 charakterisiert. Bevorzugt umfasst die Steuereinrichtung 40 ferner mindestens einen Treiber, der dem Einspritzventil zugeordnet ist, der für ein niederohmiges Zuführen des Stromsignals IS während des Ladevorgangs LAV und eines Entladevorgangs ELV sorgt und der ansonsten hochohmig ist.Furthermore, the control device 40 is designed to detect a signal that characterizes the pressure in the control chamber 30. In connection with the actuator of the injection valve designed as a piezo actuator, it is particularly advantageous if the signal is a voltage signal US that characterizes the voltage drop across the piezo actuator 4. The control device 40 preferably further comprises at least one driver which is assigned to the injection valve and which ensures a low-resistance supply of the current signal IS during the charging process LAV and a discharging process ELV and which is otherwise high-impedance.
Ein Programm zum Anpassen des Stromsignals IS ist im folgenden anhand des Ablaufdiagramms der Figur 2 näher erläutert . Das Programm ist in der Steuereinrichtung 40 gespeichert und wird während des Betriebs des Einspritzventils in der Steuereinrichtung 40 abgearbeitet. Das Programm wird in einem Schritt Sl gestartet.A program for adapting the current signal IS is explained in more detail below with reference to the flow diagram in FIG. 2. The program is stored in the control device 40 and is processed in the control device 40 during the operation of the injection valve. The program is started in a step S1.
In einem Schritt S2 wird geprüft, ob ein Ladevorgang LAV gestartet wurde. Ist dies nicht der Fall, so verharrt das Programm für eine vorgebbare Wartezeitdauer T_W in dem Schritt S4 oder auch im Falle einer Brennkraftmaschine gegebenenfalls für eine Zeitdauer eines vorgegebenen Kurbelwellenwinkels. Im Anschluss daran wird die Bedingung des Schrittes S2 erneut geprüft .In a step S2 it is checked whether a charging process LAV has been started. If this is not the case, the program remains in step S4 for a predeterminable waiting time period T_W or, if appropriate, in the case of an internal combustion engine for a period of a predetermined crankshaft angle. The condition of step S2 is then checked again.
Ist die Bedingung des Schrittes S2 hingegen erfüllt, so wird in einem Schritt S6 das Spannungssignal US erfasst und zwischengespeichert inklusive zugeordneter Zeitinformationen.If, on the other hand, the condition of step S2 is met, the voltage signal US is recorded in step S6 and temporarily stored, including associated time information.
In einem Schritt S8 wird anschließend geprüft, ob ein Entladevorgang ELV gestartet wurde. Ist dies nicht der Fall, so wird die Bearbeitung wieder in dem Schritt S6 fortgesetzt und das Spannungssignal US weiter erfasst und zwischengespeichert. Ist die Bedingung des Schrittes S8 hingegen erfüllt, so wird die Bearbeitung in einem Schritt S10 fortgesetzt.In a step S8, it is then checked whether an unloading process ELV has been started. If this is not the case, the processing is continued again in step S6 and the voltage signal US is further detected and temporarily stored. If, on the other hand, the condition of step S8 is met, the processing is continued in a step S10.
Durch den Ladevorgang LAV wird ein Längen des Piezo-Aktuators 4 in axialer Richtung bewirkt und somit die Düsennadel 24 aus ihrer Schließposition heraus gesteuert . Durch den Entladevorgang ELV wird ein Verkürzen der axialen Länge des Piezo- Aktuators 4 bewirkt und somit ein Bewegen der Düsennadel 24 hinein in ihre Schließposition. Die Zeitdauer zwischen dem Start des Ladevorgangs LAV und dem Start des darauffolgenden Entladevorgangs ELV des Piezo-Aktuators 4 wird als Ansteuerzeitdauer des Piezo-Aktuators 4 bezeichnet. Die Ansteuerzeitdauer bestimmt wesentlich die zugemessene Fluidmenge. Durch die während des Ladevorgangs dem Piezo-Aktuator 4 zugeführte elektrische Energie wird maßgeblich die Geschwindigkeit des Bewegens der Düsennadel 24 von ihrer Schließposition in ihre Offenposition bestimmt.The loading process LAV causes the piezo actuator 4 to be lengthened in the axial direction and thus controls the nozzle needle 24 from its closed position. The unloading process ELV shortens the axial length of the piezo actuator 4 and thus moves the nozzle needle 24 into its closed position. The time period between the start of the charging process LAV and the start of the subsequent discharging process ELV of the piezo actuator 4 is referred to as the control time period of the piezo actuator 4. The activation period essentially determines the metered amount of fluid. The electrical energy supplied to the piezo actuator 4 during the charging process decisively determines the speed at which the nozzle needle 24 moves from its closed position to its open position.
In den Schritten S10 bis S22 werden charakteristische Signalpunkte des Spannungssignals US ermittelt, die Wendepunkte, Extrema oder ein Knickpunkt vor einem ersten Maximum Pl des SpannungsSignals US sind. Ferner werden in den Schritten S10 bis S22 den entsprechenden charakteristischen Signalpunkten des SpannungsSignals US auch die entsprechenden Zeitpunkte zugeordnet, an denen sie auftraten.In steps S10 to S22, characteristic signal points of the voltage signal US are determined, the turning points, extremes or a break point before a first maximum Pl Voltage signals are US. Furthermore, in steps S10 to S22, the corresponding characteristic signal points of the voltage signal US are also assigned the corresponding points in time at which they occurred.
Ein beispielhafter Verlauf des Spannungssignals US aufgetragen über die Zeit t ist anhand der Figur 3 veranschaulicht. Ein Zeitpunkt t_ι kennzeichnet einen Zeitpunkt des Startes eines Ladevorgangs LAV. Ein Zeitpunkt to kennzeichnet das Beenden des jeweiligen Ladevorgangs LAV und somit auch den Zeitpunkt, an dem das Spannungssignal US sein erstes Maximum Pl erreicht unter der Voraussetzung, dass das Stromsignal IS wie im Ausführungsbeispiel dargestellt pulshohenmoduliert ist und eine vorgegebene Anzahl an Strompulsen dem Piezo-Aktuator 4 während je eines Ladevorgangs LAV zugeführt werden.An example of the course of the voltage signal US plotted over time t is illustrated in FIG. 3. A time t_ι indicates a time of the start of a charging process LAV. A time to denotes the end of the respective charging process LAV and thus also the time at which the voltage signal US reaches its first maximum Pl, provided that the current signal IS is pulse-height modulated as shown in the exemplary embodiment and a predetermined number of current pulses to the piezo actuator 4 LAV can be fed during a charging process.
Unter dem Begriff Extremum, Maximum und Minimum werden relative Extrema, Maxima beziehungsweise Minima verstanden und nicht notwendigerweise absolute Extrema, Maxima beziehungsweise Minima. t≤ markiert den Zeitpunkt, an dem der Entladevorgang ELV gestartet wird. Bevorzugt sind alle Zeitpunkte auf den Zeitpunkt to bezogen, an dem der Ladevorgang LAV beendet ist .The term extremum, maximum and minimum are understood to mean relative extremes, maxima or minima and not necessarily absolute extremes, maxima or minima. t≤ marks the time at which the discharge process ELV is started. All times are preferably related to the point in time at which the charging process LAV has ended.
In dem Schritt S10 (Figur 2) wird ein Knickpunkt SHS ermittelt, der sich zwischen den Zeitpunkt t-i des Starts des Ladevorgangs LAV und dem Zeitpunkt to befindet, an dem der Ladevorgang LAV beendet ist. Dem Knickpunkt SHS ist ein Zeitpunkt tSHs des Knickpunkts SHS zugeordnet. Im Anschluss an den Knickpunkt SHS des Spannungssignals US hat dieses eine zweite hohe Steigung. Der Knickpunkt SHS ist charakteristisch für den Beginn der Bewegung des Schaltventils 10 aus seiner Schließstellung heraus. Er charakterisiert somit auch einen Zeitpunkt eines Beginns der Bewegung der Düsennadel 24 aus ihrer Schließposition heraus.In step S10 (FIG. 2), an inflection point SHS is determined, which is located between the point in time ti of the start of the charging process LAV and the point in time at which the charging process LAV has ended. A time t SH s of the break point SHS is assigned to the break point SHS. Following the break point SHS of the voltage signal US, this has a second high slope. The break point SHS is characteristic of the beginning of the movement of the switching valve 10 from its closed position. He therefore also characterizes one Time of a start of the movement of the nozzle needle 24 from its closed position.
Der Knickpunkt SHS wird bevorzugt mittels Auswerten der ersten zeitlichen Ableitung des Spannungssignals US ermittelt. In dem Schritt S12 wird das erste Maximum Pl des Spannungssignals US ermittelt und der zu dem ersten Maximum Pl zuzuordnende Zeitpunkt des ersten Maximums zugeordnet, der in der Regel der vorgegebene Zeitpunkt to ist, an dem der Ladevor— gang LAV beendet ist.The break point SHS is preferably determined by evaluating the first time derivative of the voltage signal US. In step S12, the first maximum P1 of the voltage signal US is determined and the time of the first maximum which is to be assigned to the first maximum P1 and which is generally the predetermined time t0 at which the charging process LAV is ended.
In einem Schritt S14 wird ein erster Wendepunkt B ermittelt und der diesem zugeordnete Zeitpunkt tB ermittelt.In a step S14, a first turning point B is determined and the time t B assigned to it.
In dem Schritt S16 wird ein erstes Minimum V des Spannungssignals US ermittelt und der diesem zugeordnete Zeitpunkt tv ermittelt. In dem Schritt S18 wird ein zweiter Wendepunkt Gl des SpannungsSignals US ermittelt und ein entsprechender Zeitpunkt tεi des zweiten Wendepunkts zugeordnet. In einem Schritt S20 wird ein zweites Maximum P2 des Spannungssignals U2 ermittelt und ein Zeitpunkt tp2 des zweiten Maximums des Spannungssignals US zugeordnet.In step S16, a first minimum V of the voltage signal US is determined and the time t v assigned to it. In step S18, a second turning point G 1 of the voltage signal US is determined and a corresponding time tεi of the second turning point is assigned. In a step S20, a second maximum P2 of the voltage signal U2 is determined and a time tp 2 of the second maximum of the voltage signal US is assigned.
In einem Schritt S22 wird ein dritter Wendepunkt G2 des Spannungssignals US ermittelt und diesem der entsprechende Zeitpunkt tG3 zugeordnet. Die Nu merierung der Maxima, der Minima und der Wendepunkte ist jeweils bezogen auf das erste Maximum Pl. Je nachdem wie der Zeitpunkt t2 des Starts des Entladevorgangs relativ zu dem Zeitpunkt to liegt, an dem der Ladevorgang LAV beendet ist, kann auch nur eine Untermenge der in den Schritten S10 bis S22 beschriebenen Signalpunkten bestimmt werden. Liegt der Zeitpunkt t2 des Startes des Entladevorgangs LAV beispielsweise zwischen den Zeitpunkten tv und tGι des ersten Minimums V und des zweiten Wendepunkts Gl, so können auch nur die charakteristischen Signalpunkte der Schritte S10, S12, S14 und S16 bestimmt werden und ihnen die entsprechenden Zeitpunkte zugeordnet werden.In a step S22, a third turning point G2 of the voltage signal US is determined and the corresponding time t G3 is assigned to it. The nu meration of the maxima, the minima and the turning points is in each case based on the first maximum Pl. Depending on how the time t 2 of the start of the discharge process is relative to the time to when the charging process LAV is ended, only one can Subset of the signal points described in steps S10 to S22 are determined. If the time t 2 of the start of the discharge process LAV is, for example, between the times t v and t G ι of the first minimum V and the second turning point Gl, only the characteristic signal points of steps S10, S12, S14 and S16 can be determined and the corresponding times can be assigned to them.
So wird dann in einem Schritt S24 geprüft, welches der letzte charakteristische Signalpunkt war, der aufgrund der Ansteuerzeitdauer des Piezo-Aktuators 4 bestimmt werden konnte. Je nachdem, welcher der letzte charakteristische Signalpunkt ist wird anschließend die Bearbeitung in einem Schritt S26 oder S28 oder S30 oder S32 oder S34 fortgesetzt. Wenn der letzte charakteristische Signalpunkt der dritte Wendepunkt G2 ist, so wird die Bearbeitung in dem Schritt S26 fortgesetzt. Wenn der letzte charakteristische Signalpunkt das zweite Maximum P2 ist, so wird die Bearbeitung in dem Schritt S28 fortgesetzt. Wenn der letzte charakteristische Signalpunkt der zweite Wendepunkt Gl ist, so wird die Bearbeitung in einem Schritt S30 fortgesetzt. Wenn der letzte charakteristische Signalpunkt das erste Minimum V ist, so wird die Bearbeitung in dem Schritt S32 fortgesetzt. Wenn der letzte charakteristische Signalpunkt der erste Wendepunkt B ist, so' wird die Bearbeitung in dem Schritt S34 fortgesetzt.It is then checked in a step S24 which was the last characteristic signal point that could be determined on the basis of the actuation period of the piezo actuator 4. Depending on which is the last characteristic signal point, the processing is then continued in a step S26 or S28 or S30 or S32 or S34. If the last characteristic signal point is the third turning point G2, the processing is continued in step S26. If the last characteristic signal point is the second maximum P2, the processing is continued in step S28. If the last characteristic signal point is the second turning point Gl, the processing is continued in a step S30. If the last characteristic signal point is the first minimum V, processing continues in step S32. If the last signal characteristic point of the first turning point B, so 'processing is continued in step S34.
In den Schritten S26 bis S34 wird abhängig von den jeweils zur Verfügung stehenden und in den Schritten angegebenen Zeitpunkten tG2, tP2, tGι, tv, tB, tSas und zwar abhängig von mindestens zwei der Zeitpunkte ein Gütewert GW ermittelt . Die charakteristischen Signalpunkte unterscheiden sich abhängig von der während des Ladevorgangs LAV dem Piezo-Aktuator tatsächlich zugeführten elektrischen Energie mit wachsendem zeitlichen Abstand zu dem Zeitpunkt t0, an dem der Ladevorgang LAV beendet, ist immer mehr. Somit sind sie dann auch mit wachsenden zeitlichen Abstand zu dem Zeitpunkt to, in dem der Ladevorgang LAV beendet ist, zunehmend besser geeignet, um das Stromsignal IS so zu korrigieren, dass sich die Düsennadel tatsächlich zu den gewünschten Zeitpunkten und mit der gewünschten Geschwindigkeit bewegt.In steps S26 to S34, depending on the times t G2 , t P2 , t G ι, t v , t B , t S as available and specified in the steps, a quality value GW is dependent on at least two of the times determined. The characteristic signal points differ depending on the electrical energy actually supplied to the piezo actuator during the charging process LAV with an increasing time interval from the time t 0 at which the charging process LAV ends is more and more. They are then also with increasing time interval from the time to the charging process LAV has ended, is increasingly more suitable for correcting the current signal IS in such a way that the nozzle needle actually moves at the desired times and at the desired speed.
Der Gütewert GW wird somit entsprechend der zur Verfügung stehenden Zeitpunkte abhängig von mindestens zwei den entsprechenden charakteristischen Signalpunkten zugeordneten Zeitpunkten ermittelt. So ist es besonders vorteilhaft den Gütewert zumindest abhängig von dem letzten oder auch dem vorletzten charakteristischen zur Verfügung stehenden Signalpunkt zu ermitteln und so den Gütewert GW mit möglichst hoher Güte zu ermitteln. Grundsätzlich kann der Gütewert GW aus einer beliebigen Kombination abhängig von mindestens zwei charakteristischen Signalpunkten ermittelt werden. So hat sich insbesondere auch gezeigt, dass der Knickpunkt SHS auch eine sehr hohe Empfindlichkeit aufweist und daher sehr gut zum Ermitteln des Gütewertes GW geeignet ist . Der Gütewert GW kann durch Summenbildung der entsprechenden Zeitpunkte ermittelt werden, was sehr einfach ist. Alternativ kann er jedoch auch durch Bilden des Produkts der jeweiligen Zeitpunkte ermittelt werden. Dadurch ergibt sich eine besonders hohe Robustheit gegenüber Messfehlern beim Erfassen des Spannungssignals US und Auswertefehlern des Spannungssignals US insbesondere beim Ermitteln der jeweiligen charakteristischen Signalpunkte.The quality value GW is thus determined in accordance with the available times depending on at least two times assigned to the corresponding characteristic signal points. It is particularly advantageous to determine the quality value at least as a function of the last or also the penultimate characteristic available signal point and thus to determine the quality value GW with the highest possible quality. In principle, the quality value GW can be determined from any combination depending on at least two characteristic signal points. In particular, it has also been shown that the break point SHS also has a very high sensitivity and is therefore very well suited for determining the quality value GW. The quality value GW can be determined by summing the corresponding points in time, which is very simple. Alternatively, however, it can also be determined by forming the product of the respective times. This results in a particularly high level of robustness against measurement errors when detecting the voltage signal US and evaluation errors of the voltage signal US, in particular when determining the respective characteristic signal points.
Durch das Ermitteln des Gütewertes GW abhängig von mindestens zwei charakteristischen Signalpunkten, insbesondere die diesen zugeordneten Zeitpunkte kann einfach eine tatsächlich dem Piezo-Aktuator 4 zugeführte elektrische Energie zugeordnet werden, was die Basis für ein präzises Ermitteln eines Korrekturwertes KOR in einem nachfolgenden Schritt S36 bildet. In dem Schritt S36 wird dann der Korrekturwert KOR abhängig von dem Gütewert GW ermittelt. Dies kann durch eine beliebige Zuordnung, die geeignet bestimmt wurde erfolgen. So kann dies beispielsweise mittels eines Kennfeldes und entsprechender Kennfeldinterpolation erfolgen. Es kann auch mittels einer beliebigen analytischen Funktion erfolgen oder auch mittels einer entsprechenden Regelungsvorschrift, die beispielsweise die Abweichung des Gütewertes GW von einem vorgegebenen Wert entsprechend proportional, integral oder auch differentiell bewertet .By determining the quality value GW as a function of at least two characteristic signal points, in particular the times assigned to them, an electrical energy that is actually supplied to the piezo actuator 4 can simply be assigned, which forms the basis for a precise determination of a correction value KOR in a subsequent step S36. The correction value KOR is then dependent in step S36 determined from the quality value GW. This can be done by any assignment that has been appropriately determined. For example, this can be done by means of a map and corresponding map interpolation. It can also be carried out by means of any analytical function or also by means of a corresponding regulation which, for example, evaluates the deviation of the quality value GW from a predetermined value in a proportional, integral or differential manner.
In einem Schritt S38 wird anschließend das Stromsignal IS abhängig von dem Korrekturwert KOR angepasst.In a step S38, the current signal IS is then adjusted depending on the correction value KOR.
Gegebenenfalls kann es vorteilhaft sein, das Spannungssignal US geeignet zu filtern, so zum Beispiel mit einem Tiefpassfilter um hochfrequente Messstörungen herauszufiltern. Ferner kann es vorteilhaft sein, die charakteristischen Signalpunkte über mehrere Zeiträume zwischen einem jeweiligen Ladevorgang LAV und dem darauf folgenden Entladevorgang zu ermitteln und erst dann den Korrekturwert KOR, gegebenenfalls mittels entsprechender gefilterter oder gemittelter Gütewerte GW oder auch mittels eines Gütewertes GW, der abhängig von entsprechend gefilterten oder gemittelten Zeitpunkten ermittelt wurde, zu ermitteln.It may be advantageous to filter the voltage signal US in a suitable manner, for example with a low-pass filter, in order to filter out high-frequency measurement interference. Furthermore, it can be advantageous to determine the characteristic signal points over several time periods between a respective charging process LAV and the subsequent unloading process and only then the correction value KOR, if necessary by means of corresponding filtered or averaged quality values GW or also by means of a quality value GW, which depends on accordingly filtered or averaged times was determined.
Bei entsprechender Ausgestaltung der Steuereinrichtung40, die auch als Vorrichtung zum Steuern des Einspritzventils bezeichnet werden kann, kann das für den Verlauf des Drucks in dem Steuerraum charakteristische Signal auch ein von dem Spannungssignal US abweichendes Signal, wie beispielsweise ein die in dem Piezo-Aktuator 4 gespeicherte Energie charakterisierendes Signal oder ein entsprechendes Stromsignal sein. With a corresponding configuration of the control device 40, which can also be referred to as a device for controlling the injection valve, the signal characteristic of the course of the pressure in the control chamber can also be a signal deviating from the voltage signal US, such as a signal stored in the piezo actuator 4 Energy characterizing signal or a corresponding current signal.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zum Steuern eines Einspritzventils mit einem Stellantrieb, mit einem Steuerraum (30) , dessen Druck abhängig von dem Stellantrieb beeinflussbar ist, und mit einer Düsennadel (24) , deren Position abhängig von dem Druck in dem Steuerraum (30) einstellbar ist, bei dem ein Stellsignal für den Stellantrieb angepasst wird abhängig von einem zeitlichen Verlauf eines den Druck in dem Steuerraum (30) charakterisierenden Signals und zwar abhängig von mindestens zwei charakteristischen Signalpunkten des Signals nach einem Steuern der Düsennadel (24) aus ihrer Schließposition heraus und vor einem darauffolgenden Steuern der Düsennadel (24) zurück in ihre Schließposition, die Wendepunkte und/oder Extrema sind.1. Method for controlling an injection valve with an actuator, with a control chamber (30), the pressure of which can be influenced as a function of the actuator, and with a nozzle needle (24), the position of which can be set as a function of the pressure in the control chamber (30), in which an actuating signal for the actuator is adapted as a function of a time profile of a signal characterizing the pressure in the control chamber (30) and, in fact, as a function of at least two characteristic signal points of the signal after controlling the nozzle needle (24) from its closed position and in front of one subsequently controlling the nozzle needle (24) back to its closed position, which are turning points and / or extremes.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Stellsignal ermittelt wird abhängig von einem letzten und mindestens einem vorhergehenden charakteristischen Signalpunkt des Signals nach einem Steuern der Dusennadel (24) aus ihrer Schließposition heraus und vor einem darauffolgenden Steuern der Düsennadel (24) zurück in ihre Schließposition .2. The method of claim 1, wherein the control signal is determined depending on a last and at least one previous characteristic signal point of the signal after controlling the nozzle needle (24) from its closed position and before a subsequent control of the nozzle needle (24) back into it Closed position.
3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem das Stellsignal ermittelt wird abhängig von dem letzten und mindestens einem vorletzten charakteristischen Signalpunkt des Signals nach einem Steuern der Düsennadel (24) aus ihrer Schließposition heraus und vor einem darauffolgenden Steuern der Düsennadel (24) zurück in ihre Schließposition.3. The method according to claim 2, wherein the control signal is determined depending on the last and at least one penultimate characteristic signal point of the signal after controlling the nozzle needle (24) from its closed position and before a subsequent control of the nozzle needle (24) back into it closed position.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei das Stellsignal angepasst wird abhängig von einem Produkt der Signalpunkte.4. The method according to any one of the preceding claims, the control signal is adjusted depending on a product of the signal points.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der Stellantrieb ein Piezo-Aktuator (4) ist und das Stellsignal ein Spannungssignal (US) ist.5. The method according to any one of the preceding claims, wherein the actuator is a piezo actuator (4) and the control signal is a voltage signal (US).
6. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem das den Druck in dem Steuerraum (30) charakterisierende Signal das Spannungssignal (US) ist.6. The method of claim 6, wherein the signal characterizing the pressure in the control chamber (30) is the voltage signal (US).
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem einer der charakteristischen Signalpunkte ein Knickpunkt (SHS) nach dem Beginn des Steuerns der Düsennadel aus ihrer Schließposition heraus und vor einem Erreichen eines ersten Maximums (Pl) des Signals ist.7. The method according to any one of the preceding claims, wherein one of the characteristic signal points is a break point (SHS) after the start of the control of the nozzle needle from its closed position and before reaching a first maximum (Pl) of the signal.
8. Vorrichtung zum Steuern eines Einspritzventils mit einem Stellantrieb, mit einem. Steuerraum (30), dessen Druck abhängig von dem Stellantrieb beeinflussbar ist, und mit einer Düsennadel (24) , deren Position abhängig von dem Druck in dem Steuerraum (30) einstellbar ist, wobei die Vorrichtung ausgebildet ist zum Anpassen eines Stellsignals für den Stellantrieb abhängig von einem zeitlichen Verlauf eines den Druck in dem Steuerraum (30) charakterisierenden Signals und zwar abhängig von mindestens zwei charakteristischen Signalpunkten des Signals nach einem Steuern der Düsennadel (24) aus ihrer Schließposition heraus und vor einem darauffolgenden Steuern der Düsennadel (24) zurück in ihre Schließposition, die Wendepunkte und/oder Extrema sind. 8. Device for controlling an injection valve with an actuator, with a. Control chamber (30), the pressure of which can be influenced as a function of the actuator, and with a nozzle needle (24), the position of which can be set as a function of the pressure in the control chamber (30), the device being designed to adapt an actuating signal to the actuator on a time profile of a signal characterizing the pressure in the control chamber (30), specifically depending on at least two characteristic signal points of the signal after controlling the nozzle needle (24) from its closed position and before subsequently controlling the nozzle needle (24) back into it Close position, which are turning points and / or extremes.
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