WO2016150605A1 - Verfahren zur ansteuerung eines piezo-injektors zur geregelten zero-dwell-einspritzung - Google Patents

Verfahren zur ansteuerung eines piezo-injektors zur geregelten zero-dwell-einspritzung Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a method for controlling a piezo Inj ector of an injection system with the realization of a controlled zero-dwell injection.
  • the injection accuracy of an injection system plays a central role in meeting the high requirements in terms of emissions, fuel consumption and ride comfort.
  • a control circuit is used in which a pressure valve and a flow valve function as actuators. Injection occurs when an injector is driven so that its closure member is lifted off the associated seat for a certain amount of time.
  • a certain injection strategy is characterized in that the closing ⁇ time of a closure element of an injector is detected.
  • This information can be used, for example, to correct the duration of injection.
  • a measuring window is required in which, for example, the current and voltage of the piezoelectric actuator are measured.
  • the following injection must not be so close in this case that the energization of the piezoelectric actuator for the realization of the following injection already begins in the detection window of the previous injection.
  • the flexibility in the design of the injections in terms of injection pressure, injection duration, injection position, etc. allows optimization of combustion via the injection. Further optimization potential is the implementation of zero-dwell injection, i. performing an injection in which the hydraulic distance to the previous injection is zero. In this case, however, from the electrical measurements (voltage and charge) the closing timing signal of the first injection can not be accurately generated because this event is electrically disturbed by the charging for the second injection.
  • the present invention has for its object to provide a method of the type described above is available, which is characterized by a very high accuracy from ⁇ .
  • the invention provides closed-loop control of the injection quantity even if the closing time signal is lost.
  • the controlled variable is no longer the closing time, but an electrical variable, preferably the voltage, but at the same time
  • the setpoint When controlling an electrical quantity, the setpoint must be learned because it depends on the individual injector.
  • the reference value is learned as follows: When a zero-dwell injection is requested, first the two injections are pushed close enough so that the closing time is still detectable. The closing time control ensures that the closing time setpoint is adhered to. If the closing time is adjusted to a set closing time (the control is constant), the voltage is read off, for example, and stored as the setpoint for voltage regulation.
  • an electrical variable in particular a voltage value
  • This voltage value is the value up to which the unloading of the actuator during the first injection discharges, and then at this point to start a recharge for the following injection in time for the following injection to start hydraulically begins at the point where the previous injection is over.
  • One comes to this value by shifting the following injection so far that the injection end of the previous injection is just barely measurable.
  • the charging process of the following injection is started exactly at the time at which the measuring window for the closing ⁇ timing determination of the previous injection is over.
  • the charging process of the subsequent injection can then be started as soon as the learned voltage value has been reached on the discharge curve of the preceding injection process.
  • the charge of the piezoelectric actuator can also be determined instead of the voltage.
  • the quantity accuracy of a pilot injection is ensured, in which the closing time signal is no longer available (by zero-dwell).
  • the determined voltage value can be used as a measure for the spray quantity can be used.
  • the voltage and the charge can be taken.
  • the time interval between the hydraulic injection end of a preceding injection and the hydraulic injection start of the subsequent injection is determined and then recalculated with this time interval from the start of charging a subsequent injection.
  • this time interval has a certain tolerance
  • the start of charge of a subsequent injection is preferably calculated back by a smaller amount than the determined time interval.
  • the invention proposes as a further variant, to perform a conventional closing time control, as long as a closing time signal is present. Once the distance between successive injections is so small that the closing time signal is no longer available, then according to the invention to the above-described control of an electric
  • FIG. 1 is a graph showing voltage and injection rate versus time with respect to two consecutive injection events
  • FIG. 2 shows a representation similar to FIG. 1, wherein additionally the current profile over the two injection processes is shown and the injection processes here are at a smaller distance from one another than in FIG. 1;
  • FIGS 1 and 2 shows a diagram corresponding to FIGS 1 and 2, in which case the injection operations directly on ⁇ follow each other (zero dwell);
  • FIG. 4 shows a flow chart of the individual steps of the method according to the invention.
  • FIG. 1 shows, on an exemplary embodiment, the course of the voltage and the injection rate in the case of two successive injection processes of a piezo injector, wherein the two injection processes with respect to the hydraulic system have a time interval of T_DIF_HYD from one another.
  • a normal closing time control can take place in the measuring window shown, since the subsequent injection process, the in
  • Measuring window of the previous injection process is not affected measured closing time.
  • the abbreviations used in FIG. 1 have the following meanings:
  • OPP 4 closing time
  • a usual closing time ⁇ regulation and no zero-dwell control takes place.
  • FIG. 2 shows a corresponding diagram as in FIG. 1, wherein additionally the current variation over time is shown.
  • the distance between the two injection processes is less than in FIG. 1, with the beginning of the injection (charging start) SOI of the second injection process falling into the measurement window for the closing time determination of the first injection process. Therefore, in this case, no one ⁇ wall free adjustable timer is possible.
  • FIG. 3 shows the case according to the invention in which a controlled zero-dwell injection is carried out.
  • the hydraulic distance between the two injection processes T_DIF_HYD is approximately zero.
  • a perfect closing time control, as is performed, for example, in the embodiment shown in Figure 1 ⁇ example, is therefore no longer possible. Instead, the procedure according to the invention proceeds as follows:
  • the two successive injection events are pushed so close to each other that the closing time of a closure element of the piezo Inj ector is barely detectable.
  • a closing time detection with subsequent closing time control (OPP4 control) is then carried out.
  • OPP4 control When the closing time (OPP 4) is adjusted to a set closing time, the electrical voltage for this set closing time and, therefrom, the electrical voltage corresponding to a hydraulic distance between the two injections of approximately zero (zero-dwell) is determined.
  • the determined electrical voltage is used as setpoint used to control the voltage when driving the piezo Inj ector for performing a zero-dwell injection.
  • FIG. 4 shows a flow chart for such a method.
  • the setpoint value of the determined electrical quantity (voltage) is designated here as a setpoint.
  • OPP4 control is meant a closing time control.
  • OPP4 control convergence means that the closing time is adjusted.
  • the determined electrical quantity is stored as a setpoint and regulated for carrying out the controlled zero-dwell injection.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Ansteuerung eines Piezo-Injektors eines Einspritzsystems unter Realisierung einer geregelten Zero-Dwell-Einspritzung beschrieben. Es wird eine elektrische Größe, die einem hydraulischen Abstand zwischen zwei Einspritzungen von etwa Null (Zero-Dwell) entspricht, ermittelt, und diese ermittelte elektrische Größe wird als Sollwert zur Regelung der elektrischen Größe bei Ansteuerung des Piezo-Injektors zur Durchführung einer Zero-Dwell-Einspritzung verwendet. Auf diese Weise kann eine Zero-Dwell-Einspritzung mit besonders hoher Genauigkeit durchgeführt werden.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Ansteuerung eines Piezo-Inj ektors zur geregelten Zero-Dwe11-Einspritzung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung eines Piezo-Inj ektors eines Einspritzsystems unter Realisierung einer geregelten Zero-Dwell-Einspritzung . Die Einspritzgenauigkeit eines Einspritzsystems spielt eine zentrale Rolle, um die hohen Anforderungen bezüglich Emission, Kraftstoffverbrauch und Fahrkomfort zu erfüllen. Um eine hohe Einspritzgenauigkeit zu erreichen, findet ein Regelkreis Verwendung, in dem ein Druckventil und ein Durchflussventil als Stellglieder funktionieren. Eine Einspritzung findet statt, wenn ein Injektor so angesteuert wird, dass sein Verschlusselement vom zugehörigen Sitz über eine bestimmte Zeitdauer abgehoben wird.
Um eine entsprechende Regelung durchzuführen, werden bestimmte Einspritzparameter erfasst . So zeichnet sich beispielsweise eine bestimmte Einspritzstrategie dadurch aus, dass der Schlie߬ zeitpunkt eines Verschlusselementes eines Injektors erfasst wird. Diese Information kann beispielsweise dazu verwendet werden, um die Einspritzdauer zu korrigieren. Dadurch kann eine hohe Einspritzgenauigkeit einerseits in Bezug auf die breite Masse der Injektoren und andererseits über die Lebensdauer der Injektoren sichergestellt werden.
Für die Detektion des Schließzeitpunktsignals ist ein Mess- fenster erforderlich, in dem beispielsweise Strom und Spannung des Piezoaktors gemessen werden. Die folgende Einspritzung darf hierbei nicht so nah sein, dass die Bestromung des Piezoaktors zur Realisierung der folgenden Einspritzung schon im Detek- tionsfenster der vorangegangenen Einspritzung beginnt. ^
Die Flexibilität bei der Gestaltung der Einspritzungen hinsichtlich Einspritzdruck, Einspritzdauer, Einspritzposition etc. ermöglicht eine Optimierung der Verbrennung über die Einspritzung. Weiteres Optimierungspotential besteht in der Durchführung einer Zero-Dwell-Einspritzung, d.h. der Durchführung einer Einspritzung, bei der der hydraulische Abstand zur vorhergehenden Einspritzung Null beträgt. Hierbei kann jedoch aus den elektrischen Messungen (Spannung und Ladung) das Schließzeitpunktsignal der ersten Einspritzung nicht mehr genau generiert werden, weil dieses Ereignis durch das Aufladen für die zweite Einspritzung elektrisch gestört ist.
Bisher ist man daher so vorgegangen, dass man die Durchführung einer Zero-Dwell-Einspritzung bzw. diese kleinsten Abstände nicht zugelassen hat, um die Fähigkeit einer derartigen
Schließzeitregelung (auf Basis der Ermittlung des Schließzeitpunktes) sicherzustellen und damit die Mengengenauigkeit zu garantieren .
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art zur Verfügung zu stellen, das sich durch eine besonders hohe Genauigkeit aus¬ zeichnet .
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der angegebenen Art gelöst, das die folgenden Schritte aufweist:
Bei Anforderung einer Zero-Dwell-Einspritzung Schieben von zwei aufeinanderfolgenden Einspritzungen so nah aneinander, dass der Schließzeitpunkt eines Verschlusselementes des Piezo-Inj ektors gerade noch detektierbar ist, und Durchführen einer Schließ- zeitpunktdetektion sowie Schließzeitregelung; bei Einregelung der Schließzeit auf eine Soll-Schließzeit Ermitteln einer elektrischen Größe für diese Soll-Schließzeit und hieraus Ermitteln einer elektrischen Größe, die einem hydraulischen Abstand zwischen den beiden Einspritzungen von etwa Null (Zero-Dwell) entspricht; und
Verwenden der ermittelten elektrischen Größe als Sollwert zur Regelung der elektrischen Größe bei Ansteuerung des Piezo-Injek- tors zur Durchführung einer Zero-Dwell-Einspritzung .
Die Erfindung sieht eine Closed-Loop-Regelung der Einspritzmenge auch bei Verlust des Schließzeitsignals vor. Die Regelgröße ist allerdings nicht mehr die Schließzeit, sondern eine elektrische Größe, vorzugsweise die Spannung, die aber zur gleichen
Schließzeit führt.
Bei der Regelung einer elektrischen Größe muss der Sollwert gelernt werden, weil dieser von dem einzelnen Injektor abhängig ist. Das Lernen des Sollwertes erfolgt wie folgt: Bei Anforderung einer Zero-Dwell-Einspritzung werden zuerst die zwei Einspritzungen so nah aneinandergeschoben, dass die Schließzeit noch detektierbar ist. Die Schließzeitregelung sorgt dafür, dass der Schließzeitsollwert eingehalten wird. Wenn die Schließzeit auf eine Soll-Schließzeit eingeregelt ist (die Regelung kon- vergent ist) , wird beispielsweise die Spannung abgelesen und als Sollwert für eine Spannungsregelung gespeichert.
Erfindungsgemäß wird somit zunächst der Wert einer elektrischen Größe, insbesondere ein Spannungswert, angelernt, der dann bei der Ansteuerung wieder herangezogen wird. Dieser Spannungswert ist derjenige Wert, bis zu dem beim Entladen des Aktors bei der ersten Einspritzung entladen wird, um dann an diesem Punkt einen erneuten Ladevorgang für die folgende Einspritzung so rechtzeitig zu starten, dass die folgende Einspritzung hydraulisch an dem Punkt beginnt, an dem die vorausgehende Einspritzung zu Ende ist. Man kommt dabei auf diesen Wert, indem man die folgende Einspritzung so weit verschiebt, dass das Einspritzende der vorausgehenden Einspritzung gerade noch messbar ist. Dazu wird insbesondere der Ladevorgang der folgenden Einspritzung genau zu dem Zeitpunkt gestartet, an dem das Messfenster für die Schlie߬ zeitpunktbestimmung der vorausgehenden Einspritzung zu Ende ist.
Bei Einregelung der Schließzeit wird insbesondere der zeitliche Abstand zwischen dem hydraulischen Einspritzende der voraus¬ gehenden Einspritzung und dem hydraulischen Einspritzbeginn der nachfolgenden Einspritzung ermittelt und dann mit diesem Zeitabstand vom Aufladebeginn einer nachfolgenden Einspritzung zurückgerechnet. Daraus ergibt sich dann der theoretische Zeitpunkt, an dem der Ladevorgang der nachfolgenden Einspritzung gestartet werden muss, um Zero-Dwell zu realisieren.
Nun muss nur noch ermittelt werden, welcher Spannungswert auf der Entladekurve des vorausgehenden Einspritzvorganges zu diesem Zeitpunkt angelegen hat. Dies ist dann der Spannungswert, der gelernt werden muss.
Im nachfolgenden Einspritzzyklus kann dann der Ladevorgang der nachfolgenden Einspritzung gestartet werden, sobald auf der Entladekurve des vorausgehenden Einspritzvorganges der gelernte Spannungswert erreicht ist.
Als elektrische Größe kann auch statt der Spannung die Ladung des Piezoaktors ermittelt werden.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird somit die Mengengenauigkeit einer Voreinspritzung sichergestellt, bei der das Schließzeitsignal nicht mehr verfügbar ist (durch Zero-Dwell) . Der ermittelte Spannungswert kann dabei als Maß für die Ein- spritzmenge benutzt werden. Natürlich kann statt der Spannung auch die Ladung genommen werden.
Vorstehend wurde ausgeführt, dass bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der zeitliche Abstand zwischen dem hydraulischen Einspritzende einer vorausgehenden Einspritzung und dem hydraulischen Einspritzbeginn der nachfolgenden Einspritzung ermittelt wird und dann mit diesem Zeitabstand vom Aufladebeginn einer nachfolgenden Einspritzung zurückgerechnet wird. Da dieser Zeitabstand aber gewisse Toleranz hat, wird in Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens der Aufladebeginn einer nachfolgenden Einspritzung vorzugsweise um einen kleineren Betrag als der ermittelte Zeitabstand zurückgerechnet. Die Erfindung schlägt als weitere Variante vor, eine übliche Schließzeitregelung durchzuführen, solange ein Schließzeitsignal vorhanden ist. Sobald der Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Einspritzungen so klein ist, dass das Schließzeitsignal nicht mehr verfügbar ist, wird dann erfindungsgemäß auf die vorstehend beschriebene Regelung einer elektrischen
Größe, insbesondere der Spannung, übergegangen. Mit „solange ein Schließzeitsignal vorhanden ist" ist hierbei gemeint, solange ein durch die nachfolgende Einspritzung nicht gestörtes
Schließzeitsignal vorhanden ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit der Zeichnung im Einzelnen erläutert. Es zeigen: Figur 1 ein Diagramm, das die Spannung und die Einspritzrate in Abhängigkeit von der Zeit in Bezug auf zwei aufeinanderfolgende Einspritzvorgänge zeigt ; Figur 2 eine Darstellung ähnlich Figur 1, wobei zusätzlich der Stromverlauf über die zwei Ein- spritzvorgänge dargestellt ist und die Ein- spritzvorgänge hier einen geringeren Abstand voneinander aufweisen als in Figur 1 ;
Figur 3 ein Diagramm entsprechend den Figuren 1 und 2, wobei hier die Einspritzvorgänge direkt auf¬ einanderfolgen (Zero-Dwell) ; und
Figur 4 ein Ablaufdiagramm der einzelnen Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens .
Figur 1 zeigt an einem Ausführungsbeispiel den Verlauf der Spannung und der Einspritzrate bei zwei aufeinanderfolgenden Einspritzvorgängen eines Piezo-Injektors, wobei die beiden Einspritzvorgänge in Bezug auf die Hydraulik einen zeitlichen Abstand von T_DIF_HYD voneinander aufweisen. Hierbei kann eine normale Schließzeitregelung im dargestellten Messfenster stattfinden, da der nachfolgende Einspritzvorgang die im
Messfenster des vorhergehenden Einspritzvorganges gemessenen Schließzeitwerte nicht beeinflusst. Im Einzelnen besitzen die in Figur 1 verwendeten Abkürzungen folgende Bedeutung:
V = Spannung
Q = Einspritzrate
EOC = Beginn Entladung
EOD = Ende Entladung
SOI = Einspritzbeginn (Aufladebeginn
T DIF EL = elektrischer Abstand
T DIF HYD = hydraulischer Abstand
T DLY CLOSE = Schließverzögerung
T DLY OPEN = Öffnungsverzögerung
OPP 4 = Schließzeit Bei dieser Ausführungsform findet eine übliche Schließzeit¬ regelung und keine Zero-Dwell-Regelung statt. Figur 2 zeigt ein entsprechendes Diagramm wie Figur 1, wobei zusätzlich der Stromverlauf über die Zeit dargestellt ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Abstand zwischen den beiden Einspritzvorgängen geringer als in Figur 1, wobei der Beginn der Einspritzung (Aufladebeginn) SOI des zweiten Einspritzvorganges in das Messfenster zur Schließzeitermittlung des ersten Ein- spritzvorganges fällt. In diesem Fall ist daher keine ein¬ wandfreie Schließzeitregelung mehr möglich.
Figur 3 zeigt den erfindungsgemäßen Fall, bei dem eine geregelte Zero-Dwell-Einspritzung durchgeführt wird. Hierbei ist der hydraulische Abstand zwischen den beiden Einspritzvorgängen T_DIF_HYD etwa Null. Eine einwandfreie Schließzeitregelung, wie sie beispielsweise bei dem in Figur 1 gezeigten Ausführungs¬ beispiel durchgeführt wird, ist daher nicht mehr möglich. Stattdessen wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wie folgt vorgegangen :
Bei Anforderung einer Zero-Dwell-Einspritzung werden die beiden aufeinanderfolgenden Einspritzvorgänge so nah aneinanderge- schoben, dass der Schließzeitpunkt eines Verschlusselementes des Piezo-Inj ektors gerade noch detektierbar ist. Es wird dann eine Schließzeitpunktdetektion mit nachfolgender Schließzeitregelung (OPP4-Regelung) durchgeführt. Bei Einregelung der Schließzeit (OPP 4) auf eine Soll-Schließzeit wird die elektrische Spannung für diese Soll-Schließzeit und hieraus die elektrische Spannung, die einem hydraulischen Abstand zwischen den beiden Einspritzvorgängen von etwa Null (Zero-Dwell) entspricht, ermittelt. Die ermittelte elektrische Spannung wird als Sollwert zur Regelung der Spannung bei Ansteuerung des Piezo-Inj ektors zur Durchführung einer Zero-Dwell-Einspritzung verwendet.
Figur 4 zeigt ein Ablaufdiagramm für ein derartiges Verfahren. Der Sollwert der ermittelten elektrischen Größe (Spannung) ist hierbei als Setpoint bezeichnet. Mit OPP4-Regelung ist eine Schließzeitregelung gemeint. OPP4-Regelungkonvergenz soll bedeuten, dass die Schließzeit eingeregelt ist.
Bei dem Verfahren wird die ermittelte elektrische Größe als Setpoint gespeichert und für die Durchführung der geregelten Zero-Dwell-Einspritzung geregelt .

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Ansteuerung eines Piezo-Inj ektors eines Einspritzsystems unter Realisierung einer geregelten Zero-Dwell-Einspritzung mit den folgenden Schritten: bei Anforderung einer Zero-Dwell-Einspritzung Schieben von zwei aufeinanderfolgenden Einspritzungen so nah aneinander, dass der Schließzeitpunkt eines Ver¬ schlusselementes des Piezo-Inj ektors gerade noch detektierbar ist, und Durchführen einer Schließzeit- punktdetektion sowie Schließzeitregelung (OPP4-Rege- lung) ; bei Einregelung der Schließzeit (OPP 4) auf eine Soll-Schließzeit Ermitteln einer elektrischen Größe für diese Soll-Schließzeit und hieraus Ermitteln einer elektrischen Größe, die einem hydraulischen Abstand (T_DIF_HYD) zwischen den beiden Einspritzungen von etwa Null (Zero-Dwell) entspricht; und
Verwenden der ermittelten elektrischen Größe als Sollwert zur Regelung der elektrischen Größe bei AnSteuerung des Piezo-Inj ektors zur Durchführung einer Zero-Dwell-Einspritzung .
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als elektrische Größe die an einem Piezoaktor anliegende Spannung ermittelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als elektrische Größe die Ladung eines Piezoaktors ermittelt wird. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ladevorgang einer folgenden Einspritzung zu dem Zeitpunkt gestartet wird, an dem ein Messfenster für die Schließzeitpunktbestimmung einer vorausgehenden Einspritzung zu Ende ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zeitliche Abstand zwi¬ schen dem hydraulischen Einspritzende einer vorausgehenden Einspritzung und dem hydraulischen Einspritzbeginn der nachfolgenden Einspritzung ermittelt wird und dann mit diesem Zeitabstand vom Aufladebeginn einer nachfolgenden Einspritzung zurückgerechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ermittelt wird, welcher Spannungswert auf der Ent¬ ladekurve des vorausgehenden Einspritzvorganges zu diesem Zeitpunkt angelegen hat.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schließzeitregelung (OPP4-Regelung) durchgeführt wird, solange ein
Schließzeitsignal vorhanden ist, und dass auf die vorstehend beschriebene Regelung einer elektrischen Größe, insbesondere der Spannung, übergegangen wird, sobald der Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Einspritzungen so klein ist, dass das Schließzeitsignal nicht mehr verfügbar ist.
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