WO2012152552A2 - Regelverfahren für ein einspritzventil und einspritzsystem - Google Patents

Regelverfahren für ein einspritzventil und einspritzsystem Download PDF

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Definitions

  • Control method for an injection valve and injection system The invention relates to a control method for an injection valve for injecting fuel into an internal combustion engine according to the preamble of the main claim.
  • the invention also relates to a corresponding injection system according to the preamble of the independent claim.
  • Such control methods are used so steer injectors at ⁇ that this as precisely as possible at predetermined times be opened and closed again in order to inject as closely as possible a predetermined amount of pressurized fuel into the internal combustion engine.
  • ⁇ addition to a main injection in an injection cycle the efficiency of the engine can be increased and at the same reduce exhaust and noise emissions also by means of additional pre- and / or post-injections.
  • An injection valve often referred to as an injector, has a closure element which can be moved by means of an actuator, hereinafter referred to as a drive for opening and closing the injector.
  • a closure element which can be moved by means of an actuator, hereinafter referred to as a drive for opening and closing the injector.
  • the closure member In the closed state of the injector in which there is no injection, the closure member is in a closed position, which is also called the closed position in which it closes all Einspritzöff ⁇ calculations of the injector.
  • Means of the drive, the shutter element, starting from its closed position, are lifted arrival to release at least some of A ⁇ injection openings in this way and to trigger the injection.
  • the closure element has a nozzle needle or is designed as such. In its closed position, this nozzle needle is then typically located on a so-called
  • the drive of the injector comprises, for moving the closure element, an actuator, which is typically arranged in response to a control signal Lift the closure element from the closed position to a lifting height, keep it at this lifting height and / or move the closing element back into the closed position.
  • this actuator can be given by a piezoelectric element that due to electrical charging or
  • Discharges expands or contracts and thus triggers a lifting or closing movement of the closure element.
  • Such actuators also referred to as piezoactuators, are particularly well suited for accurate and instantaneous movement of the closure element.
  • piezoactuators are so-called directly driven (piezo) injectors, in which a direct and instantaneous power transmission between the piezoactuator and the closure element is made possible.
  • directly driven injector is known for example from the document EP 1760305 AI, the disclosure of which is hereby fully taken.
  • Closing come about, so that the injection valve opens only with a well-known delay after a triggering of the injector.
  • a control method is described, with which a Leerhub, due to the above-mentioned game between the Piezoelectric actuator and the closure element comes about, taken into account ⁇ and can be compensated. It is provided that the position of a maximum of a force curve of a force exerted by the piezoelectric actuator on the closure element force is determined and is inferred based on the timing of this maximum to the time of actual opening of the injector. Subsequently, the position of the maximum of the force curve is used as a control variable of the control method and regulated to a desired value.
  • the response of the injector to the drive signal of many other influ ⁇ factors and disturbances depend, such as wear of other components, a nozzle body temperature, a fuel viscosity, a fuel pressure, a temperature of the piezoelectric element of the drive, as well as a Prehistory of the piezoelectric element.
  • the injection rate is the amount of fuel injected per unit time.
  • These requirements require a high control quality of the control method, which must still be sufficient even if the response behavior and in particular the opening behavior of a used injector changes over time and / or of an expected behavior or.
  • a reference behavior of injectors of the same type deviates. In particular, it turns out to be particularly difficult due to deviating opening behavior of individual injectors of an injection system to achieve the same injection rates with the individual injectors of the system (equality).
  • the individual response or opening behavior of the injector (s) used should be taken into account or compensated as well as possible.
  • time-dependent disturbances such as the above, in particular a continuous wear or temperature changes of the injector are to be compensated as completely as possible.
  • a corresponding injection system is proposed, which is suitable for carrying out such a control method, which thus enables the most accurate control of an injector of the system and thus a particularly accurate specification of injection quantities and injection times, in particular an injector ⁇ individual deviations of the response or the opening behavior of the injector is as good as possible taken into account by a reference behavior of identical injectors or compensated from ⁇ .
  • An inventive control method for an injection valve for injecting fuel into an internal combustion engine thus provides that in recurring injection cycles and in response to a desired lift height of a closure element of the injection valve at least one control signal for An ⁇ control of a drive of the injection valve is generated, wherein the Drive is controlled by the control signal for lifting the Ver ⁇ closing element to the desired lifting height and the closure element is raised by means of the drive to an actual lifting height.
  • At least one measured variable correlated with the actual lifting height is detected, for example by direct or indirect measuring, and the actual lifting height is determined as a function of this at least one measured variable.
  • the control signal is generated in at least one of the subsequent injection cycles, preferably in the directly following injection cycle, in response to a deviation of the actual lifting height of the desired lifting height.
  • An injection system according to the invention for injecting fuel into an internal combustion engine is set up or equipped to carry out the method according to the invention.
  • Such an injection system accordingly comprises a control unit and at least one injection valve with a closure element for closing the injection valve, wherein the control unit is set up in recurring injection cycles and depending on a desired lifting height of the closure element at least one control signal for driving a drive of the at least one To generate injection valve.
  • an injection cycle may include one or more individual injections, for example a main injection and one or more pre-injections and / or post-injections.
  • the drive is adapted to in response to the control signal, the shutter member to the desired lifting height ⁇ lift. Due to never completely avoidable production tolerances, occlusion and other disturbing influences, this nominal lifting height is practically never reached exactly but only with a certain accuracy.
  • the actual lifting height of the closing element is called the actual lifting height.
  • the control unit is set up to detect at least one measured variable correlated with the actual lifting height of the closure element, for example by direct or indirect measuring, to determine the actual lifting height as a function of this at least one measured variable and then generate the control signal in at least one of the subsequent injection cycles, preferably in the directly following injection cycle, in response to a deviation of the actual lifting height of the desired lifting height.
  • Said desired lifting height is typically determined in Ab ⁇ dependence on an opening degree that is required to achieve a desired injection rate, preferably taking into account other operating parameters, such as a pressure, a temperature and / viscosity of the fuel.
  • a desired lifting height is set, which is smaller than one maximum lift height of the injection valve is.
  • the maximum lifting height is often referred to as Whitneyhub Harrison and is typically defined by a mechanical stop of Ver ⁇ closing element above the closed position of the closure ⁇ elements.
  • the invention is based on the knowledge that the individual opening behavior of a given injector be ⁇ Sonder accurately and reliably by means of the drive, achieved actual lift height can be characterized Ver ⁇ circuit element after the activation of the injector, the. Manufacturing tolerances, wear and other disturbing influences that can influence the opening behavior of the injector, can be compensated particularly well by using the mentioned deviation between the desired lifting height and the actually achieved actual lifting height by a subsequent control of the injector is corrected accordingly. Therefore, by using this deviation as a control deviation, a particularly robust control method for injectors can be achieved with which precise injections and a high control quality can be achieved even with such injectors whose opening behavior deviates from those of a reference injector and / or change over time, for example due to wear of the injectors.
  • the deviation between the actual lifting height and the desired lifting height itself is used as a control deviation of the control method.
  • subsequent activations ie the control signals of the subsequent actuators
  • Measured variable or measured certain certain lift height of the closure element should also be given by such sizes, which themselves represent a clear measure of the lifting height.
  • the unit of this measure or this size must not be a unit of length, but may, for example, as described below, be a unit of time or a printing unit.
  • this variable serving as a measure of the lifting height it is possible for this variable serving as a measure of the lifting height to be identical to (one) of the said correlated measured variable (s). In this case, this measure is even interpreted as an actual lift height and turns ver ⁇ .
  • measured variables that are correlated with the actual lifting height and that are used to determine the actual lifting height preferably such measured variables are taken into consideration, which in turn are influenced by the actual lifting height of the closing element (after the activation), So physically-causally depend on the actual lift height achieved.
  • the actual lifting height of the closing element After the activation
  • So physically-causally depend on the actual lift height achieved several examples are given below. It is also possible to use several such variables for determining the actual lifting height. In this way, the actual lift height can be determined particularly reliably ⁇ , outliers can be more easily detected and individual measurement errors can carry weight less.
  • the drive has a piezo actuator 0
  • the injector is preferably a directly driven piezo injector, in which, as described above, a direct and virtually instantaneous power transmission between the piezoactuator and the closure element is realized. In principle, however, a magnetic actuator can also be provided.
  • the control unit is set up to determine at least one of the at least one measured variable correlated to the actual lifting height, using electrical signals generated by the piezoelectric actuator. This serves the
  • Piezo actuator of the drive so also as a sensor, so as a piezo sensor, to measure this measure.
  • a sensor so as a piezo sensor
  • an actual value of a measured variable is detected, which characterizes the drive, for example a current state, a momentary movement state or a momentary dynamic state of the drive.
  • the state of the drive is one that occurs in time before the actual lift height is reached, so that the actual lift height preferably depends physically-causally on the actual value of the measured variable characterizing this state.
  • a deviation of this actual value from a desired value of this measured variable is taken into account in the generation of the control signal.
  • the control unit can be set up accordingly.
  • the actual value of this parameter is used as a control variable of a lower-level control loop of the control method.
  • a charging energy of a piezoelectric actuator of the drive or a temporal force curve of the drive or a characteristic of this force curve, such as a force maximum are used as such measured variable.
  • a force maximum as a controlled variable of a Regelver ⁇ procedure for an injector to compensate for a Leerhubs and thus associated delays in the opening behavior has already been described above.
  • the control method includes the control of the measured variable characterizing the drive as a further "subordinate" control loop control loop.
  • the control unit can be directed in accordance with ⁇ . This will be further described below with reference to a specific embodiment.
  • the measurement of the actual value of the measured variable characterizing the drive is carried out as directly as possible after a triggering of the injector, preferably at least once per injection cycle, particularly preferably after each individual actuation of the injector.
  • the injection system comprises a needle lift sensor with which the actual needle stroke is measured directly.
  • a needle lift sensor with which the actual needle stroke is measured directly.
  • other measured variables correlated with the actual needle stroke are preferably measured and used to determine the actual needle lift. In the following, not exhaustive, some examples are described.
  • At least one of the at least one measured variable correlated with the actual lifting height is measured as a time difference between a closing time in which the closing element arrives in a closing position and a preceding starting time of a closing movement of the closing element in the direction of the closing position.
  • the closing movement with the drive for Start time triggered.
  • the start time of the closing movement can be determined using the control of the drive with a corresponding control signal for triggering this closing movement.
  • the closing time is detected by means of the piezoelectric actuator itself by measuring a triggered by the impact of the closure element in the closed position elekt ⁇ cal signal in the piezoelectric actuator and is evaluated with the appropriately established control unit.
  • the said time difference is the duration of the closing movement, ie the time it took for the closure element to return outgoing from the actual lifting height to the closing or closing position. Since there is a clear relationship between this time difference and the actual lifting height, this time difference can itself be used as a measure of the actual lifting height.
  • the actual lift height is determined from this time ⁇ difference in a further process step, either using a corresponding (time-integrated) equation of motion in which the time difference is used, or by using a corresponding characteristic field, in which Value pairs of time differences and associated ones
  • control unit can be set up accordingly.
  • At least one of the at least one measured variable correlated with the actual lifting height is given by an electrical capacitance which the piezo actuator of the drive has at a point in time in which the closing element is at the actual lifting height located.
  • this capacity for the time directly after the lifting movement, at the end of the drive signal for the lifting movement or the start ⁇ time of the closing movement, ie immediately before the control signal for triggering the closing movement determined.
  • Piezoactors and a piezoelectric actuator applied electrical voltage Piezoactors and a piezoelectric actuator applied electrical voltage.
  • At least one of the at least one measured variable correlated with the actual lifting height is measured as the injection rate of the fuel by means of a flow sensor of the injection system. Subsequently, the actual lifting height during injection is then determined as a function of the injection rate.
  • the control unit can be set up accordingly.
  • At least one of the at least one measured variable correlated with the actual lifting height is measured by a pressure drop of the fuel induced in the injection valve, a supply line to the injection valve and / or in a pressure accumulator
  • Fuel is detected and from this the injected quantity, the injection rate and finally the actual lifting height is calculated.
  • the injection system may include a pressure sensor for measuring said pressure drop. It can also be provided that at least one of the at least one measured variable correlated with the actual lifting height is detected as a change in a rotational speed of the internal combustion engine triggered by the injection. This speed change, for example, by means of a
  • Speed sensor can be determined, which is typically arranged on a drive axle or connecting rod of the internal combustion engine. From the speed change, the injected fuel quantity, the injection rate and finally the
  • At least one of the at least one correlated with the actual lifting height measured variable as a triggered by the A ⁇ spraying change of pressure is measured in a cylinder of the internal combustion engine by means of a cylinder pressure sensor of the injection system. From the pressure change, the injected fuel quantity, the injection rate and finally the actual stroke height are recalculated.
  • At least one of the at least one measured variable can be measured as a structure-borne noise of the cylinder triggered by combustion of the fuel injected into a cylinder of the internal combustion engine by means of a knock sensor of the injection system. From the intensity of the sound body ⁇ the injected fuel quantity, the injection rate and finally the actual lifting height can be recalculated.
  • the injection rate can subsequently be determined, it being possible to determine the actual lifting height during injection as a function of the injection rate.
  • the control unit can for
  • Control unit typically a suitable storage medium and a computing unit, optionally further storage media and corresponding data interfaces for performing the respective described method steps, to which the control unit is to be set up in each case e.
  • the drive or other mechanically acting components of the system should be under the wording "set up" a corresponding design, shape, construction of the respective component or a mechanical or signaling active connection of this component with other components of the system, in particular ⁇ special with the control unit, can be understood.
  • the invention will be explained in more detail with reference to a specific embodiment, which is shown schematically in Figures 1 to 3. 1 shows an injection system of the type proposed here;
  • FIG. 3 shows time profiles of actual lift heights of closure elements of three identical injection valves of the injection system shown in FIG.
  • the system 1 comprises a control unit 2 and a plurality, for example four, injection valves 3 of identical construction, of which, for the sake of clarity, only one is shown here and will be described below.
  • the program-technical device of the control unit is described only in relation to this one injection valve 3, although an ent ⁇ speaking programming is also present with respect to the other injection valves.
  • the method steps described here, see also FIG. 2 refer to each individual one of the injection valves of the injection system 1.
  • the injection valve 3 comprises a respective nozzle needle out as ⁇ staltetes closing element 4 for opening and closing injection openings 5 of the injector 3, which are arranged in different planes.
  • the injection valve is thus configured as a so-called Variodüse.
  • some of the injection openings 5 can be opened, through which then a fuel is injected, and other, higher injection openings arranged 5 remain closed.
  • injector is typically in a seat throttled operation. For such an operation is a Specified lifting height predetermined, which is smaller than a maximum, defined by a mechanical stop height of the injection ⁇ valve. On the actual lifting height so an opening degree of the injectors is set.
  • the control unit 2 is set up, depending on the desired injection rate, to determine the associated opening degree of the injection valve 3 as a function of a temperature, viscosity and pressure of the fuel and from this opening degree to achieve this opening degree required lift height of the closure element 3 to calculate.
  • the control unit 2 is further programmed to generate at least a control signal for driving a drive 6 of the injector 3 in such ⁇ derlidenden injection cycles and depending on the calculated target height.
  • a plurality of individual injections can be carried out by means of successive control signals which, depending on the respective control signal, can differ from one another in terms of their injection quantity and temporal injection rate profile.
  • manipulated variables of the drive 6 are determined in dependence on the desired lifting height and transmitted to the drive 6.
  • the drive is given by a piezo actuator.
  • a charging time of the piezo actuator is used.
  • an adjustable charging voltage and / or an adjustable charging current could also be used as manipulated variables.
  • the drive 6 is arranged to be in response to the control signal, the shutter member to the desired lifting height ⁇ lift.
  • the control signal of the piezoelectric actuator to a charging energy, which depends in particular on the charging time, electrically charged, so that the piezoelectric actuator expands due to the piezoelectric effect and the closure element is placed in a stroke ⁇ movement up to the actual lifting height.
  • a charging energy which depends in particular on the charging time
  • electrically charged so that the piezoelectric actuator expands due to the piezoelectric effect and the closure element is placed in a stroke ⁇ movement up to the actual lifting height.
  • the one ⁇ injection valve is a direct-drive piezo Inj ector in which a direct and practically delay-free transmission of force between the drive 6 and the Closure element is ensured.
  • Closing position is seated, as well as other already mentioned disturbing influences, the desired desired lifting height is rarely reached exactly. That is, between the actually achieved
  • the control unit 2 is therefore also adapted to detect a plurality of measured variables correlated with the actual lifting height of the closure element 4, which are each influenced by the actually achieved lifting height and depend thereon.
  • the control unit 2 is also programmatically configured to determine the actual lifting height in Ab ⁇ dependence of these measured variables, and then to generate the control signal of at least one of the following single injections of the subsequent injection cycles in dependence on the deviation of the actual lift of the desired lifting height , The deviation between the actual lifting height and the
  • Target lift height is used as the control deviation of the control method, i. the control signals of the subsequent drives are corrected so that the following control deviations are reduced.
  • the control unit 2 is adapted to drive the drive 6 to close the injection valve 3.
  • a corresponding control signal which is given in this example by a discharge current, which leads to a discharge and a contraction of the piezo actuator
  • the closure element 4 is set in a closing movement in the direction of the closure position, ie in the direction of the needle seat 3 ⁇ .
  • a recoil is transmitted to the piezoelectric actuator, which triggers an electrical pulse in the piezoelectric actuator 6.
  • the control unit 2 is arranged to determine the closing time using this electrical pulse.
  • the said electrical pulse is thus a measuring signal which signals the closing time.
  • the control unit 2 calculates the time difference between the start time of the closing movement, which is given by the time of transmission of the corresponding control signal, and the closing time. This time difference is used as a measure of the actual lifting height. Additionally or alternatively, it could also be provided that the actual lifting height itself is determined from this time difference, for example by means of an equation of motion or by means of corresponding characteristic diagrams, as described above.
  • a capacity of the piezo actuator of the drive 6 is determined by means of the control unit 2, which the piezo actuator immediately before the control signal at the start time of
  • an injection rate of the fuel by means of an injection system associated with the flow sensor 7 of the inputs is sprit Zsystems 1 measured and the control unit 2 in Ab ⁇ dependence of the injection rate, the actual lift during injection.
  • a pressure drop of the fuel in the injection valve triggered by the injection of the fuel is detected with a pressure sensor 8 of the injection valve 3.
  • pressure sensors on a supply line 9, which connects a pressure accumulator 10 to the injection valve be arranged on the pressure accumulator 10 or on a high-pressure pump 11 of the injection system 1 to measure corresponding pressure changes of the fuel at these components.
  • pressure sensors or flow sensors ⁇ could also be arranged at a pre-feed pump 26, with which the fuel is pumped from a tank 26 to the high pressure pump 25th
  • a triggered by the injection change a speed of an internal combustion engine 12 is detected in the cylinder 13, the fuel is injected with the injection valve 3. This speed change is measured with a speed sensor 14, which is arranged on a drive axle 15 of the internal combustion engine 12.
  • a knock sensor 17 of the system 1 is arranged on the cylinder, with which a body sound of the cylinder triggered by a combustion of the fuel injected into the cylinder 13 is measured.
  • the injection rate of the respective injection is determined by means of the correspondingly programmed control unit 2 and the corresponding actual lifting height is then calculated as a function of the injection rate, whereby further operating parameters, in particular the viscosity and the temperature of the fuel, are taken into account.
  • the control unit is connected for signal transmission with the sensors 6, 7, 8, 14 and 16, and for the evaluation of the respective measurement signals of these sensors and to the necessary arithmetic operations for determining the actual lifting height of the
  • the control unit 2 is set up to check the above-mentioned time difference using the actual lift heights calculated in this way and, if necessary, to correct the value of the time difference.
  • the actual lifting height is determined using the described time difference between the starting time of the closing movement and the closing time and / or using the capacity of the piezoactuator, without the measured values of the sensors 7, 8, 14, 16 and 17 in FIG be used as described above. Then these sensors 7, 8, 14, 16 and 17 can be omitted, whereby a simpler structure of the system can be achieved. , "
  • an actual value of a charging energy of the piezoactuator of the drive 5 is detected, that is to say a measured variable which characterizes a current state of the drive.
  • the measurement of the actual values of this measured variable characterizing the drive is carried out as directly as possible after each activation of the drive.
  • the actual value of the charging energy is then used as a control variable of a subordinate control loop of the control method, cf. also Figure 2 and the associated description below.
  • a deviation of the actual value of the charging energy from a desired value of the charging energy is interpreted as a control deviation of the subordinate control loop and used to control the signal or the manipulated variable for the drive, so in this case the charging time of the piezo actuator for a subsequent Einzelein ⁇ injection to correct so that the control deviation of the subordinate control loop is reduced.
  • the control method is thus carried out in the form of a cascade control in this example, see also Figure 2, in which the desired value of the charging energy of the actual lifting height and the desired lifting height depends. If, for example, the actual lift height is smaller (or larger) than the set lift height, ie if the values of the associated control deviation are positive (or negative), then the setpoint value of the charge energy for the next drive control is raised ( or lowered). Subsequently, the control signal is determined in accordance with the raised (or lowered) setpoint value of the positional energy so that the value of the manipulated variable, ie the charging time, correspondingly increased (or reduced), so that in this way at the next Activation of the drive a higher (or smaller)
  • control unit 2 comprises a computing unit 18 with a data memory 19 with a program implementation of the control method and a first PI Controller 20 and a second PI controller 21.
  • FIG. 2 schematically illustrates some of the above-described steps of this particular cascade-type implementation of the proposed control method.
  • a next single injection is first determined with the computing unit 18 the associated target lift in the form of the above-described time difference ⁇ depending on the desired injection rate.
  • this time difference of the nominal lift height is compared with the time difference of the actually achieved actual lift height of a preceding individual injection and the control deviation between the actual and desired lift height, ie the difference between the two associated time differences, calculated.
  • the actual lifting height can be, for example, the actual lifting height of the directly preceding individual injection, if the same desired lifting height was predetermined for it. Otherwise, an actual lifting height of a previous individual injection stored in the data memory 19 is used, for which the same desired lifting height was determined.
  • the first PI controller 20 determines a correction value to a pilot control charging energy of the piezoelectric actuator.
  • This pilot energy position is read in step S4 of a program stored in data memory 19 pre-map as a function of the desired lifting height from ⁇ .
  • said correction value of the first PI controller is added to the arithmetic unit 18 to the pre-control value of the charging energy. This results in the desired value of the charging energy for the subordinate control loop.
  • the control unit 19 determines the control deviation between this desired value of the charging energy and an actual value of the charging energy measured in the abovementioned previous individual injection.
  • a correction value for a pre-control value of the charging time is determined by the second PI controller 21 in step S7 with the arithmetic unit 18.
  • the pre-control value for the charging time is read from a pre-control characteristic map stored in the data memory 19 as a function of the desired value of the charging energy.
  • this correction value and the precontrol value are combined with the arithmetic unit 18 to form a control value of the charging time.
  • step S10 in a STEU ⁇ ersignal in the form of a charging current pulse whose duration corresponds to the charging time, generated by a power amplifier 22 of the control unit 2 and transmitted to the piezoelectric actuator of the actuator 6, so that the piezoelectric actuator is charged to a new actual boost energy becomes.
  • a change in length of the piezoelectric actuator is triggered and the closure element 4 is raised to a new actual lifting height.
  • step S6 to S9 are omitted, wherein in step
  • a pre-control value for the charging time is read from a pre-control characteristic map stored in the data memory 19 as a function of the desired lifting height.
  • the resulting value of the charging time is calculated from the correction value and the pilot value. Steps S10 and Sil are then as described above.
  • FIG. 3 shows, in the upper time diagram, time profiles of lifting heights h of closing elements 4 of three identical injection valves 3 of the system. The lifting heights shown are smaller than a defined by a mechanical stop Grenzhubière the injection valves, so that only the lowest injection openings 5 are opened. The resulting individual injections thus each have only a reduced injection rate (seat-throttled operation).
  • Control signal 24 for closing the injectors 3 each shown schematically as solid lines.
  • the three injection valves are at the same time t A with the same control signal 23 is driven to open for achieving the
  • Injectors 3 are charged. It can be seen that despite identical activation 23, the closure elements 3 are raised to different actual lifting heights hi, h.2, and h3. + After the control for opening the injection valves follows a holding period in which the closure elements 4 are held on the actual lift heights hi, h.2, and h 3 respectively achieved. At the start time t s , the injection valves are controlled by the control signal 24, which is given by a discharge current pulse. Due to the direct and practically delay-free power transmission between the piezoelectric elements and the closure elements, the closure elements are each offset practically without delay in a closing movement in the direction of the respective closed position.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Regelverfahren für ein Einspritzventil zum Einspritzen von Kraftstoff in eine Brennkraftmaschine, wobei in wiederkehrenden Einspritzzyklen und in Abhängigkeit von einer Soll-Hubhöhe eines Verschlusselementes des Einspritzventils jeweils mindestens ein Steuersignal zum Ansteuern eines Antriebs des Einspritzventils erzeugt wird, wobei der Antrieb durch das Steuersignal zum Anheben des Verschlusselements auf die Soll-Hubhöhe angesteuert wird und das Verschlusselement mittels des Antriebs auf eine Ist-Hubhöhe angehoben wird, wobei mindestens eine mit der Ist-Hubhöhe korrelierte Messgrösse erfasst wird und die Ist-Hubhöhe in Abhängigkeit von dieser mindestens einen Messgrösse bestimmt wird, wobei das Steuersignal in mindestens einem der nachfolgenden Einspritzzyklen in Abhängigkeit von einer Abweichung der Ist-Hubhöhe von der Soll-Hubhöhe erzeugt wird. Die Erfindung betrifft ausserdem ein entsprechendes Einspritzsystem.

Description

Beschreibung
Regelverfahren für ein Einspritzventil und Einspritzsystem Die Erfindung betrifft ein Regelverfahren für ein Einspritzventil zum Einspritzen von Kraftstoff in eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs. Die Erfindung betrifft außerdem ein entsprechendes Einspritzsystem gemäß dem Oberbegriff des Nebenanspruchs.
Derartige Regelverfahren dienen dazu, Einspritzventile so an¬ zusteuern, dass diese möglichst exakt zu vorgegebenen Zeitpunkten geöffnet und wieder geschlossen werden, um möglichst genau eine vorgegebene Menge eines unter Druck stehenden Kraftstoffs in die Brennkraftmaschine einzuspritzen. Auf diese Weise und gegebe¬ nenfalls auch mittels zusätzlicher Vor- und/oder Nacheinspritzungen zusätzlich zu einer Haupteinspritzung innerhalb eines Einspritzzyklus lässt sich die Effizienz der Brennkraftmaschine steigern und gleichzeitig Abgas- und Lärmemissionen verringern.
Ein Einspritzventil, häufig auch als Injektor bezeichnet, weist ein Verschlusselement auf, das mittels eines Stellantriebs, im Folgenden kurz als Antrieb bezeichnet, zum Öffnen und Schließen des Injektors bewegt werden kann. Im verschlossenen Zustand des Injektors, in dem keine Einspritzung erfolgt, befindet sich das Verschlusselement in einer Schließposition, die auch als Verschlussposition bezeichnet wird, in der es alle Einspritzöff¬ nungen des Injektors verschließt. Mittels des Antriebs kann das Verschlusselement, ausgehend von seiner Schließposition, an- gehoben werden, um auf diese Weise zumindest manche der Ein¬ spritzöffnungen freizugeben und die Einspritzung zu auszulösen.
Häufig weist das Verschlusselement eine Düsennadel auf oder ist als eine solche ausgestaltet. In ihrer Verschlussposition sitzt diese Düsennadel dann typischerweise auf einem sogenannten
Nadelsitz des Injektors. Der Antrieb des Injektors umfasst zum Bewegen des Verschlusselements einen Aktor, der typischerweise dazu eingerichtet ist, in Abhängigkeit eines Steuersignals das Verschlusselement aus der Schließposition auf eine Hubhöhe anzuheben, es in dieser Hubhöhe zu halten und/oder des Verschlusselement wieder zurück in die Schließposition zu bewegen. Beispielsweise kann dieser Aktor durch ein Piezoelement gegeben sein, das sich infolge von elektrischen Lade- oder
Entladevorgängen ausdehnt oder zusammenzieht und auf diese Weise eine Hub- oder Schließbewegung des Verschlusselements auslöst. Solche auch als Piezoaktoren bezeichnete Aktoren eignen sich besonders gut für ein genaues und verzögerungsfreies Bewegen des Verschlusselements. Dies ist besonders bei sogenannten direkt angetriebenen (Piezo-) Injektoren der Fall, bei denen eine direkte und verzögerungsfreie Kraftübertragung zwischen dem Piezoaktor und dem Verschlusselement ermöglichst wird. Ein solcher direkt angetriebener Injektor ist beispielsweise aus der Druckschrift EP 1760305 AI bekannt, deren Offenbarungsgehalt hiermit vollständig übernommen sei.
Bei der Anwendung bekannter Regelverfahren für Einspritzventile, bei denen Einspritzventile eines Einspritzsystems, beispiels¬ weise eines Common-Rail Einspritzsystems, mittels Steuersignalen angesteuert werden, stellt es sich häufig als problematisch heraus, dass zwischen baugleichen Einspritzventile innerhalb des Einspritzsystems Unterschiede in deren Ansprechverhalten auf die Steuersignale vorliegen können. Als besonders problemtische stellen sich Unterschiede im Öffnungsverhalten der Einspritzventile, da diese sich besonders stark auf Menge und Zeitpunkt von Einspritzungen auswirken können.
Solche Unterschiede können beispielsweise durch Fertigungsto¬ leranzen, fortschreitende Verschleißerscheinungen oder andere, möglicherweise ebenfalls zeitabhängige Störeinflüsse hervor¬ gerufen werden. Durch Verschließ kann zum Beispiel ein mit der Zeit größer werdendes Spiel zwischen dem Piezoaktor und dem
Schließelement zustande kommen, so dass das Einspritzventil erst mit einer genau bekannten Verzögerung nach einer Ansteuerung des Einspritzventils öffnet. Aus der Druckschrift DE 10 2008 023 373 AI ist beispielsweise ein Regelverfahren beschrieben, mit dem sich ein Leerhub, der aufgrund des oben genannten Spiels zwischen dem Piezoaktor und dem Verschlusselement zustande kommt, berück¬ sichtigt und ausgeglichen werden kann. Dabei ist vorgesehen, dass die Lage eines Maximums eines Kraftverlaufs einer vom Piezoaktor auf das Verschlusselement ausgeübten Kraft bestimmt wird und anhand der zeitlichen Lage dieses Maximums auf den Zeitpunkt der tatsächlichen Öffnung des Einspritzventils zurückgeschlossen wird. Anschließend wird die Lage des Maximums des Kraftverlaufs als eine Regelgröße des Regelverfahrens verwendet und auf einen Sollwert geregelt.
Neben dem beschriebenen Leerhub kann das Ansprechverhalten des Injektors auf das Ansteuersignal von vielen weiteren Ein¬ flussfaktoren und Störgrößen abhängen, wie z.B. einem Verschleiß weiterer Bauteile, einer Düsenkörpertemperatur, einer Kraft- stoffviskosität, einem Kraftstoffdruck, einer Temperatur des Piezoelements des Antriebs, wie auch einer Vorgeschichte des Piezoelements .
Neben einer möglichst genauen Einstellung des Einspritzzeitpunkts und der Einspritzmenge zunehmend auch eine Einstellung einer
Einspritzrate gefordert. Dabei sei mit der Einspritzrate die pro Zeiteinheit eingespritzte Kraftstoffmenge bezeichnet. Diese Anforderungen bedingen eine hohe Regelgüte des Regelverfahrens, welche auch dann noch hinreichend sein muss, wenn das An- sprechverhalten und insbesondere das Öffnungsverhalten eines verwendeten Injektors sich zeitlich ändert und/oder von einem erwarteten Verhalten bzw . eines Referenzverhaltens von Injektoren gleicher Bauart abweicht . Insbesondere stellt es sich aufgrund von abweichenden Öffnungsverhalten einzelner Injektoren eines Einspritzsystem als besonders schwierig heraus, gleiche Einspritzraten mit den einzelnen Injektoren des Systems zu erzielen (Gleichstellung) .
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein ent- sprechendes Regelverfahren für einen Injektor zum Einspritzen von Kraftstoff in eine Brennkraftmaschine vorzuschlagen, dass sich durch eine besonders gute Regelgüte auszeichnet und ein möglichst präzises Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennkraftmaschine mittels eines Injektors ermöglicht. Dabei soll insbesondere das individuelle Ansprechverhalten bzw. Öffnungsverhalten des oder der verwendeten Injektoren möglichst gut berücksichtigt bzw. ausgleichen werden. Neben fertigungsbedingten Toleranzen des Injektors sollen dabei auch zeitabhängige Störgrößen, wie die oben genannten, insbesondere ein fortlaufender Verschleiß oder Temperaturänderungen des Injektors, möglichst vollständig ausgeglichen werden. Außerdem soll ein entsprechendes Einspritzsystem vorgeschlagen werden, das sich zur Durchführung eines solchen Regelverfahrens eignet, das also eine möglichst genaue Ansteuerung eines Injektors des Systems und somit eine besonders genaue Vorgabe von Einspritzmengen und Einspritzzeitpunkten ermöglicht, wobei insbesondere ein injektor¬ individuelle Abweichungen des Ansprechverhaltens bzw. des Öffnungsverhaltens des Injektors von einem Referenzverhalten baugleicher Injektoren möglichst gut berücksichtigt bzw. aus¬ geglichen wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Regelver¬ fahren gemäß dem Hauptanspruch sowie durch ein Einspritzsystem gemäß dem Nebenanspruch. Weiterentwicklungen und spezielle Aus führungs formen der Erfindung sind Gegenstände der Unteransprüche .
Ein erfindungsgemäßes Regelverfahren für ein Einspritzventil zum Einspritzen von Kraftstoff in eine Brennkraftmaschine sieht demnach vor, dass in wiederkehrenden Einspritzzyklen und in Abhängigkeit von einer Soll-Hubhöhe eines Verschlusselementes des Einspritzventils jeweils mindestens ein Steuersignal zum An¬ steuern eines Antriebs des Einspritzventils erzeugt wird, wobei der Antrieb durch das Steuersignal zum Anheben des Ver¬ schlusselements auf die Soll-Hubhöhe angesteuert wird und das Verschlusselement mittels des Antriebs auf eine Ist-Hubhöhe angehoben wird.
Für das erfindungsgemäße Verfahren ist es entscheidend, dass mindestens eine mit der Ist-Hubhöhe korrelierte Messgröße erfasst wird, beispielsweise durch direktes oder indirektes Messen, und die Ist-Hubhöhe in Abhängigkeit von dieser mindestens einen Messgröße bestimmt wird. Außerdem ist vorgesehen, dass das Steuersignal in mindestens einem der nachfolgenden Einspritzzyklen, vorzugsweise in dem direkt nachfolgenden Einspritzzyklus, in Abhängigkeit von einer Abweichung der Ist-Hubhöhe von der Soll-Hubhöhe erzeugt wird.
Ein erfindungsgemäßes Einspritzsystem zum Einspritzen von Kraftstoff in eine Brennkraftmaschine ist dazu eingerichtet bzw. ausgestattet, das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen. Ein derartiges Einspritzsystem umfasst demnach eine Steuereinheit und mindestens ein Einspritzventil mit einem Verschlusselement zum Verschließen des Einspritzventils, wobei die Steuereinheit dazu eingerichtet ist, in wiederkehrenden Einspritzzyklen und in Abhängigkeit von einer Soll-Hubhöhe des Verschlusselementes jeweils mindestens ein Steuersignal zum Ansteuern eines Antriebs des mindestens einen Einspritzventils zu erzeugen. Dabei kann ein Einspritzzyklus eine oder mehrere Einzeleinspritzungen beinhalten, beispielsweise eine Haupteinspritzung und eine oder mehrere Vor- und/oder Nacheinspritzungen.
Der Antrieb ist dazu eingerichtet, in Abhängigkeit von dem Steuersignal das Verschlusselement auf die Soll-Hubhöhe anzu¬ heben. Aufgrund von nie vollständig zu vermeidenden Produkti- onstoleranzen, Verschließ und anderer Störeinflüssen wird diese Soll-Hubhöhe aber praktisch niemals exakt erreicht sondern nur mit einer gewissen Genauigkeit. Die tatsächliche Hubhöhe des Ver¬ schlusselements wird als Ist-Hubhöhe bezeichnet. Für das erfindungsgemäße Einspritzsystem ist es entscheidend, dass die Steuereinheit dazu eingerichtet ist, mindestens eine mit der Ist-Hubhöhe des Verschlusselements korrelierte Messgröße zu erfassen, beispielsweise durch direktes oder indirektes Messen, die Ist-Hubhöhe in Abhängigkeit von dieser mindestens einen Messgröße zu bestimmen und anschließend das Steuersignal in mindestens einem der nachfolgenden Einspritzzyklen, vorzugsweise in dem direkt nachfolgenden Einspritzzyklus, in Abhängigkeit von einer Abweichung der Ist-Hubhöhe von der Soll-Hubhöhe zu erzeugen. Die genannte Soll-Hubhöhe wird typischerweise bestimmt in Ab¬ hängigkeit von einem Öffnungsgrad, der zur Erzielung einer gewünschten Einspritzrate erforderlich ist, vorzugsweise unter Berücksichtigung weiterer Betriebsparameter, wie beispielsweise einem Druck, einer Temperatur und/einer Viskosität des Kraftstoffs. Für einen sogenannten sitzgedrosselten Betrieb, in dem durch das Verschlusselement eine bestimmte Drosselwirkung auf den Kraftstoff ausgeübt werden soll und/oder bei dem nur manche aber nicht alle von mehreren Einspritzlöchern des Einspritzventils freigegeben werden sollen, wird eine Soll-Hubhöhe vorgegeben, die kleiner als eine maximale Hubhöhe des Einspritzventils ist. Die maximale Hubhöhe wird häufig auch als Grenzhubhöhe bezeichnet und ist typischerweise durch einen mechanischen Anschlag des Ver¬ schlusselements oberhalb der Schließposition des Verschluss¬ elements definiert.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich das individuelle Öffnungsverhalten eines gegebenen Injektors be¬ sonders genau und zuverlässig durch die nach der Ansteuerung des Injektors, d.h. des Antriebs, erzielten Ist-Hubhöhe des Ver¬ schlusselementes charakterisieren lässt. Fertigungstoleranzen, Verschleiß und weitere Störeinflüsse, die das Öffnungsverhalten des Injektors beeinflussen können, lassen sich unter Verwendung der genannten Abweichung zwischen der Soll-Hubhöhe und der tatsächlich erzielten Ist-Hubhöhe besonders gut ausgleichen, indem eine nachfolgende Ansteuerung des Injektors entsprechend korrigiert wird. Daher lässt sich durch die Verwendung dieser Abweichung als Regelabweichung ein besonders robustes Regelverfahren für Injektoren erzielen, mit dem sich also auch mit solchen Injektoren präzise Einspritzungen und eine hohe Regelgüte erzielen lassen, deren Öffnungsverhalten von denen eines Referenzinjektors abweichen und/oder sich zeitlich ändern, beispielsweise durch Verschleiß der Injektoren.
Vorzugsweise wird also die Abweichung zwischen der Ist-Hubhöhe und der Soll-Hubhöhe selbst als Regelabweichung des Regelverfahrens verwendet. Dies bedeutet, dass in Abhängigkeit von der zu einer ersten Ansteuerung gehörenden Regelabweichung, also der Differenz zwischen der Ist-Hubhöhe und der Soll-Hubhöhe dieser ersten Ansteuerung, nachfolgende Ansteuerungen, d.h. die Steuersignale der nachfolgenden Ansteuerungen, so korrigiert werden, dass die Regelabweichungen der nachfolgenden Ansteuerungen geringer ausfallen als die Regelabweichung der ersten Ansteuerung. Auf diese Weise lässt sich ein präzises Einspritzen des Kraftstoffs erzielen, ohne dabei von einem referenztreuen und exakt vorgegebenen Öffnungsverhalten des Injektors abzuhängen. Die Ist-Hubhöhe, also die mittels der genannten korrelierten
Messgröße bzw. Messgrößen bestimmte tatsächlich erzielte Hubhöhe des Verschlusselements, soll auch durch solche Größen gegeben sein können, die selbst ein eindeutiges Maß für die Hubhöhe darstellen. Dabei muss die Einheit dieses Maßes bzw. dieser Größe keine Längeneinheit sein, sondern kann beispielsweise auch, wie weiter unten beschrieben wird, eine Zeiteinheit oder eine Druckeinheit sein. Insbesondere ist es möglich, dass diese als Maß für die Hubhöhe dienende bzw. verwendete Größe identisch mit (einer) der genannten korrelierten Messgröße (n) ist. In diesem Fall wird also diese Messgröße selbst als Ist-Hubhöhe interpretiert und ver¬ wendet .
Als Messgrößen, die mit der Ist-Hubhöhe korreliert sind und die zur Bestimmung der Ist-Hubhöhe verwendet werden, kommen vor- zugsweise solche Messgrößen in Betracht, die ihrerseits von der (nach der Ansteuerung) tatsächlich erzielten Ist-Hubhöhe des Verschlusselements beeinflusst werden, also physikalisch-kausal von der tatsächlich erzielten Hubhöhe abhängen. Hierfür werden weiter unten mehrere Beispiele genannt. Es ist auch möglich mehrere derartige Größen zur Bestimmung der Ist-Hubhöhe zu verwenden. Auf diese Weise kann die Ist-Hubhöhe besonders zu¬ verlässig bestimmt werden, Ausreißer leichter erkannt werden können und einzelne Messfehler weniger stark ins Gewicht fallen können .
Mit dem genannten Steuersignal wird mindestens eine Stellgröße des Antriebs auf den Antrieb übertragen. In einer Weiterentwicklung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Antrieb einen Piezo-Aktor 0
o
zum Bewegen des Verschlusselements aufweist. Mit dem Steuersignal wird dann als Stellgröße eine Ladestromstärke, eine Ladespannung und/oder eine Ladezeit zum Aufladen des Piezo-Aktors vorgegeben und auf den Piezoaktor übertragen. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Injektor um einen direkt angetriebenen Piezo-Inj ektor, bei dem also, wie oben beschrieben, eine direkte und praktisch verzögerungsfreie Kraftübertragung zwischen dem Piezo-Aktor und dem Verschlusselement realisiert wird. Prinzipiell kann aber auch ein Magnetaktor vorgesehen sein. In einer besonders bevorzugten Weiterentwicklung ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, unter Verwendung von durch den Piezo-Aktor erzeugten elektrischen Signalen zumindest eine der mindestens einen mit der Ist-Hubhöhe korrelierten Messgröße zu bestimmen. Hierbei dient der
Piezo-Aktor des Antriebs also zusätzlich als Sensor, also als Piezo-Sensor, zum Messen dieser Messgröße. Ein Beispiel hierfür wird weiter unten beschrieben.
In einer Weiterentwicklung ist vorgesehen, dass nach Ansteuerung des Antriebs mit dem Steuersignal ein Ist-Wert einer Messgröße erfasst wird, die den Antrieb, beispielsweise einen momentanen Zustand, einen momentanen Bewegungszustand oder einen momentanen dynamischen Zustand des Antriebs, charakterisiert. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Zustand des Antriebs um einen, der zeitlich vor dem erzielen der Ist-Hubhöhe vorliegt, so dass die Ist-Hubhöhe vorzugsweise physikalisch-kausal von dem Ist-Wert der diesen Zustand charakterisierenden Messgröße abhängt. In mindestens einem der nachfolgenden Einspritzzyklen wird eine Abweichung dieses Ist-Wertes von einem Soll-Wert dieser Messgröße bei der Erzeugung des Steuersignals berücksichtigt. Hierzu kann die Steuereinheit entsprechend eingerichtet sein. Dabei kann vor¬ gesehen sein, dass der Ist-Wert dieser Messgröße als Regelgröße eines unterlagerten Regelkreises des Regelverfahrens verwendet wird. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass als solche Messgröße eine Ladeenergie eines Piezo-Aktors des Antriebs oder auch eine zeitlicher Kraftverlauf des Antriebs bzw. eine Kenngröße dieses Kraftverlaufs wie etwa ein Kraftmaximum verwendet wird. Die Verwendung eines Kraftmaximums als Regelgröße eines Regelver¬ fahrens für einen Injektor zum Ausgleich eines Leerhubs und damit einhergehenden Verzögerungen im Öffnungsverhalten wurde bereits eingangs beschrieben.
Durch Verwendung der den Zustand des Antriebs charakterisierenden Messgröße, insbesondere dann, wenn der erzielte Ist-Nadelhub von dem Ist-Wert dieser den Antrieb charakterisierenden Messgröße abhängt, lässt sich eine besonders robuste Kaskadenregelung realisieren. Bei einer solchen Kaskadenregelung beinhaltet das Regelverfahren die Regelung der den Antrieb charakterisierenden Messgröße als einen weiteren „untergelagerten" Regelkreis. Dabei wird vorzugsweise der Nadelhub als Regelgröße eines „äußeren" Regelkreises des Verfahrens verwendet und der Ladezustand bzw. eine Ladeenergie des Piezoaktors als Regelgröße des unterlagerten Regelkreises. Hierzu kann die Steuereinheit entsprechend ein¬ gerichtet sein. Dies wird weiter unten anhand eines speziellen Ausführungsbeispiels weiter beschrieben werden.
Vorzugsweise wird die Messung des Ist-Wertes der den Antrieb charakterisierenden Messgröße möglichst unmittelbar nach einer Ansteuerung des Injektors vorgenommen, vorzugsweise zumindest einmal pro Einspritzzyklus, besonders bevorzugt nach jeder einzelnen Ansteuerung des Injektors.
In einer Aus führungs form umfasst das Einspritzsystem einen Nadelhubsensor, mit dem der Ist-Nadelhub direkt gemessen wird. Um die mit einem derartigen Nadelhubsensor zusätzlichen Kosten einzusparen, werden aber vorzugsweise andere mit dem Ist-Nadelhub korrelierte Messgrößen zur Bestimmung des Ist-Nadelhubs gemessen und verwendet. Im Folgenden werden, nicht abschließend, einige Beispiele hierfür beschrieben.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass zumindest eine der mindestens einen mit der Ist-Hubhöhe korrelierte Messgröße als Zeitdifferenz zwischen einem Schließzeitpunkt, in dem das Verschlusselement in einer Verschlussposition eintrifft, und einem vorangegangenen StartZeitpunkt einer Schließbewegung des Verschlusselements in Richtung der Verschlussposition, gemessen wird. Dabei wird die Schließbewegung mit dem Antrieb zum StartZeitpunkt ausgelöst. Der StartZeitpunkt der Schließbewegung kann unter Verwendung der Ansteuerung des Antriebs mit einem entsprechenden Steuersignal zum Auslösen dieser Schließbewegung bestimmt werden.
Vorzugsweise wird der Schließzeitpunkt mittels des Piezo-Aktors selbst erfasst, indem ein durch das Auftreffen des Verschlusselements in der Verschlussposition ausgelöstes elekt¬ risches Signal im Piezo-Aktor gemessen und mit der entsprechend eingerichteten Steuereinheit ausgewertet wird. Die genannte Zeitdifferent ist die Dauer der Schließbewegung, also die Zeit, die das Verschlusselement benötigte, um ausgehende von der Ist-Hubhöhe zur Schließ- bzw. Verschlussposition zurückzukehren . Da also ein eindeutiger Zusammenhang zwischen dieser Zeitdifferenz und der Ist-Hubhöhe besteht, kann diese Zeitdifferenz selbst als Maß für die Ist-Hubhöhe verwendet werden. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass die Ist-Hubhöhe aus dieser Zeit¬ differenz in einem weiteren Verfahrensschritt bestimmt wird, entweder unter Verwendung einer entsprechenden (zeitintegrierten) Bewegungsgleichung, in die die Zeitdifferenz eingesetzt wird, oder unter Verwendung eines entsprechenden Kennfeldes, in welchem Wertepaare von Zeitdifferenzen und zugehöriger
Ist-Hubhöhen sowie gegebenenfalls weitere Betriebsparameter, wie etwa die Temperatur und der Druck des Kraftstoffs abgelegt sind. Hierfür kann die Steuereinheit entsprechend eingerichtet sein.
Es kann ferner vorgesehen sein, dass zumindest eine der mindestens einen mit der Ist-Hubhöhe korrelierten Messgröße durch eine elektrische Kapazität gegeben ist, die der Piezo-Aktor des Antriebs in einem Zeitpunkt aufweist, in dem sich das Ver¬ schlusselement auf der Ist-Hubhöhe befindet. Vorzugsweise wird diese Kapazität für den Zeitpunkt direkt nach der Hubbewegung, am Ende des Ansteuersignais für die Hubbewegung oder zum Start¬ zeitpunkt der Schließbewegung, also unmittelbar vor der Steuersignal zum Auslösen der Schließbewegung bestimmt . Dabei kann die Kapazität unter Verwendung der bekannten Formel C = Q/U oder C = integral [ I ( t ) dt]/U berechnet werden, wobei beispielsweise über die Dauer einer vorausgegangene Ladezeit und ggf. einer an- schließenden Haltedauer des Verschlusselements auf der
Ist-Hubhöhe während eines Einspritzzyklus integriert wird. Es wird dann also die Kapazität nicht selbst direkt gemessen, sondern der zeitliche Verlauf eines Lade- bzw. Entladestroms des
Piezoaktors und eine Piezoaktor anliegenden elektrische Spannung.
Ferner ist es möglich, dass zumindest eine der mindestens einen mit der Ist-Hubhöhe korrelierten Messgröße als Einspritzrate des Kraftstoffs mittels eines Durchflusssensors des Einspritzsystems gemessen wird. Anschließend wird dann in Abhängigkeit von der Einspritzrate die Ist-Hubhöhe während des Einspritzens bestimmt. Hierfür kann die Steuereinheit entsprechend eingerichtet sein.
Es kann außerdem vorgesehen sein, dass zumindest eine der mindestens einen mit der Ist-Hubhöhe korrelierten Messgröße gemessen wird, indem in dem Einspritzventil, einer Zuleitung zum Einspritzventil und/oder in einem Druckspeicher ein durch das Einspritzen des Kraftstoffs ausgelöster Druckabfall des
Kraftstoffs erfasst wird und hieraus die eingespritzte Menge, die Einspritzrate und schließlich die Ist-Hubhöhe berechnet wird.
Außerdem kann das Einspritzsystem einen Drucksensor zur Messung des genannten Druckabfalls umfassen. Es kann auch vorgesehen sein, dass zumindest eine der mindestens einen mit der Ist-Hubhöhe korrelierten Messgröße als eine durch die Einspritzung ausgelöste Änderung einer Drehzahl der Brennkraftmaschine erfasst wird. Diese Drehzahländerung kann beispielsweise mittels eines
Drehzahlsensors bestimmt werden, der typischerweise an einer Antriebsachse oder Pleuelstange der Brennkraftmaschine ange- ordnet ist. Aus der Drehzahländerung kann die eingespritzte Kraftstoffmenge, die Einspritzrate und schließlich die
Ist-Hubhöhe berechnet werden.
Es ist auch möglich, dass mittels eines Zylinderdrucksensors des Einspritzsystems zumindest eine der mindestens einen mit der Ist-Hubhöhe korrelierten Messgröße als eine durch die Ein¬ spritzung ausgelöste Änderung eines Drucks in einem Zylinder der Brennkraftmaschine gemessen wird. Aus der Druckänderung kann die eingespritzte Kraftstoffmenge, die Einspritzrate und schließlich die Ist-Hubhöhe rückgerechnet werden.
Schließlich kann zumindest eine der mindestens einen Messgröße als ein durch eine Verbrennung des in einen Zylinder der Brennkraftmaschine eingespritzten Kraftstoffs ausgelöster Körperschall des Zylinders mittels eines Klopfsensors des Ein- spritzsystems gemessen werden. Aus der Intensität des Körper¬ schall kann die eingespritzte Kraftstoffmenge, die Einspritzrate und schließlich die Ist-Hubhöhe rückgerechnet werden.
In Abhängigkeit der genannten Messgrößen kann also anschließend die Einspritzrate bestimmt werden, wobei in Abhängigkeit von der Einspritzrate die Ist-Hubhöhe während des Einspritzens bestimmt werden kann. Hierzu werden vorzugsweise weiterer Betriebspa¬ rameter, wie beispielsweise der Viskosität und der Temperatur des Kraftstoffs, berücksichtigt. Die Steuereinheit kann zur
Durchführung der Auswertung der jeweiligen Messsignale und zur Durchführung der notwendigen Rechenoperationen entsprechend eingerichtet sein.
Die Formulierung „eingerichtet sein" soll im Fall der Steuereinheit das Vorliegen einer entsprechenden programmtechnischen Einrichtung bzw. einer entsprechenden Programmierung der
Steuereinheit bezeichnen können. Zu diesem Zweck weist die
Steuereinheit typischerweise ein geeignetes Speichermedium sowie eine Recheneinheit, gegebenenfalls weitere Speichermedien sowie entsprechende Datenschnittstellen auf zur Durchführung der jeweiligen beschriebenen Verfahrensschritte, zu denen die Steuereinheit j eweils eingerichtet sein soll . Im Fall des Antriebs oder anderer mechanisch wirkender Komponenten des Systems soll unter die Formulierung „eingerichtet sein" eine entsprechende Ausgestaltung, Ausformung, Konstruktion der jeweiligen Komponente oder eine mechanische oder signaltechnische Wirkverbindung dieser Komponente mit anderen Komponenten des Systems, insbe¬ sondere mit der Steuereinheit, verstanden werden können. Im Folgenden soll die Erfindung anhand eines speziellen Ausführungsbeispiels, das in Figuren 1 bis 3 schematisch dargestellt ist, näher erläutert werden. Es zeigt: Figur 1 ein Einspritzsystem hier vorgeschlagener Art;
Figur 2 Verfahrensschritte eines Regelverfahrens hier
vorgeschlagener Art; und Figur 3 zeitliche Verläufe von Ist-Hubhöhen von Verschlusselementen dreier baugleicher Einspritzventile des in Figur 1 gezeigten Einspritzsystems.
In Figur 1 ist ein Einspritzsystem 1 hier vorgeschlagener Art schematisch dargestellt, das zur Ausführung einer speziellen
Ausführung des hier vorgeschlagenen Regelverfahrens eingerichtet ist. Das System 1 umfasst eine Steuereinheit 2 und eine Mehrzahl, beispielsweise vier, baugleich ausgeführte Einspritzventile 3, von denen der Übersichtlichkeit halber hier aber nur eines dargestellt ist und im Folgenden beschrieben wird. Ebenso wird die programmtechnische Einrichtung der Steuereinheit nur in Bezug auf dieses eine Einspritzventil 3 beschrieben, obwohl eine ent¬ sprechende Programmierung auch bezüglich der weiteren Ein- spritzventile vorliegt. Somit beziehen sich auch die hier be- schriebenen Verfahrensschritte, siehe auch Figur 2, auf jedes einzelne der Einspritzventile des Einspritzsystems 1.
Das Einspritzventil 3 weist jeweils ein als Düsennadel ausge¬ staltetes Verschlusselement 4 zum Öffnen und Verschließen von Einspritzöffnungen 5 des Einspritzventils 3, die in verschiedenen Ebenen angeordnet sind. Das Einspritzventil ist also als eine sogenannte Variodüse ausgestaltet. Je nach Ist-Hubhöhe der Düsennadel können somit manche der Einspritzöffnungen 5 geöffnet werden, durch welche dann Kraftstoff ein gespritzt wird, und andere, höher angeordnete Einspritzöffnungen 5 verschlossen bleiben. Falls nicht alle Einspritzöffnungen 5 freigegeben werden, befindet sich Einspritzventil typischerweise in einem sitzgedrosselten Betrieb. Für einen solchen Betrieb wird eine Soll-Hubhöhe vorgegeben, die kleiner als eine maximale, durch einen mechanischen Anschlag definierte Hubhöhe des Einspritz¬ ventils ist. Über die Ist-Hubhöhe wird also ein Öffnungsgrad der Einspritzventile eingestellt. Die Steuereinheit 2 ist dazu eingerichtet, je nach gewünschter Einspritzrate, den zugehörigen Öffnungsgrad des Einspritzventils 3 in Abhängigkeit von einer Temperatur, einer Viskosität und einem Druck des Kraftstoffs zu bestimmen und aus diesem Öffnungsgrad eine zur Erzielung dieses Öffnungsgrads erforderliche Soll-Hubhöhe des Verschlusselements 3 zu berechnen.
Die Steuereinheit 2 ist außerdem dazu programmiert, in wie¬ derkehrenden Einspritzzyklen und in Abhängigkeit von der berechneten Soll-Hubhöhe jeweils mindestens ein Steuersignal zum Ansteuern eines Antriebs 6 des Einspritzventils 3 zu erzeugen. In jedem Einspritzzyklus können mittels aufeinander folgender Steuersignale mehrere Einzeleinspritzungen durchgeführt werden, welche sich, in Abhängigkeit von dem jeweiligen Steuersignal, in ihrer Einspritzmenge und ihrem zeitlichen Einspritzratenverlauf voneinander unterscheiden können.
Mit dem Steuersignal werden in Abhängigkeit von der Soll-Hubhöhe Stellgrößen des Antriebs 6 festgelegt und auf den Antrieb 6 übertragen. In dem gezeigten Beispiel ist der Antrieb durch einen Piezo-Aktor gegeben. Als Stellgröße wird eine Ladezeit des Piezo-Aktors verwendet. Alternativ oder zusätzlich zu der Ladezeit könnte außerdem eine einstellbare Ladespannung und/oder ein einstellbarer Ladestrom als Stellgrößen verwendet werden. Der Antrieb 6 ist dazu eingerichtet, in Abhängigkeit von dem Steuersignal das Verschlusselement auf die Soll-Hubhöhe anzu¬ heben. Dabei wird durch das Steuersignal der Piezoaktor bis zu einer Ladeenergie, die insbesondere von der Ladezeit abhängt, elektrisch aufgeladen, so dass sich der Piezoaktor aufgrund des Piezoeffektes ausdehnt und das Verschlusselement in eine Hub¬ bewegung bis auf die Ist-Hubhöhe versetzt wird. Bei dem Ein¬ spritzventil handelt es sich um einen direkt angetriebenen Piezo-Inj ektor, bei dem eine direkte und praktisch verzögerungsfreie Kraftübertragung zwischen dem Antrieb 6 und dem Verschlusselement gewährleistet wird.
Aufgrund von Produktionstoleranzen und Verschleiß des Ein- spritzventils , insbesondere des Verschlusselements 4 und einem Nadelsitz 3 auf dem das Verschlusselement 4 in seiner
Schließposition aufsitzt, sowie anderer bereits genannter Störeinflüssen wird die gewünschte Soll-Hubhöhe nur selten exakt erreicht. Das heißt, zwischen der tatsächlich erzielten
Ist-Hubhöhe des Verschlusselements 4 und der Soll-Hubhöhe besteht in der Regel eine Abweichung. Die Steuereinheit 2 ist daher außerdem dazu eingerichtet, mehrere mit der Ist-Hubhöhe des Verschlusselements 4 korrelierte Messgrößen zu erfassen, die jeweils von der tatsächlich erzielten Ist-Hubhöhe beeinflusst werden und von dieser abhängen. Die Steuereinheit 2 ist außerdem programmtechnisch dazu eingerichtet, die Ist-Hubhöhe in Ab¬ hängigkeit von diesen Messgrößen zu bestimmen und anschließend das Steuersignal mindestens einer der nachfolgenden Einzeleinspritzungen der nachfolgenden Einspritzzyklen in Abhängigkeit von der Abweichung der Ist-Hubhöhe von der Soll-Hubhöhe zu erzeugen. Dabei wird die Abweichung zwischen der Ist-Hubhöhe und der
Soll-Hubhöhe als Regelabweichung des Regelverfahrens verwendet, d.h. die Steuersignale der nachfolgenden Ansteuerungen werden so korrigiert, dass die folgenden Regelabweichungen reduziert werden .
Die Steuereinheit 2 ist dazu eingerichtet, den Antrieb 6 zum Schließen des Einspritzventils 3 anzusteuern. Infolge eines entsprechenden Steuersignals, das in diesem Beispiel durch einen Entladestrom gegeben ist, der zu einer Entladung und einem Zusammenziehen des Piezo-Aktors führt, wird das Verschlusselement 4 in eine Schließbewegung in Richtung der Verschlussposition, also in Richtung des Nadelsitzes 3λ versetzt. Beim Auftreffen des Verschlusselements 4 auf dem Nadelsitz 3 λ wird ein Rückstoß auf den Piezo-Aktor übertragen, der einen elektrischen Impuls in dem Piezo-Aktor 6 auslöst. Die Steuereinheit 2 ist dazu eingerichtet, unter Verwendung dieses elektrischen Impulses den Schließzeitpunkt zu bestimmen. Der genannte elektrische Impuls ist also ein Messsignal, das den Schließzeitpunkt signalisiert. Der Piezo-Aktor dient also zusätzlich als Sensor zum Detektieren des Auftreffens des Verschlusselementes in der Schließposition. Anschließend berechnet die Steuereinheit 2 die Zeitdifferenz zwischen dem Start Zeitpunkt der Schließbewegung, welcher durch den Zeitpunkt der Übertragung des entsprechenden Steuersignals gegeben ist, und dem Schließzeitpunkt. Diese Zeitdifferenz wird als Maß für die Ist-Hubhöhe verwendet. Zusätzlich oder alternativ könnte auch vorgesehen sein, dass die Ist-Hubhöhe selbst aus dieser Zeitdifferenz bestimmt wird, beispielsweise mittels einer Bewegungsgleichung oder anhand von entsprechenden Kennfeldern, wie weiter oben beschrieben wurde.
Außerdem wird mittels der Steuereinheit 2 eine Kapazität des Piezo-Aktors des Antriebs 6 bestimmt, den der Piezo-Aktor un- mittelbar vor dem Steuersignal beim Start Zeitpunkt der
Schließbewegung aufweist . Die Kapazität wird unter Verwendung der bekannten Formel C = J [I(t) dt]/U berechnet, wobei von dem Start Zeitpunkt der Hubbewegung bis zum Start Zeitpunkt der an¬ schließenden Schließbewegung integriert wird.
Zusätzlich wird eine Einspritzrate des Kraftstoffs mittels eines dem Einspritzsystem zugeordneten Durchflusssensors 7 des Ein- sprit zsystems 1 gemessen und mit der Steuereinheit 2 in Ab¬ hängigkeit von der Einspritzrate die Ist-Hubhöhe während des Einspritzens bestimmt.
In dem Einspritzventil 3 wird mit einem Drucksensor 8 des Einspritzventils 3 ein durch das Einspritzen des Kraftstoffs ausgelöster Druckabfall des Kraftstoffs in dem Einspritzventil erfasst wird. Es könnten auch (weitere) Drucksensoren an einer Zuleitung 9, die einen Druckspeicher 10 mit dem Einspritzventil verbindet, an dem Druckspeicher 10 oder an einer Hochdruckpumpe 11 des Einspritzsystems 1 angeordnet sein, um entsprechende Druckänderungen des Kraftstoffs an diesen Komponenten zu messen. Prinzipiell könnten derartige Drucksensoren oder Durchfluss¬ sensoren auch an einer Vorförderpumpe 26 angeordnet sein, mit der der Kraftstoff aus einem Tank 26 zur Hochdruckpumpe 25 gefördert wird . Außerdem wird eine durch die Einspritzung ausgelöste Änderung einer Drehzahl einer Brennkraftmaschine 12 erfasst, in deren Zylinder 13 der Kraftstoff mit dem Einspritzventil 3 eingespritzt wird. Diese Drehzahländerung wird mit einem Drehzahlsensor 14 gemessen, welcher an einer Antriebsachse 15 der Brennkraftmaschine 12 angeordnet ist.
Es wird zusätzlich mit einem an dem Zylinder 13 angeordneten Zylinderdrucksensor 16 des Systems eine durch die Einspritzung ausgelöste Änderung eines Drucks in dem erfasst. Außerdem ist an dem Zylinder ein Klopfsensor 17 des Systems 1 angeordnet, mit dem ein durch eine Verbrennung des in den Zylinder 13 eingespritzten Kraftstoffs ausgelöster Körperschall des Zylinders gemessen wird. In Abhängigkeit der genannten Messgrößen wird mittels der entsprechend programmierten Steuereinheit 2 die Einspritzrate der jeweiligen Einspritzung bestimmt und in Abhängigkeit von der Einspritzrate anschließend jeweils die zugehörige Ist-Hubhöhe berechnet, wobei weitere Betriebsparameter, wie insbesondere die Viskosität und die Temperatur des Kraftstoffs berücksichtigt werden. Die Steuereinheit ist zur Signalübertragung mit den Sensoren 6, 7, 8, 14 und 16 verbunden, und für die Auswertung der jeweiligen Messsignale dieser Sensoren sowie zu den notwendigen Rechenoperationen zur Bestimmung der Ist-Hubhöhe aus den
Messsignalen programmtechnisch eingerichtet. Außerdem ist die Steuereinheit 2 dazu eingerichtet, unter Verwendung der auf diese Weise berechneten Ist-Hubhöhen die oben genannte Zeitdifferenz zu überprüfen und gegebenenfalls den Wert der Zeitdifferenz zu korrigieren .
In einer einfacheren Aus führungs form wird die Ist-Hubhöhe unter Verwendung der beschriebenen Zeitdifferenz zwischen Startzeitpunkt der Schließbewegung und dem Schließzeitpunkt und/oder unter Verwendung der Kapazität des Piezoaktors bestimmt, ohne dass die Messwerte der Sensoren 7, 8, 14, 16 und 17 in der oben beschriebenen Weise verwendet werden. Dann können diese Sensoren 7, 8, 14, 16 und 17 entfallen, wodurch ein einfacherer Aufbau des Systems erzielt werden kann. ,„
Zusätzlich wird nach einer jeden Ansteuerung des Antriebs 5 ein Ist-Wert einer Ladeenergie des Piezoaktors des Antriebs 5 erfasst, also eine Messgröße, die einen momentanen Zustand des Antriebs charakterisiert. Die Messung des Ist-Werte dieser den Antrieb charakterisierenden Messgröße wird möglichst unmittelbar nach einer jeden Ansteuerung des Antriebs vorgenommen.
Der Ist-Wert der Ladeenergie wird anschließend als Regelgröße eines unterlagerten Regelkreises des Regelverfahrens verwendet, vgl. auch Figur 2 und die zugehörige Beschreibung unten. Eine Abweichung des Ist-Wertes der Ladeenergie von einem Sollwert der Ladeenergie wird dabei als eine Regelabweichung des unterlagerten Regelkreises interpretiert und dazu verwendet, das Steuersignal bzw. die Stellgröße für den Antrieb, also in diesem Fall die Ladezeit des Piezo-Aktors , für eine nachfolgende Einzelein¬ spritzung so zu korrigieren, dass die Regelabweichung des unterlagerten Regelkreises verringert wird. Dahingegen wird in Abhängigkeit von der Regelabweichung der Hubhöhe, also die Abweichung der durch die Ansteuerung des Antriebs 6 erzielten Ist-Hubhöhe von der Soll-Hubhöhe, der Soll-Wert des unterlagerten Regelkreises, also die Soll-Ladeenergie des Piezo-Aktors, (gegebenenfalls) so korrigiert, das eine Regelabweichung der Hubhöhe verringert wird. Diese Korrektur des Soll-Wertes des unterlagerten Regelkreises führt also indirekt zu einer Korrektur der Stellgröße.
Das Regelverfahren wird in diesem Beispiel also in der Form einer Kaskadenregelung ausgeführt, siehe auch Figur 2, bei der der Soll-Wert der Ladeenergie von der Ist-Hubhöhe und der Soll-Hubhöhe abhängt. Falls beispielsweise die Ist-Hubhöhe kleiner (bzw. größer) als die Soll-Hubhöhe ist, falls also der Werte der zugehörigen Regelabweichung positiv (bzw. negativ) ist, wird daraufhin der Soll-Wert der Ladeenergie für die nächsten Ansteuerung des Antriebs angehoben (bzw. abgesenkt) . Anschließend wird in Abhängigkeit des angehobenen (bzw. abgesenkten) Soll-Wert der Lageenergie das Steuersignal so bestimmt, dass der Wert der Stellgröße, also der Ladezeit, entsprechend vergrößert (bzw. verkleinert) wird, so dass auf diese Weise bei der nächsten Ansteuerung des Antriebs ein höherer (bzw. kleinerer)
Ist-Nadelhub und somit eine kleinere Regelabweichung zwischen Ist- und Soll-Nadelhub erzielt wird, siehe auch Figur 3. Zur Durchführung der beschriebenen Verfahrensschritte umfasst die Steuereinheit 2 eine Recheneinheit 18 mit einem Datenspeicher 19 mit einer programmtechnischen Implementierung des Regelverfahrens sowie einen ersten PI-Regler 20 und einen zweiten PI-Regler 21.
In Figur 2 sind einige der oben beschriebenen Schritte dieser speziellen, kaskadenartigen Ausführung des vorgeschlagenen Regelverfahrens schematisch dargestellt. Im ersten Schritt Sl wird zunächst in Abhängigkeit von der gewünschten Einspritzrate einer nächsten Einzeleinspritzung mit der Recheneinheit 18 die zugehörige Soll-Hubhöhe in Form der oben beschriebenen Zeit¬ differenz bestimmt. Im zweiten Schritt S2 wird diese Zeitdifferenz der Soll-Hubhöhe mit der Zeitdifferenz der tatsächlich erreichten Ist-Hubhöhe einer vorausgegangenen Einzeleinspritzung verglichen und die Regelabweichung zwischen Ist- und Soll-Hubhöhe, also die Differenz der beiden zugehörigen Zeitdifferenzen, berechnet. Bei der Ist-Hubhöhe kann es sich beispielsweise um die Ist-Hubhöhe der direkt vorausgegangenen Einzeleinspritzung handeln, falls für sie die gleiche Soll-Hubhöhe vorgegeben war . Andernfalls wird eine im Datenspeicher 19 gespeicherte Ist-Hubhöhe einer vorausgegangenen Einzeleinspritzung verwendet, für die die gleiche Soll-Hubhöhe bestimmt war.
In Abhängigkeit von der berechneten Regelabweichung wird mit dem ersten PI-Regler 20 ein Korrekturwert zu einer Vorsteuer- Ladeenergie des Piezoaktors bestimmt. Diese Vorsteuer-Lageenergie wird in Schritt S4 aus einem im Datenspeicher 19 gespeicherten Vorsteuer-Kennfeld in Abhängigkeit von der Soll-Hubhöhe aus¬ gelesen. In Schritt S5 wird der genannte Korrekturwert des ersten PI-Reglers mit der Recheneinheit 18 zu dem Vorsteuerwert der Ladeenergie addiert. Hieraus ergibt sich der Soll-Wert der Ladeenergie für den unterlagerten Regelkreis. In Schritt S6 wird mit der Recheneinheit 19 die Regelabweichung zwischen diesem Soll-Wert der Ladeenergie und einem in der oben genannten, vorausgegangenen Einzeleinspritzung gemessenen Ist-Wert der Ladeenergie bestimmt. In Abhängigkeit von dieser Regelabweichung wird in Schritt S7 mittels dem zweiten PI-Regler 21 ein Korrekturwert zu einer Vorsteuerwert der Ladezeit mit der Recheneinheit 18 bestimmt. In Schritt S8 wird in Abhängigkeit von dem Soll-Wert der Ladeenergie der Vorsteuerwert für die Ladezeit aus einer in dem Datenspeicher 19 abgelegten Vorsteuer-Kennfeld ausgelesen. In Schritt S9 werden mit der Recheneinheit 18 dieser Korrekturwert und der Vorsteuerwert zu einem Stellwert der Ladezeit zusammengerechnet. In Schritt S10 wird in ein Steu¬ ersignal in Form eines Ladestrom-Impuls, dessen Dauer dieser Ladezeit entspricht, mit einer Endstufe 22 der Steuereinheit 2 erzeugt und auf den Piezoaktor des Antriebs 6 übertragen, so dass der Piezoaktor auf eine neue Ist-Ladeenergie aufgeladen wird. Durch diese Aufladung des Piezoaktors wird eine Längenänderung des Piezoaktors ausgelöst und das Verschlusselement 4 bis zu einer neuen Ist-Hubhöhe angehoben.
In einer etwas einfacheren, aber dennoch robusten Ausführung des Regelverfahrens wird auf die oben beschriebenen unterlagerten Regelung der Ladeenergie verzichtet . Dann wird in Abhängigkeit von der Regelabweichung zwischen Soll-Hubhöhe und Ist-Hubhöhe direkt der Wert der Stellgröße, also die Ladezeit, so korrigiert, dass die Regelabweichung einer nachfolgenden Einspritzung reduziert wird. Dann entfallen also die Schritte S6 bis S9, wobei in Schritt
53 in Abhängigkeit von der Regelabweichung zwischen Ist-Hubhöhe und dem Soll-Hubhöhe mittels dem PI-Regler 20 der Korrekturwert für die Ladezeit mit der Recheneinheit 18 bestimmt und in Schritt
54 in Abhängigkeit von der Soll-Hubhöhe ein Vorsteuerwert für die Ladezeit aus einer in dem Datenspeicher 19 abgelegten Vorsteuer-Kennfeld ausgelesen wird. In Schritt S5 wird aus dem Korrekturwert und dem Vorsteuerwert der resultierende Wert der Ladezeit berechnet. Schritte S10 und Sil sind dann wie oben beschrieben .
In dem beschriebenen Regelverfahren werden also in Abhängigkeit von der festgestellten Regelabweichungen Korrekturwerte bestimmt, mit denen aus Vorsteuer-Kennfeldern - im gezeigten Beispiel für die Ladeenergie bzw. die Ladezeit - ausgelesenen Soll-Werte bzw. Steuergrößen korrigiert werden. Im hier be- schriebenen Ausführungsbeispiel wird das Übertragungsverhalten der PI-Regler 20 und 21 nicht verändert. Prinzipiell ist dies natürlich ebenfalls möglich. So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass das Übertragungsverhalten bzw. die Übertragungsfunktionen der verwendeten Regler in Abhängigkeit von den festgestellten Regelabweichungen automatisch an das sich zeitlich ändernde Öffnungsverhalten der Injektoren oder andere zeitlich veränderliche Störgrößen angepasst werden, dass also ein so¬ genanntes adaptives Regelverfahren durchgeführt wird. In Figur 3 sind in dem oberen Zeitdiagramm zeitliche Verläufe von Hubhöhen h von Verschlusselementen 4 dreier der baugleichen Einspritzventile 3 des Systems gezeigt. Die gezeigten Hubhöhen sind kleiner als eine durch einen mechanischen Anschlag definierte Grenzhubhöhe der Einspritzventile, so dass nur jeweils die untersten Einspritzöffnungen 5 geöffnet werden. Die sich ergebenen Einzeleinspritzungen weisen also jeweils eine nur reduzierte Einspritzrate auf (sitzgedrosselter Betrieb) .
In dem unteren Zeitdiagramm sind die zeitlichen Verläufe der Ladestromstärke I des Steuersignals 23 zum Öffnen bzw. des
Steuersignals 24 zum Schließen der Einspritzventile 3 jeweils als durchgezogene Linien schematisch dargestellt. Zur Veranschau¬ lichung des Regelverfahrens werden in diesem Fall die drei Einspritzventile zum gleichen Zeitpunkt tA mit dem gleichen Steuersignal 23 zum Öffnen angesteuert zur Erzielung der
Soll-Hubhöhe ho. Eine synchrone Ansteuerung der Einspritzventile ist aber nicht notwendig für das vorgeschlagene Verfahren. Das Steuersignal 23 ist in diesem vereinfachten Fall durch einen Ladestrom- Impuls mit einer konstanten Ladestromstärke I0 und der Ladedauer τ = to- tA gegeben, mit dem die Piezoaktoren der
Einspritzventile 3 aufgeladen werden. Es ist zu erkennen, dass trotz identischer Ansteuerung 23 die Verschlusselemente 3 auf unterschiedliche Ist-Hubhöhen hi, h.2 , und h3 angehoben werden. +Nach dem Ansteuern zum Öffnen der Einspritzventile folgt eine Halteperiode, in denen die Verschlusselemente 4 auf den jeweils erzielten Ist-Hubhöhen hi, h.2 , und h3 gehalten werden. Zum StartZeitpunkt ts werden die Einspritzventile mit dem Steuer- signal 24 angesteuert, das durch einen Entladestrom-Impuls gegeben ist. Aufgrund der direkten und praktisch verzögerungsfreien Kraftübertragung zwischen den Piezoelementen und den Verschlusselementen werden die Verschlusselemente jeweils praktisch verzögerungsfrei in eine Schließbewegung in Richtung der jeweiligen Schließposition versetzt . Es ist zu erkennen, dass aufgrund der unterschiedlichen Ist-Hubhöhen hi, h.2 , und h3 die Verschlusselemente jedoch zu unterschiedlichen Schließzeit¬ punkten ti, t2, und t3 in den jeweiligen Schließpositionen eintreffen. Je größer die erzielte Ist-Hubhöhe ist, umso größer ist die Zeitdifferenz zwischen dem Schließzeitpunkt ti, t2, bzw. t3 und dem Startzeitpunkt ts. Dies verdeutlicht den oben genannten eindeutigen Zusammenhang zwischen dieser Zeitdifferenz und der Ist-Hubhöhe, so dass diese Zeitdifferenz, wie oben beschrieben, als Maß für die Hubhöhe und somit auch für die Regelgröße verwendet werden kann.
Im gezeigten Beispiel sei zur Veranschaulichung die Ist-Hubhöhe h2 gleich der vorgegebenen Soll-Hubhöhe ho, so dass der kor¬ respondierende Sollwert der Zeitdifferenz durch ts - t2 gegeben ist. Daher ist die Regelabweichung für das Einspritzventil, das auf h2 angehoben worden ist, bei dieser Einzeleinspritzung gleich 0. Folglich erfolgt für dieses Einspritzventil nachfolgend keine Korrektur der Ladezeit!. Für das auf die Ist-Hubhöhe hi angehobene Einspritzventil besteht eine positive Regelabweichung,
t2 - ti > 0, so dass in der nachfolgenden Einzeleinspritzung eine Erhöhung des Soll-Wertes der Ladeenergie und somit auch eine Verlängerung der Ladezeit um den Korrekturwert Δ+ erfolgt (siehe gestrichelter Linienverlauf) . Für das auf die Ist-Hubhöhe h3 angehobene Einspritzventil besteht eine negative Regelabwei- chung, t2 - t3 < 0, so dass in der nachfolgenden Einzeleinspritzung eine Verringerung des Soll-Wertes der Ladeenergie und somit eine Verkürzung der Ladezeit um den Korrekturwert Δ~ erfolgt (siehe gestrichelter Linienverlauf) . Diese Korrektur der Ladeenergie und der Ladedauer wird nachfolgenden gegebenenfalls wiederholt, bis bei jedem der drei Einspritzventile die Soll-Hubhöhe .2 zumindest innerhalb vorgegebener Genauigkeitsgrenzen erzielt wird. Dies wird auch als Gleichstellung der Einspritzventile des Ein- spritzsystems bezeichnet.

Claims

Patentansprüche
1. Regelverfahren für ein Einspritzventil zum Einspritzen von Kraftstoff in eine Brennkraftmaschine, wobei in wiederkehrenden Einspritzzyklen und in Abhängigkeit von einer Soll-Hubhöhe eines Verschlusselementes des Einspritzventils jeweils mindestens ein Steuersignal zum Ansteuern eines Antriebs des Einspritzventils erzeugt wird, wobei der Antrieb durch das Steuersignal zum Anheben des Verschlusselements auf die Soll-Hubhöhe angesteuert wird und das Verschlusselement mittels des Antriebs auf eine Ist-Hubhöhe angehoben wird,
dadurch gekennzeichnet,
dass mindestens eine mit der Ist-Hubhöhe korrelierte Messgröße erfasst wird und die Ist-Hubhöhe in Abhängigkeit von dieser mindestens einen Messgröße bestimmt wird, wobei das Steuersignal in mindestens einem der nachfolgenden Einspritzzyklen in Abhängigkeit von einer Abweichung der Ist-Hubhöhe von der
Soll-Hubhöhe erzeugt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb einen Piezo-Aktor zum Bewegen des Verschlusselements aufweist und dass über das Steuersignal eine Ladestromstärke, eine Ladespannung und/oder eine Ladezeit zum Aufladen des Piezo-Aktors vorgegeben werden.
3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach Ansteuerung des Antriebs mit dem Steuersignal ein Ist-Wert einer einen Zustand des Antriebs charakterisierenden Messgröße erfasst wird und eine Abweichung dieses Ist-Wertes von einem Sollwert dieser Messgröße bei der Erzeugung des Steuersignals in mindestens einem der nachfolgenden Einspritzzyklen berücksichtigt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ist-Wert der den Zustand des Antriebs charakterisierenden Messgröße als Regelgröße eines unterlagerten Regelkreises verwendet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass als den Zustand des Antriebs charakterisierende Messgröße eine Ladeenergie eines Piezo-Aktors des Antriebs verwendet wird.
6. Verfahren aus einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Bewegen des Verschlusselements sowie zum Messen zumindest einer der mindestens einen mit der Ist-Hubhöhe korrelierten Messgröße ein Piezo-Aktor des Antriebs verwendet wird .
7. Verfahren aus einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der mindestens einen mit Messgröße gemessen wird, indem eine Zeitdifferenz zwischen einem Schließzeitpunkt, in dem das Verschlusselement in einer Ver¬ schlussposition eintrifft, und einem vorangegangenen Startzeitpunkt einer Schließbewegung des Verschlusselements in Richtung der Verschlussposition, erfasst wird.
8. Verfahren aus einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der mindestens einen mit der Ist-Hubhöhe korrelierten Messgröße gemessen wird, indem eine elektrische Kapazität erfasst wird, die ein Piezo-Aktor des Antriebs in einem Zeitpunkt aufweist, in dem sich das Ver¬ schlusselement auf der Ist-Hubhöhe befindet.
9. Verfahren aus einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der mindestens einen mit der Ist-Hubhöhe korrelierten Messgröße gemessen wird, indem in dem Einspritzventil, einer Zuleitung zum Einspritzventil und/oder in einem Druckspeicher ein durch das Einspritzen des Kraftstoffs ausgelöster Druckabfall des Kraftstoffs erfasst wird.
10. Verfahren aus einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der mindestens einen mit der Ist-Hubhöhe korrelierten Messgröße gemessen wird, indem eine Einspritzrate des Kraftstoffs mittels eines Durchflusssensors des Einspritzventils gemessen wird.
11. Verfahren aus einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der mindestens einen mit der Ist-Hubhöhe korrelierten Messgröße gemessen wird, indem eine durch die Einspritzung ausgelöste Änderung einer Drehzahl der Brennkraftmaschine erfasst wird.
12. Verfahren aus einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der mindestens einen mit der Ist-Hubhöhe korrelierten Messgröße gemessen wird, indem eine durch die Einspritzung ausgelöste Änderung eines Drucks in einem Zylinder der Brennkraftmaschine mittels eines Zylinderdruck¬ sensors erfasst wird.
13. Verfahren aus einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der mindestens einen
Messgröße gemessen wird, indem ein durch eine Verbrennung des in einen Zylinder der Brennkraftmaschine eingespritzten Kraftstoffs ausgelöster Körperschall des Zylinders mittels eines Klopfsensors erfasst wird.
14. Einspritzsystem zum Einspritzen von Kraftstoff in eine Brennkraftmaschine, umfassend eine Steuereinheit und mindestens ein Einspritzventil mit einem Verschlusselement zum Verschließen des Einspritzventils, wobei die Steuereinheit dazu eingerichtet ist, in wiederkehrenden Einspritzzyklen und in Abhängigkeit von einer Soll-Hubhöhe des Verschlusselementes jeweils mindestens ein Steuersignal zum Ansteuern eines Antriebs des mindestens einen Einspritzventils zu erzeugen, wobei der Antrieb dazu eingerichtet ist, in Abhängigkeit von dem Steuersignal das Verschlusselements auf die Soll-Hubhöhe anzuheben, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit außerdem dazu eingerichtet ist, mindestens eine mit einer Ist-Hubhöhe des Verschlusselements korrelierte Messgröße zu erfassen, die Ist-Hubhöhe in Abhängigkeit von dieser mindestens einen Messgröße zu bestimmen und anschließend das Steuersignal in mindestens einem der nachfolgenden Einspritzzyklen in Abhängigkeit von einer Abweichung der Ist-Hubhöhe von der Soll-Hubhöhe zu erzeugen.
15. Einspritzsystem aus Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb einen Piezoaktor aufweist und dass die Steu¬ ereinheit dazu eingerichtet ist, über das Steuersignal eine Ladestromstärke, eine Ladespannung und/oder eine Ladezeit zum Aufladen des Piezo-Aktors vorzugeben.
16. Einspritzsystem nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit dazu eingerichtet ist, unter Verwendung von durch den Piezo-Aktor erzeugten elektrischen Signalen zumindest eine der mindestens einen mit der Ist-Hubhöhe korrelierten Messgröße ein Piezo-Aktor des Antriebs zu bestimmen.
17. Einspritzsystem nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit dazu eingerichtet ist, die Ist-Hubhöhe in Abhängigkeit von einer Zeitdifferenz zwischen einem Schließzeitpunkt, in dem das Verschlusselement in einer Verschlussposition eintrifft, und einem vorangegangenen
StartZeitpunkt einer Schließbewegung des Verschlusselements in Richtung der Verschlussposition, zu bestimmten.
18. Einspritzsystem nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit zur Durchführung zumindest eines der Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13 durchzuführen .
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