WO2013139725A1 - Verfahren zum betreiben eines kraftstoffeinspritzsystems mit regelung des einspritzventils zur erhöhung der mengengenauigkeit und kraftstoffeinspritzsystem - Google Patents
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- F02M57/005—Fuel-injectors combined or associated with other devices the devices being sensors
Definitions
- the present invention relates to a method of operating a fuel injection system of an internal combustion engine, which actuates a pressure accumulator (rail), at least one injection valve, in which a piezo-actuator actuates a servovalve arranged in a servo valve space against the force of a closing spring, thus a closure element via a fuel line with the pressure accumulator-related injection opening opens, and has a control unit.
- Fuel injection systems with which the injection of fuel is made in a combustion chamber of an internal combustion engine, have long been known.
- Such injection systems comprise at least one injection valve (injector) and at least one control and regulating unit connected to the injection valve for controlling the injection process.
- the injection valve has a space from which fuel can be injected through an injection opening into the combustion chamber.
- the opening and closing of the injection opening is made by means of a closure element (nozzle needle) which can be actuated (moved) by an actuator.
- the room is supplied with fuel via a high-pressure accumulator and a fuel line.
- the actuator is an element for moving the closure element. This controls an injection process using the actuator.
- the actuator is not in direct drive connection with the closure element, but actuates a servo valve to be at high pressure To dissipate fuel from a Servoventilraum and cause in this way an actuation of the closure element and to open the associated injection port.
- the actuator is a piezoelectric actuator that expands (increases in length) due to the piezoelectric effect upon application of electrical energy, thus lifting the servo valve from its seat to thereby actuate the shutter member.
- the closing time of the closure element is determined and regulated in the injection systems of the prior art with piezo servo drive.
- this adaptation method is relatively slow, and the accuracy and robustness are dependent on the design of the injector. Depending on the operating conditions, it may happen that the quantity tolerance is large.
- the present invention is based on the objective of precisely controlling both the course of the servo valve movement and the course of the movement of the closure element (nozzle needle) in a piezo-electric drive fuel injection system in order to increase the quantity metering accuracy.
- the invention has for its object to provide a method of the kind described, with which a particularly accurate and fast injection control can be carried out in a simple and robust way.
- Piezo region as a force sensor has; by means of this force sensor, the force acting on the passive piezo range force is determined when opening the servo valve; and the determined by the force sensor force compared with a pressure in the pressure accumulator (rail pressure) dependent target value and the corresponding deviation is used to correct the control of the piezo actuator.
- a piezo actuator which additionally has a force sensor with which the force exerted on the force sensor is measured.
- the corresponding signal of the force sensor is then used for the injection control.
- the measured force is compared with a desired value, and by correcting the control of the piezo actuator follows the corresponding control of the injection process.
- a control of the servo valve takes place during the injection phase.
- the course of the force signal from charging to discharging of the piezo actuator is compared with the set course as a function of the pressure in the pressure accumulator (rail pressure), and the deviation is used to correct the actuation of the piezo actuator.
- the piezo actuator active region
- the force is measured via the force sensor, wherein the electrical voltage of the sensor and, for example, via a Characteristic curve, the force F_s exerted on the sensor can be determined.
- the opening time and / or closing time of the servo valve are detected by the force measurement and with the corresponding
- Procedure takes place a regulation of the servo valve during the injection break.
- the active piezo region is controlled with a slow current profile and the force measured with the force sensor, wherein the opening of the servo valve corresponding maximum of the force signal F_s_max determined and compared with the target value depending on the pressure in the pressure accumulator.
- the deviation is used to correct the activation of the piezo actuator for the injection at the respective rail pressure.
- the force signal When the piezo actuator is driven with a corresponding current profile, the force signal first increases until a maximum is reached. After that, the force signal drops again. As soon as the force signal drops, the piezo actuator is discharged again with a negative current profile.
- a maximum value corresponding to the inversion time of the closure element and a minimum of the force signal corresponding to the closing time of the closure element are measured during the injection phase with the force sensor. From the difference between the two times, the actual injection time is determined and compared with the target injection time. The deviation is used to correct the activation of the piezo actuator. With the force sensor, the servo valve closing time can be detected. The recharging of the piezo actuator takes place only after the closing time. The charge is adjusted so that the force on the force sensor remains below the closing force of the servo valve.
- Servo valve is calculated as follows:
- A_st area of the servo valve seat
- F_fed servo valve spring force This ensures that a force connection is safely in place and the servo valve remains closed.
- Control chamber pressure can be observed for the closure element. At the reversal point of the movement of the closure element creates a maximum of the force signal. This time is identified as the nozzle needle inversion time t_nad_umk. At the time of the nozzle needle closure, a minimum occurs in the force signal curve. This time is identified as closing time t_nad_sch.
- the present invention further relates to a Kraftscherin- injection system for an internal combustion engine, the pressure accumulator (rail), at least one injection valve, in which a piezoelectric actuator arranged in a servo valve chamber
- This fuel injection system is characterized in that it is designed to carry out a method of the type described above.
- the passive piezo region which acts as a force sensor, is formed in particular by an additional, serially arranged passive piezo layer.
- Injection valve with enlarged view of the arranged in a circle area
- Figure 2 is a schematic partial longitudinal section through
- Figure 3 shows the principle of an embodiment for a
- FIG. 5 is a flowchart of an embodiment of the invention
- FIG. 1 schematically shows an injection valve which is used, for example, in a diesel engine of a passenger car. It serves to inject fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine. It has a space which is connected via a fuel line (high pressure line) 2 with a pressure accumulator (high pressure accumulator) (Rail).
- the injector shown here is one of a plurality of injectors, which are connected in a common rail system via fuel lines with the same pressure accumulator. At the lower end of the injection valve, this has an injection port through which fuel from the space can be injected into the combustion chamber.
- the space serving as a closure element nozzle needle 7 is arranged, by means of which the injection opening can be opened and closed.
- nozzle needle 7 If the nozzle needle 7 is in an open position, in which it releases the injection opening, high-pressure fuel is injected from the space into the combustion chamber. In a closed position of the nozzle needle 7, in which the nozzle needle closes the injection opening, the injection of fuel into the combustion chamber is prevented.
- the nozzle needle 7 is controlled by means of a piezo actuator 1.
- a piezo actuator 1 can change its length and exert a force on a control piston 9 via a gain lever 17, which contacts a servo valve 4, which is pressed by a closing spring against a valve seat.
- the servo valve 4 is in a valve chamber 16th arranged, which is connected via a throttle with a control chamber 8 for the closure element in connection.
- the control chamber 8 receives a piston 5, which actuates the nozzle needle 7.
- the piezoelectric actuator 1 When the piezoelectric actuator 1 is charged with electrical energy (charged), it increases its length and thereby causes the control piston 9 lifts the servo valve 4 from its seat, so that the present in the servo valve chamber 16 pressure is reduced.
- the needle piston 5 and the nozzle needle 7 move upward in the FIGURE, thereby releasing the injection opening for carrying out an injection process.
- FIG. 1 also shows a fuel return 3 and a closing spring 6 for the nozzle needle 7.
- the piezoelectric actuator 1 shown only schematically in FIG. 1 has, in addition to the active piezoelectric area 12 used for the actuation of the nozzle needle 7, a passive piezoelectric range 13 as a force sensor. With the aid of this force sensor, the force acting on the piezoelectric actuator via the control piston 9 and the amplification lever 17 is determined.
- FIG. 2 shows schematically the structure of the piezo-actuator 1, which forms a structural unit, which has the active piezoelectric area 12 for actuating the nozzle needle 7 and the passive piezoelectric area 13, which serves as a force sensor.
- the active piezo region 12 is composed of a plurality of active piezo layers arranged one above the other, each of which has a corresponding connection electrode 10 on the left and the right.
- a passive piezoelectric layer which forms the piezoelectric region 13 acting as a force sensor, is separated by suitable insulation 14.
- the passive piezoelectric layer provided with corresponding terminal electrodes 15.
- FIG. 3 shows in a block diagram the principle of an embodiment of the injection control.
- the opening time and the closing time of the servo valve are detected by means of the force sensor during the injection phase and compared with corresponding desired times depending on the rail pressure.
- the corresponding deviation is used to control the current profile in the control of the piezo actuator and thus to control the injection process.
- FIG. 4 shows a graph of the course of the force signal measured by the force sensor (lower curve) and the course of the pressure in the control chamber for the nozzle needle (upper curve).
- the corresponding servo valve opening and closing time points as well as needle reversal and needle closing points are indicated. These points can be detected from the traces and compared to corresponding target values as discussed above. The corresponding deviations can be used for injection control.
- FIG. 5 shows a flow diagram for a variant of the control method.
- the piezo actuator active piezo zone
- the sensor voltage is determined with the provided force sensor and the associated force is determined via a characteristic curve.
- the course of the force signal is compared with a desired course, and in step 33, the corresponding deviation for correcting the charging curve in the control of the piezoelectric actuator and thus used to control the injection process.
- the opening and / or closing time of the servo valve can also be detected by means of the determined force profile, as indicated in step 34. The determined times can with appropriate
- Target times are compared (step 35), and the deviations can also be used to correct the charging curve of the piezo actuator (step 36) and thus to control the injection process.
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Abstract
Es wird ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffeinspritzsystems einer Brennkraftmaschine beschrieben. Bei dem Verfahren wird ein Piezo-Aktuator verwendet, der zusätzlich zum aktiven, für die Betätigung des Servoventils verwendeten Piezobereich einen passiven Piezobereich als Kraftsensor aufweist. Mithilfe dieses Kraftsensors findet während der Einspritzphase oder in der Einspritzpause eine Kraftmessung statt, und aus der Abweichung zwischen dem Ist-Kraftverlauf sowie einem Soll-Verlauf wird eine Korrekturgröße für die Ansteuerung des Piezo-Aktuators ermittelt, um auf diese Weise den Einspritzvorgang zu regeln. Ferner wird ein Kraftstoffeinspritzsystem beschrieben, das für ein derartiges Verfahren eingerichtet ist.
Description
Beschreibung
Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffeinspritzsystems mit Regelung des Einspritzventils zur Erhöhung der Mengengenauigkeit und Kraftstoffeinspritz System
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffeinspritzsystems einer Brennkraftmaschine, das einen Druckspeicher (Rail), mindestens ein Einspritzventil, bei dem ein Piezo-Aktuator ein in einem Servoventilraum angeordnetes Servoventil gegen die Kraft einer Schließfeder betätigt, damit ein Verschlusselement eine über eine Kraftstoffleitung mit dem Druckspeicher in Verbindung stehende Einspritzöffnung öffnet, und eine Steuer- und Regeleinheit aufweist.
Kraftstoffeinspritzsysteme, mit denen die Einspritzung von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine vorgenommen wird, sind seit langem bekannt. Derartige Einspritzsysteme umfassen mindestens ein Einspritzventil (In- jektor) und mindestens eine mit dem Einspritzventil verbundene Steuer- und Regeleinheit zur Steuerung des Einspritzvorganges. Das Einspritzventil besitzt dabei einen Raum, aus welchem heraus Kraftstoff durch eine Einspritzöffnung in den Brennraum injizierbar ist. Das Öffnen und Schließen der Einspritzöffnung wird mittels eines Verschlusselementes (Düsennadel) vorgenommen, das von einem Aktuator betätigt (bewegt) werden kann. Der Raum wird über einen Hochdruckspeicher und eine Kraftstoffleitung mit Kraftstoff versorgt. Bei dem Aktuator handelt es sich um ein Element zum Bewegen des Verschlusselementes. Damit wird ein Einspritzvorgang mithilfe des Aktuators gesteuert. Der Aktuator steht hierbei nicht in direkter Antriebsverbindung mit dem Verschlusselement, sondern betätigt ein Servoventil, um unter hohem Druck stehenden
Kraftstoff aus einem Servoventilraum abzuführen und auf diese Weise eine Betätigung des Verschlusselementes zu bewirken und die zugehörige Einspritzöffnung zu öffnen.
Bei dem Aktuator handelt es sich um einen Piezo-Aktuator, der aufgrund des piezoelektrischen Effektes bei Beaufschlagung mit elektrischer Energie sich ausdehnt (seine Länge vergrößert) und auf diese Weise das Servoventil von seinem Sitz abhebt, um damit das Verschlusselement zu betätigen.
Um den Einspritzvorgang zu regeln, wird bei den Einspritzsystemen des Standes der Technik mit Piezo-Servoantrieb der Schließzeitpunkt des Verschlusselementes bestimmt und geregelt. Das setzt voraus, dass der Leerhub des Piezo-Aktuators bekannt ist. Daher wird gleichzeitig der Leerhub adaptiert (über einen Druckabfall oder über eine Freguenz/Amplituden-änderung des Piezo-Aktuators während der Ansteuerung) . Dieses Adaptionsverfahren ist jedoch relativ langsam, und die Genauigkeit und Robustheit sind abhängig vom Design des Einspritzventils . Je nach Betriebsbedingungen kann es passieren, dass die Mengentoleranz groß ist.
Die vorliegende Erfindung basiert auf der Zielsetzung, bei einem Kraftstoffeinspritzsystem mit Piezo-Servoantrieb sowohl den Verlauf der Servoventilbewegung als auch den Verlauf der Bewegung des Verschlusselementes (Düsennadel) genau zu regeln, um die Mengendosiergenauigkeit zu erhöhen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs geschilderten Art zur Verfügung zu stellen, mit dem sich eine besonders genaue und schnelle Einspritzregelung auf einfache und robuste Art durchführen lässt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren der angegebenen Art dadurch gelöst, dass ein Piezo-Aktuator ver-
wendet wird, der zusätzlich zum aktiven, für die Betätigung des Servoventils verwendeten Piezobereich einen passiven
Piezobereich als Kraftsensor aufweist; mithilfe dieses Kraftsensors die auf den passiven Piezobereich einwirkende Kraft beim Öffnen des Servoventils ermittelt wird; und die vom Kraftsensor ermittelte Kraft mit einem vom Druck im Druckspeicher (Raildruck) abhängigen Soll-Wert verglichen und die entsprechende Abweichung zur Korrektur der Ansteuerung des Piezo-Aktuators verwendet wird.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren findet ein Piezo-Aktuator Verwendung, der zusätzlich einen Kraftsensor aufweist, mit dem die auf den Kraftsensor ausgeübte Kraft gemessen wird. Das entsprechende Signal des Kraftsensors wird dann für die Einspritzregelung verwendet. Dabei wird die gemessene Kraft mit einem Soll-Wert verglichen, und durch Korrektur der Ansteuerung des Piezo-Aktuators folgt die entsprechende Regelung des Einspritzvorganges .
Das erfindungsgemäße Verfahren besitzt mehrere Ausführungsformen . Bei einer ersten Ausführungsform findet eine Regelung des Servoventils während der Einspritzphase statt. Hierbei wird während der Einspritzphase der Verlauf des Kraftsignals vom Laden bis zum Entladen des Piezo-Aktuators mit dem Soll-Verlauf abhängig vom Druck im Druckspeicher (Raildruck) verglichen, und die Abweichung wird zur Korrektur der Ansteuerung des Pie- zo-Aktuators verwendet. Im Einzelnen wird hierbei zur Realisierung der Einspritzung der Piezo-Aktuator (aktive Bereich) mit einem Stromprofil angesteuert. Gleichzeitig erfolgt die Kraftmessung über den Kraftsensor, wobei die elektrische Spannung des Sensors und hieraus beispielsweise über eine
Kennlinie die auf den Sensor ausgeübte Kraft F_s bestimmt werden kann .
Insbesondere werden während der Einspritzphase der Öffnungs- Zeitpunkt und/oder Schließzeitpunkt des Servoventils durch die Kraftmessung detektiert und mit den entsprechenden
Soll-Zeitpunkten verglichen. Die entsprechende Abweichung wird zur Korrektur der Ansteuerung des Piezo-Aktuators verwendet. Bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens findet eine Regelung des Servoventils während der Einspritzpause statt. Hierbei wird während der Einspritzpause der aktive Piezobereich mit einem langsamen Stromprofil angesteuert und die Kraft mit dem Kraftsensor gemessen, wobei das dem Öffnungszeitpunkt des Servoventils entsprechende Maximum des Kraftsignals F_s_max ermittelt und mit dem Soll-Wert abhängig vom Druck im Druckspeicher verglichen wird. Die Abweichung wird zur Korrektur der Ansteuerung des Piezo-Aktuators für die Einspritzung beim jeweiligen Raildruck verwendet.
Wenn der Piezo-Aktuator mit einem entsprechenden Stromprofil angesteuert wird, steigt das Kraftsignal zunächst, bis ein Maximum erreicht ist. Danach fällt das Kraftsignal wieder ab. Sobald das Kraftsignal abfällt, wird der Piezo-Aktuator wieder mit einem negativen Stromprofil entladen.
Bei noch einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden während der Einspritzphase mit dem Kraftsensor ein dem UmkehrZeitpunkt des Verschlusselementes entsprechendes Maximum und ein dem Schließzeitpunkt des Verschlusselementes entsprechendes Minimum des Kraftsignals gemessen. Aus der Differenz beider Zeitpunkte wird die IST-Einspritzzeit ermittelt und mit der SOLL-Einspritzzeit verglichen. Die Abweichung wird zur Korrektur der Ansteuerung des Piezo-Aktuators verwendet.
Mit dem Kraftsensor kann der Servoventilschließzeitpunkt erkannt werden. Das Wiederaufladen des Piezo-Aktuators findet erst nach dem Schließzeitpunkt statt . Die Ladung wird dabei so eingestellt, dass die Kraft auf den Kraftsensor unterhalb der Schließkraft des Servoventils bleibt. Die Schließkraft F_schliess des
Servoventils wird wie folgt berechnet:
F_schliess = A_st * P_v + F_fed wobei bedeuten
F_schliess = Schließkraft des Servoventils
A_st = Fläche des Servoventilsitzes
P_v = Servoventilraumdruck
F_fed = Servoventilfederkraft Somit kann sichergestellt werden, dass ein Kraftanschluss sicher vorhanden ist und das Servoventil geschlossen bleibt. Mit dem Kraftsignal am Sensor kann der Servoventilraumdruck bzw.
Steuerraumdruck für das Verschlusselement beobachtet werden. Beim Umkehrpunkt der Bewegung des Verschlusselementes entsteht ein Maximum des Kraftsignals. Dieser Zeitpunkt wird als Dü- sennadelumkehrZeitpunkt t_nad_umk identifiziert. Zum Zeitpunkt der Düsennadelschließung entsteht ein Minimum im Kraftsignalverlauf. Dieser Zeitpunkt wird als Schließzeitpunkt t_nad_sch identifiziert .
Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens können gleichzeitig miteinander oder getrennt voneinander eingesetzt werden. Es können beliebige Kombinationen mehrerer Verfahren Verwendung finden.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann sichergestellt werden, dass bei gleicher Einspritzmengenanforderung inj ektorindividuell und über die Lebensdauer des Einspritzventils die Zeit vom Öffnen bis zum Schließen des Verschlusselementes durch die vorgenommene Regelung eingehalten werden kann.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Kraftstoffein- spritzsystem für eine Brennkraftmaschine, das einen Druckspeicher (Rail), mindestens ein Einspritzventil, bei dem ein Piezo-Aktuator ein in einem Servoventilraum angeordnetes
Servoventil gegen die Kraft einer Schließfeder betätigt, damit ein Verschlusselement eine über eine Kraftstoffleitung mit dem Druckspeicher in Verbindung stehende Einspritzöffnung öffnet, und eine Steuer- und Regeleinheit aufweist. Dieses Kraft- stoffeinspritzsystem ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass es zur Durchführung eines Verfahrens der vorstehend beschriebenen Art eingerichtet ist.
Der passive Piezobereich, der als Kraftsensor wirkt, wird insbesondere durch eine zusätzliche seriell angeordnete passive Piezoschicht gebildet.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit der Zeichnung im Einzelnen erläutert. Es zeigen:
Figur 1 einen schematischen Längsschnitt durch ein
Einspritzventil mit vergrößerter Darstellung des im Kreis angeordneten Bereiches;
Figur 2 einen schematischen Teillängsschnitt durch
einen Piezo-Aktuator mit Kraftsensor;
Figur 3 das Prinzip einer Ausführungsform zur Ein
spritzregelung;
Figur 4 ein Diagramm, das den Verlauf der vom Kraftsensor gemessenen Kraft und des Steuerraumdrucks zeigt; und Figur 5 ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsform des
Regelverfahrens .
Figur 1 zeigt auf schematische Weise ein Einspritzventil, das beispielsweise in einem Dieselmotor eines Pkws zum Einsatz kommt. Es dient dazu, Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine einzuspritzen. Es besitzt einen Raum, der über eine Kraftstoffleitung (Hochdruckleitung) 2 mit einem Druckspeicher (Hochdruckspeicher) (Rail) verbunden ist. Bei dem hier dargestellten Einspritzventil handelt es sich um eines einer Vielzahl von Einspritzventilen, die in einem Common-Rail-System jeweils über Kraftstoffleitungen mit dem selben Druckspeicher verbunden sind. Am unteren Ende des Einspritzventils weist dieses eine Einspritzöffnung auf, durch welche Kraftstoff aus dem Raum in den Brennraum eingespritzt werden kann. Im Raum ist eine als Verschlusselement dienende Düsennadel 7 angeordnet, mittels welcher die Einspritzöffnung geöffnet und geschlossen werden kann. Befindet sich die Düsennadel 7 in einer geöffneten Position, in welcher sie die Einspritzöffnung freigibt, wird unter Hochdruck stehender Kraftstoff aus dem Raum in die Brennkammer eingespritzt. In einer geschlossenen Position der Düsennadel 7, in welcher die Düsennadel die Einspritzöffnung verschließt, wird das Einspritzen von Kraftstoff in die Brennkammer unterbunden.
Die Düsennadel 7 wird mittels eines Piezo-Aktuators 1 gesteuert. Abhängig von einer Ansteuerung kann der Piezo-Aktuator 1 seine Länge verändern und über einen Verstärkungshebel 17 eine Kraft auf einen Steuerkolben 9 ausüben, der ein Servoventil 4 kontaktiert, welches über eine Schließfeder gegen einen Ventilsitz gepresst wird. Das Servoventil 4 ist in einem Ventilraum 16
angeordnet, der über eine Drossel mit einem Steuerraum 8 für das Verschlusselement in Verbindung steht. Der Steuerraum 8 nimmt einen Kolben 5 auf, der die Düsennadel 7 betätigt. Wenn der Piezo-Aktuator 1 mit elektrischer Energie beaufschlagt wird (aufgeladen wird) , vergrößert er seine Länge und bewirkt hierdurch, dass der Steuerkolben 9 das Servoventil 4 von seinem Sitz abhebt, so dass der im Servoventilraum 16 anstehende Druck abgebaut wird. Durch diesen Druckabbau bewegen sich der Na- delkolben 5 und die Düsennadel 7 in der Figur nach oben und geben dabei die Einspritzöffnung zur Durchführung eines Einspritzvorganges frei.
Des Weiteren zeigt Figur 1 noch einen Kraftstoffrücklauf 3 sowie eine Schließfeder 6 für die Düsennadel 7.
Der in Figur 1 nur schematisch dargestellte Piezo-Aktuator 1 weist zusätzlich zum aktiven, für die Betätigung der Düsennadel 7 verwendeten Piezobereich 12 einen passiven Piezobereich 13 als Kraftsensor auf. Mithilfe dieses Kraftsensors wird die über den Steuerkolben 9 und den Verstärkungshebel 17 auf den Piezo-Aktuator einwirkende Kraft ermittelt.
Figur 2 zeigt schematisch den Aufbau des Piezo-Aktuators 1, der eine Baueinheit bildet, welche den aktiven Piezobereich 12 zur Betätigung der Düsennadel 7 und den passiven Piezobereich 13, der als Kraftsensor dient, aufweist. Der aktive Piezobereich 12 setzt sich aus einer Vielzahl von aktiven übereinander angeordneten Piezoschichten zusammen, die jeweils links und rechts eine entsprechende Anschlusselektrode 10 aufweisen. Auf der obersten aktiven Piezoschicht ist durch eine geeignete Isolierung 14 getrennt eine passive Piezoschicht angeordnet, die den als Kraftsensor wirkenden Piezobereich 13 bildet. Beidseitig ist die
passive Piezoschicht mit entsprechenden Anschlusselektroden 15 versehen .
Figur 3 zeigt in einem Blockdiagramm das Prinzip einer Aus- führungsform der Einspritzregelung. Hierbei werden mithilfe des Kraftsensors während der Einspritzphase der Öffnungszeitpunkt und der Schließzeitpunkt des Servoventils detektiert und mit entsprechenden Soll-Zeitpunkten abhängig vom Rail-druck verglichen. Die entsprechende Abweichung wird zur Regelung des Stromprofils bei der Ansteuerung des Piezo-Aktuators und damit zur Regelung des Einspritzvorganges verwendet.
Figur 4 zeigt in einem Diagramm den Verlauf des vom Kraftsensor gemessenen Kraftsignals (untere Kurve) sowie den Verlauf des Drucks im Steuerraum für die Düsennadel (obere Kurve) . Die entsprechenden Servoventilöffnungs- und -schließ zeit-punkte sowie Nadelumkehr- und Nadelschließpunkte sind kenntlich gemacht. Diese Punkte können aus den Kurvenverläufen detektiert und mit entsprechenden Soll-Werten verglichen werden, wie vorstehend erörtert. Die entsprechenden Abweichungen können zur Einspritzregelung verwendet werden.
Figur 5 zeigt ein Ablaufdiagramm für eine Variante des Regelverfahrens. In Schritt 30 wird der Piezo-Aktuator (aktive Piezobereich) mit einem Stromprofil angesteuert. In Schritt 31 werden mit dem vorgesehenen Kraftsensor die SensorSpannung und über eine Kennlinie die zugehörige Kraft ermittelt. In Schritt 32 wird der Verlauf des Kraftsignals mit einem Soll-Verlauf verglichen, und in Schritt 33 wird die entsprechende Abweichung zur Korrektur des Ladeverlaufes bei der Ansteuerung des Pie- zo-Aktuators und somit zur Regelung des Einspritzvorganges verwendet .
Von Schritt 31 ausgehend kann auch mithilfe des ermittelten Kraftverlaufes der Öffnungs- und/oder Schließzeitpunkt des Servoventils detektiert werden, wie in Schritt 34 angedeutet. Die ermittelten Zeitpunkte können mit entsprechenden
Soll-Zeitpunkten verglichen werden (Schritt 35), und die Abweichungen können ebenfalls zur Korrektur des Ladeverlaufes des Piezo-Aktuators (Schritt 36) und damit zur Regelung des Einspritzvorganges verwendet werden.
Claims
1. Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffeinspritzsystems einer Brennkraftmaschine, das einen Druckspeicher (Rail), mindestens ein Einspritzventil, bei dem ein Piezo-Aktuator ein in einem Servoventilraum angeordnetes Servoventil gegen die Kraft einer Schließfeder betätigt, damit ein Verschlusselement eine über eine Kraftstoffleitung mit dem Druckspeicher in Verbindung stehende Einspritzöffnung öffnet, und eine Steuer- und Regeleinheit aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Piezo-Aktuator verwendet wird, der zusätzlich zum aktiven, für die Betätigung des Servoventils verwendeten Piezobereich einen passiven Piezobereich als Kraftsensor aufweist ; mithilfe dieses Kraftsensors die auf den passiven Piezobereich einwirkende Kraft beim Öffnen des Servoventils ermittelt wird; und die vom Kraftsensor ermittelte Kraft mit einem vom Druck im Druckspeicher (Raildruck) abhängigen Sollwert verglichen und die entsprechende Abweichung zur Korrektur der Ansteuerung des Piezo-Aktuators verwendet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass während der Einspritzphase der Verlauf des Kraftsignals vom Laden bis zum Entladen des Piezo-Aktuators mit dem Soll-Verlauf abhängig vom Druck im Druckspeicher (Raildruck) verglichen und die Abweichung zur Korrektur der Ansteuerung des Piezo-Aktuators verwendet wird. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet dass während der Einspritzphase der Öffnungszeitpunkt und/oder Schließzeitpunkt des Servoventils durch die Kraftmessung detektiert und mit den entsprechenden Sollzeitpunkten verglichen werden und dass die Abweichun zur Korrektur der Ansteuerung des Piezo-Aktua-tors verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass während der Einspritzpause der aktive Piezobereich mit einem langsamen Stromprofil angesteuert und die Kraft mit dem Kraftsensor gemessen wird, wobei das dem Öffnungszeitpunkt des Servoventils entsprechende Maximum des Kraftsignals ermittelt und mit dem Soll-Wert abhängig vom Druck im Druckspeicher verglichen und die Abweichung zur Korrektur der Ansteuerung des Piezo-Aktuators für die Einspritzung beim jeweiligen Druckspeicherdruck verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass während der Einspritzphase mit dem Kraftsensor ein dem UmkehrZeitpunkt des Verschlusselementes entsprechendes Maximum und ein dem Schließzeitpunkt des Verschlusselementes entsprechendes Minimum des Kraftsignals gemessen und aus der Differenz beider Zeitpunkte die IST-Einspritzzeit ermittelt und mit der SOLL-Einspritzzeit verglichen wird, wobei die Abweichung zur Korrektur der Ansteuerung des Piezo-Aktuators verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladung beim Wiederladen des Aktuators so eingestellt wird, dass die Kraft auf den Kraftsensor unterhalb der Schließkraft des Servoventils bleibt. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schließkraft des Servoventils wie folgt berechnet wird:
F_schliess = A_st * P_v + F_fed wobei bedeuten
F_schliess = Schließkraft des Servoventils A_st = Fläche des Servoventilsitzes
P_v = Servoventilraumdruck
F_fed = Servoventilfederkraft
Kraftstoffeinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine, das einen Druckspeicher (Rail), mindestens ein Einspritzventil, bei dem ein Piezo-Aktuator ein in einem Servoventilraum angeordnetes Servoventil gegen die Kraft einer Schließfeder betätigt, damit ein Verschlusselement eine über eine Kraftstoffleitung mit dem Druckspeicher in Verbindung stehende Einspritzöffnung öffnet, und eine Steuer- und Regeleinheit aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass es zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche eingerichtet ist.
Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der passive Piezobereich (13) durch eine zusätzliche seriell angeordnete passive
Piezoschicht gebildet ist.
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