WO2016165892A1 - Verfahren zum betreiben eines piezogesteuerten direktbetätigten einspritzventils - Google Patents

Verfahren zum betreiben eines piezogesteuerten direktbetätigten einspritzventils Download PDF

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    • F02M51/0603—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using piezoelectric or magnetostrictive operating means

Definitions

  • the present invention relates to a method of operating a piezo-controlled direct-operated injection valve.
  • the position of the closure element In order to be able to control the injection rate in the case of piezo-controlled direct-operated injection valves, the position of the closure element must be known and adjustable. About the position of the closure element is thereby accomplished how much fuel can flow through the nozzle holes. In this case, the determination of the closing time of the closure element plays a corresponding role. With the same electrical control variables of the piezoelectric actuator resulting from component tolerances, aging phenomena, etc. of injection valve to injector different closing times, so that corrections Cor ⁇ corrections or a regulation of the closing time is required.
  • Closing time of the closure element of the injection valve is known.
  • the corresponding control is carried out with a correction variable or manipulated variable, which is the driving time.
  • the present invention has for its object to provide a method for operating a piezo-controlled direct-operated injector available, which allows the implementation of a particularly accurate injection.
  • This object is achieved in a method of the type indicated by the following steps: Performing an injection and determining the closing time and thus the closing time of a VerMANele ⁇ Mentes of the injection valve for this injection; Determining an energy value for the control of a belonging to ⁇ piezo actuator to achieve a nominal closing time on the basis of the determined closing time;
  • the closing time of the closure element is determined via the measurement of electrical variables of the piezoelectric actuator and the closing time is determined therefrom. This corresponds to the lifting height of the closure element. This means that the higher the position of the closure element, the longer the closing time.
  • an energy value (Energiesetpoint) for driving the supplied ⁇ impaired piezoelectric actuator is used herein. According to the invention there is an energy value is determined which corresponds to the reaching of a nominal ⁇ closing time.
  • the closing timing of the closure element correlated namely the lift of the closure element, and the height of lift of the closure element correlated with the ent ⁇ speaking energy value (Energiesetpoint) of the supplied Charge energy of the piezo actuator corresponds.
  • the energy value ie the charging energy supplied to the actuator (voltage and charge) is determined, which corresponds to the achievement of a nominal closing time.
  • This energy value is converted into a current level of an output stage.
  • the piezoelectric actuator is driven ⁇ with this current level, and it is carried out at least another injection operation of the injector, so that ensured in this way, that is working with a form adapted to the corresponding Ge ⁇ give units closing timing, leading to a correct injection rate leads.
  • the time profile of the capacitance of the piezoelectric actuator is preferably used.
  • the voltage and the charge are sampled in a high resolution in the 5 ⁇ is raster.
  • the capacity has the property that it decreases when Kraftbeier ⁇ impact.
  • the method is based on the following basis:
  • the closure element is in the full stroke and the piezo actuator is in the cut-off state.
  • its speed is higher than the downstream me ⁇ chanical and hydraulic system.
  • the piezo actuator is then held in position by maintaining the voltage at a residual amount of, for example, about 30V.
  • the associated control piston and the closure element follow their Ge ⁇ speed and finally get the piezo actuator.
  • the actuator could now hold the control spool and the closure element in position by its 30 V, if not the hydraulic restoring force on the closure element would work. Due to the positioning of the closure element slightly above its seat resulting from the throttling a hydraulic closing force, which eventually can also move the control piston. Finally, this shifts the piezo actuator back. This external force creates a capacity trough, which corresponds to the force effect ⁇ effect. According to the invention while the closing ⁇ time of the closure element is measured by the capacity trough. From the determined closing time then the closing time is determined in a known manner.
  • the inventive method is preferably applied to guide through ⁇ a main injection, and then further injections be carried out on the basis of the optimized closing time.
  • the energy value determined according to the invention is also used to control a piezoactuator for pre-injection and / or post-injection.
  • the pilot injections and post-injections are operated with the same energy value (voltage and charge) in the entire control strategy as the injector-individually corrected energy value of the main injection.
  • the closure time is determined using the method according to the invention in the main injection. Based on this, an energy value (voltage and charge) is determined zylinderindi ⁇ vidually so that the nominal closing time is achieved. This energy value is converted via a current of an output stage. The current level thus determined by means of the main injection is now also applied to the remaining injections of the respective cylinder. Finally, the closing time is also determined for the pre-injections and post-injections, and it is this again cylinder-specific and injection ⁇ individually adjusted the activation time. Additional effects of a pre-injection and / or post-injection, such as pressure waves, residual charge effects, etc., are preferably compensated in conjunction with the closing time correction carried out according to the invention via a control-time-based closing time correction.
  • a method for operating a piezo-controlled direct-operated injection valve is thus carried out on the basis of a closing time control in which an energy value is used as a control variable in the control circuit, the
  • a main injection is performed. From the time course of the capacity of the associated piezoelectric actuator, the closing time of the nozzle needle and from this the corresponding closing time is determined in a known manner. On the basis of the determined closing time, an energy value for the activation of the associated piezo actuator is determined with which a nominal closing time is achieved. For this Ener giewert ⁇ is calculated for the associated output stage of the current with which the desired energy level is reached. Exactly this current is taken over for all other injections (pre-injections, post-injections). Since the needle lift height is thus set in the main injection, the regular activation time map applies again to the injections and post-injections when the current is taken over.
  • the reason for this may be, for example, that too little needle lift height is achieved.
  • the closing time is too small.
  • the energy value (energy point) is increased until the nominal closing time is reached. This energy value is converted into a current and executed by the power amplifier.
  • the closing time is also determined in the pilot injections and post-injections. Based on this, however, only the driving time is adjusted. These are small

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Betreiben eines piezogesteuerten direktbetätigten Einspritzventils beschrieben. Nach dem Ermitteln des Schließzeitpunktes und der Schließzeit eines Verschlusselementes des Einspritzventils bei einer durchgeführten Einspritzung wird ein Energiewert für die Ansteuerung eines zugehörigen Piezo-Aktors zum Erreichen einer Nominal- schließzeit auf der Basis der ermittelten Schließzeit bestimmt. Dieser Energiewert wird in ein Stromniveau einer Endstufe umgesetzt, und der Piezo-Aktor wird mit diesem Stromniveau zur Durchführung mindestens eines weiteren Einspritzvorganges angesteuert. Hierdurch wird die Durchführung einer besonders genauen Einspritzung erreicht.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Betreiben eines piezogesteuerten direktbetätigten Einspritz entils
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines piezogesteuerten direktbetätigten Einspritzventils.
Um bei piezogesteuerten direktbetätigten Einspritzventilen die Einspritzrate kontrollieren zu können, muss die Position des Verschlusselementes bekannt und einstellbar sein. Über die Position des Verschlusselementes wird dabei bewerkstelligt, wie viel Kraftstoff durch die Düsenlöcher strömen kann. Dabei spielt die Ermittlung der Schließzeit des Verschlusselementes eine entsprechende Rolle. Bei gleichen elektrischen Ansteuergrößen des Piezoaktors ergeben sich durch Bauteiltoleranzen, Alterungserscheinungen etc. von Einspritzventil zu Einspritzventil unterschiedliche Schließzeiten, so dass entsprechende Kor¬ rekturen bzw. eine Regelung der Schließzeit erforderlich ist.
Eine Schließzeitpunktmessung und hieraus Ermittlung der
Schließzeit des Verschlusselementes des Einspritzventils ist bekannt. Die entsprechende Regelung wird dabei mit einer Korrekturgröße bzw. Stellgröße durchgeführt, bei der es sich um die Ansteuerdauer handelt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben eines piezogesteuerten direktbetätigten Einspritzventils zur Verfügung zu stellen, das die Durchführung einer besonders genauen Einspritzung ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren der angegebenen Art durch die folgenden Schritte gelöst: Durchführen einer Einspritzung und Ermitteln des Schließzeitpunktes und hieraus der Schließzeit eines Verschlussele¬ mentes des Einspritzventils für diese Einspritzung; Bestimmen eines Energiewertes für die Ansteuerung eines zu¬ gehörigen Piezo-Aktors zum Erreichen einer Nominalschließzeit auf der Basis der ermittelten Schließzeit;
Umsetzen dieses Energiewertes in ein Stromniveau einer Endstufe; und
Ansteuern des Piezo-Aktors mit diesem Stromniveau und Durch¬ führen mindestens eines weiteren Einspritzvorganges des Ein- spritzventils .
Wie vorstehend erörtert, wurde bisher als Stellgröße für eine Schließzeitregelung die Ansteuerdauer verwendet. Hiervon abweichend wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wie folgt vorgegangen :
Es wird eine Einspritzung durchgeführt, wobei hierbei über die Messung von elektrischen Größen des Piezo-Aktors der Schließzeitpunkt des Verschlusselementes bestimmt und hieraus die Schließzeit ermittelt wird. Diese korrespondiert mit der Hubhöhe des Verschlusselementes . Das bedeutet, dass j e höher die Position des Verschlusselementes ist, desto länger die Schließzeit ist. Als Stellgröße für die entsprechende Regelung wird hierbei ein Energiewert (Energiesetpoint) für die Ansteuerung des zuge¬ hörigen Piezo-Aktors verwendet. Erfindungsgemäß wird dabei ein Energiewert ermittelt, der dem Erreichen einer Nominal¬ schließzeit entspricht. Die Schließzeit des Verschlusselementes korreliert nämlich mit der Hubhöhe des Verschlusselementes, und die Hubhöhe des Verschlusselementes korreliert mit dem ent¬ sprechenden Energiewert (Energiesetpoint) , der der zugeführten Ladeenergie des Piezo-Aktors entspricht. Speziell wird dabei derjenige Energiewert, d.h. die dem Aktor zugeführte Ladeenergie (Spannung und Ladung) , ermittelt, der dem Erreichen einer Nominalschließzeit entspricht.
Dieser Energiewert wird in ein Stromniveau einer Endstufe umgesetzt. Der Piezo-Aktor wird mit diesem Stromniveau ange¬ steuert, und es wird mindestens ein weiterer Einspritzvorgang des Einspritzventils durchgeführt, so dass auf diese Weise si- chergestellt wird, dass mit einer an die entsprechenden Ge¬ gebenheiten angepassten Schließzeit gearbeitet wird, die zu einer korrekten Einspritzrate führt.
Zur Ermittlung bzw. Messung des Schließzeitpunktes des Ver- Schlusselementes wird vorzugsweise der zeitliche Verlauf der Kapazität des Piezo-Aktors verwendet. Dazu werden insbesondere Spannung und Ladung hoch aufgelöst im 5 \is Raster abgetastet. Die Kapazität hat die Eigenschaft, dass diese bei Kraftbeauf¬ schlagung sinkt.
Dabei basiert das Verfahren auf folgender Grundlage:
Es wird davon ausgegangen, dass sich das Verschlusselement im Vollhub befindet und der Piezo-Aktor im ausgelängten Zustand ist . Durch Entladung zieht sich der Aktor zusammen, wobei seine Geschwindigkeit hierbei höher ist als das nachgelagerte me¬ chanische und hydraulische System. Der Piezo-Aktor wird dann durch Halten der Spannung auf einem Restbetrag von beispielsweise ca. 30 V in seiner Position gehalten. Der zugehörige Steuerkolben und das Verschlusselement folgen entsprechend ihrer Ge¬ schwindigkeit und holen den Piezo-Aktor schließlich ein.
Normalerweise könnte der Aktor nun den Steuerkolben und das Verschlusselement in ihrer Position durch seine 30 V halten, wenn nicht die hydraulische Rückstellkraft auf das Verschlusselement wirken würde. Durch die Positionierung des Verschlusselementes geringfügig oberhalb seines Sitzes ergibt sich durch die Androsselung eine hydraulische Schließkraft, die schließlich auch den Steuerkolben weiterbewegen lässt. Schließlich wird dadurch der Piezo-Aktor zurückgeschoben. Durch diese äußere Krafteinwirkung entsteht eine Kapazitätsmulde, die der Kraftein¬ wirkung entspricht. Erfindungsgemäß wird dabei der Schlie߬ zeitpunkt des Verschlusselementes anhand dieser Kapazitätsmulde gemessen. Aus dem ermittelten Schließzeitpunkt wird dann in bekannter Weise die Schließzeit bestimmt.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise bei Durch¬ führung einer Haupteinspritzung angewendet, wobei dann weitere Einspritzungen auf der Basis der optimierten Schließzeit durch- geführt werden. Vorzugsweise wird der erfindungsgemäß bestimmte Energiewert auch zur Ansteuerung eines Piezo-Aktors für eine Vor- und/oder Nacheinspritzung verwendet. Bei dieser erfindungsgemäßen Verfahrensvariante werden in der gesamten Regelstrategie die Voreinspritzungen und Nacheinspritzungen mit dem gleichen Energiewert (Spannung und Ladung) betrieben wie der injektorindividuell korrigierte Energiewert der Haupteinspritzung.
Diese Regelstrategie läuft dabei wie folgt ab: Es erfolgt die Ermittlung der Schließzeit mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bei der Haupteinspritzung. Anhand dieser wird zylinderindi¬ viduell ein Energiewert (Spannung und Ladung) bestimmt, so dass die Nominalschließzeit erreicht wird. Dieser Energiewert wird über einen Strom einer Endstufe umgesetzt. Das Stromniveau, das auf diese Weise mithilfe der Haupteinspritzung bestimmt wurde, wird nun auch auf die restlichen Einspritzungen des jeweiligen Zylinders angewendet. Schließlich wird die Schließzeit auch für die Voreinspritzungen und Nacheinspritzungen bestimmt, und es wird hierfür nochmals zylinderindividuell und einspritzungs¬ individuell die Ansteuerzeit justiert. Zusätzliche Effekte einer Vor- und/oder Nacheinspritzung, wie Druckwellen, Restladungseffekte etc., werden in Verbindung mit der erfindungsgemäß durchgeführten Schließzeitkorrektur vorzugsweise über eine ansteuerzeitbasierte Schließzeitkorrektur kompensiert.
Erfindungsgemäß wird somit ein Verfahren zum Betreiben eines piezogesteuerten direktbetätigten Einspritzventils auf der Basis einer Schließzeitregelung durchgeführt, bei dem als Stell- große im Regelungskreis ein Energiewert verwendet wird, der
Spannung und Ladung des entsprechenden Piezo-Aktors entspricht. Es wird dabei derjenige Energiewert ermittelt, der einer No¬ minalschließzeit entspricht, die für folgende Einspritzvorgänge zugrundegelegt wird.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbei¬ spieles im Einzelnen erläutert.
Mit einem piezogesteuerten direktbetätigten Einspritzventil wird eine Haupteinspritzung durchgeführt. Aus dem zeitlichen Verlauf der Kapazität des zugehörigen Piezo-Aktors wird in bekannter Weise der Schließzeitpunkt der Düsennadel und hieraus die entsprechende Schließzeit ermittelt. Auf der Basis der ermittelten Schließzeit wird ein Energiewert für die Ansteuerung des zugehörigen Piezo-Aktors bestimmt, mit dem eine Nominalschließzeit erreicht wird. Aus diesem Ener¬ giewert wird für die zugehörige Endstufe der Strom berechnet , mit dem das gewünschte Energieniveau erreicht wird. Exakt dieser Strom wird für alle anderen Einspritzungen (Voreinspritzungen, Nacheinspritzungen) übernommen. Da bei der Haupteinspritzung somit die Nadelhubhöhe eingestellt wird, gilt für die Vor¬ einspritzungen und Nacheinspritzungen bei Übernahme des Stromes wieder das reguläre Ansteuerzeitkennfeld . Wird beispielsweise bei der Haupteinspritzung ein Energieoffset von +5 mJ bestimmt, kann beispielsweise der Grund hierfür darin bestehen, dass zuwenig Nadelhubhöhe erreicht wird. Somit ist die Schließzeit zu klein. Der Energiewert (Energiesetpoint) wird solange erhöht, bis die Nominalschließzeit erreicht wird. Dieser Energiewert wird in einen Strom umgerechnet und von der Endstufe ausgeführt .
Auch bei den Voreinspritzungen und Nacheinspritzungen wird die Schließzeit ermittelt. Anhand dieser wird aber nur noch die Ansteuerzeit angepasst. Es handelt sich dabei um kleine
Stelleingriffe, da die Nadelhubhöhenanpassung durch die
Strombestimmung für alle Einspritzungen schon durchgeführt wurde. Dieser Ansteuerzeiteingriff wird durchgeführt, um Druckwelleneffekte etc. noch abzufangen.

Claims

Verfahren zum Betreiben eines piezogesteuerten direktbetätigten Einspritzventils mit den folgenden Schritten :
Durchführen einer Einspritzung und Ermitteln des Schließzeitpunktes und hieraus der Schließzeit eines Verschlusselementes des Einspritzventils für diese Einspritzung;
Bestimmen eines Energiewertes für die Ansteuerung eines zugehörigen Piezo-Aktors zum Erreichen einer Nominalschließzeit auf der Basis der ermittelten Schließzeit;
Umsetzen dieses Energiewertes in ein Stromniveau einer Endstufe; und
Ansteuern des Piezo-Aktors mit diesem Stromniveau und Durchführen mindestens eines weiteren Einspritzvorganges des Einspritzventils.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es bei Durchführung einer Haupteinspritzung angewendet wird .
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der bestimmte Energiewert zur Ansteuerung eines Piezo-Aktors für eine Vor- und/oder Nacheinspritzung verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzliche Effekte einer Vor- und/oder Nacheinspritzung über eine ansteuerzeitbasierte Schließzeitkorrektur kompensiert werden.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung des
Schließzeitpunktes der zeitliche Verlauf der Kapazität des Piezo-Aktors verwendet wird.
PCT/EP2016/055434 2015-04-15 2016-03-14 Verfahren zum betreiben eines piezogesteuerten direktbetätigten einspritzventils Ceased WO2016165892A1 (de)

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