WO2017001199A1 - Verfahren zur überwachung des arbeitsbetriebs eines piezoinjektors - Google Patents

Verfahren zur überwachung des arbeitsbetriebs eines piezoinjektors Download PDF

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determined
piezoinj
complex conductance
resonant circuit
conductance
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PCT/EP2016/063793
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Tany GARGISO
Michael Kausche
Peter Matthias Russe
Robert Hoffmann
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Continental Automotive Gmbh
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    • F02D2041/288—Interface circuits comprising means for signal processing for performing a transformation into the frequency domain, e.g. Fourier transformation

Definitions

  • the invention relates to a method for monitoring the operation of a Piezoinj ector.
  • An injection valve often referred to as an injector, has a closure element that can be moved by means of a drive for opening and closing the injector.
  • the closure element In the closed state of the injector, in which no injection takes place, the closure element is in a closed position in which it closes all the injection openings of the injector.
  • the closure element By means of the drive, the closure element can be raised, starting from its closed position, in order in this way to release at least some of the injection openings 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, to keep it at this lifting height and / or to move the closure element back into the closed position.
  • this actuator may be given by a piezo element that expands or contracts as a result of electrical charging or discharging and thus triggers a lifting or closing movement of the closure element.
  • Such actuators also referred to as piezoactuators, are particularly well suited for precise and instantaneous movement of the closure element.
  • Piezoinj ectors have a working game. This working cycle must be maintained reproducibly and exactly for the entire operating life of a motor vehicle.
  • the relevant requirements are defined by the legislation of the countries and also by the customers of the injection system manufacturers. Relevant standards for this are for example the UN / ECE R83 for Europe and the California Code of Regulations, Title 13, 1968.2 for the Californian market.
  • the object of the invention is to show a way in which the above-mentioned disadvantages can be eliminated.
  • the advantages of the invention are, in particular, that the monitoring of the operating mode of a piezoelectric element is improved by the method according to the invention. For example, failures of Piezoinj ectors can be detected safely and quickly. Furthermore, by the Invention ⁇ method in accordance with each operating cycle of the Piezoinj ector not previously determined characteristics of the present Piezoinj ector and are used for adjustment or for the control of stored model parameters of the Piezoinj ector. Furthermore, using the determined parameters necessary adaptations of the drive current and the drive voltage of the
  • FIG. 1 shows a sketch of a piezo injector.
  • Figure 2 is a block diagram of a model of a
  • FIG. 3 is a sketch of the modeled as a spring-mass system
  • Figure 4 is a block diagram of a model used in the invention of a Piezoinj ector and
  • FIG. 5 shows a flow chart for explaining a method for
  • FIG. 1 shows a sketch of a piezo injector of a fuel injection system.
  • the illustrated Piezoinj ector 10 has an injector body 14.
  • the injector body 14 is preferably designed in several parts and has a first recess 16.
  • the first recess 16 can be coupled to a high pressure circuit, not shown, of a fluid. It is in an installed state of Piezoinj ector 10 with the
  • Coupled high pressure circuit is Coupled high pressure circuit.
  • the Piezoinj ector 10 has a drive device 50 which includes an actuator 22, a lever device 26, a guide member 54 and a plunger 52.
  • the actuator 22 is arranged, for example, in a second recess 20 of the injector body 14.
  • the actuator 22 is designed as a lifting actuator and is a piezoelectric actuator which comprises a stack of piezoelectric elements.
  • the piezoelectric actuator changes its axial extent depending on an applied voltage signal.
  • the actuator 22 has a piston 24.
  • the actuator 22 acts on the lever device 26 via the piston 24.
  • the lever device 26 comprises, for example, a bell-shaped body 28 and lever elements 30.
  • the bell-shaped body 28 and the lever elements 30 are arranged in the first recess 16.
  • the bell-shaped body 28 is coupled to the lever members 30.
  • a valve needle 32 is further arranged.
  • the valve needle 32 has a needle head 34.
  • the lever elements 30 cooperate with the needle head 34 for the axial movement of the valve needle 32.
  • a nozzle spring 36 is disposed between a support 42 of the injector body 14 and a shoulder 44 of the valve needle 32.
  • the valve needle 32 is biased by the nozzle spring 36 so that it prevents a fluid flow through at least one injection opening 14 disposed in the injector 14 in a closed position, when no further forces acting on the nozzle needle 32.
  • the nozzle needle 32 Upon actuation of the actuator 22, the nozzle needle 32 is moved from its closed position to an open position in which it releases the fluid flow through the at least one injection port 40.
  • the plunger 52 is movably arranged between the actuator 22 and the lever device 26 in the axial direction of the longitudinal axis L of the drive device 50.
  • the plunger 52 has in a pre ⁇ given part of its surface recesses, and 26 is coupled in a first region of contact with the actuator 22 and in a second area of contact with the bell-shaped body 28 of the lever device.
  • the plunger 52 preferably has a circular cylindrical cross-sectional area.
  • the plunger 52 may also have other suitable shapes in further embodiments.
  • the guide element 54 is arranged between the actuator 22 and the lever device.
  • the guide member 54 is at ⁇ game as part of the injector body 14.
  • the guide member 54 is constructed and arranged the plunger 52 in the portion to lead axially.
  • the guide element 54 has, for example, a guide bore hole .
  • FIG. 1 A block diagram of a simple model of the piezo injector shown in FIG. 1 is shown in FIG. It comprises an electrical capacitor Cl with a parallel thereto ⁇ arranged mechanics, wherein the current flowing through the capacitance Cl current is indicated by il and the current flowing through the mechanical power with ip.
  • the parallel circuit of the capacitance Cl and the mechanism is connected to a voltage source uO, which supplies a current i to said parallel circuit.
  • FIG. 2 shows a sketch of such a spring-mass system.
  • Cm is a mechanical capacity for which:
  • Rm is a mechanical resistance for which:
  • Rm r / (kg ⁇ km).
  • FIG. 4 shows a block diagram of a model of a piezo injector used in the invention.
  • This model includes, in addition to the already above-mentioned components Cl, Lm, Cm and Rm to a to the series circuit of Lm, Cm and Rm arranged parallel resistor R S c.
  • This resistor R S c is a fault resistance. Based on the value of this fault resistance can be detected whether in
  • Piezoelement an unwanted electrical short circuit is present, as he, for example, in a fraction of individual
  • a capacity ratio can be determined as follows:
  • fl and f2 are piezo natural frequencies.
  • the aforementioned parameters fl, f2, Cm and Lm can be monitored during operation of the Piezoinj ectors and used to a Parame ⁇ ter identification of a piezo model.
  • the resistor R S c is present only in case of error.
  • FIG. 5 shows a flow chart for explaining a method for monitoring the operating mode of a
  • a measurement of the drive current i (t) and the drive voltage u (t) of the Piezoinj ector takes place. Thereafter, in a step S2, the drive current and the drive voltage are transformed into the frequency range:
  • step S3 the complex conductance is formed from the drive current transformed into the frequency range and the drive voltage transformed into the frequency range:
  • a query is made as to whether the error resistance R S c approaches infinity: Rsc ⁇ oo?
  • step S6 ⁇ the flow advances to a step S6 ⁇ according to which an error entry into an error register he follows. Thereafter, the process goes to step S7, in which, for example, an error display is displayed in the display
  • step S8 a determination of the above-mentioned resonant circuit frequencies ⁇ and ⁇ 2 takes place, wherein the first resonant circuit frequency ⁇ is determined at a maximum of the complex conductance and the second resonant circuit frequency ⁇ 2 is determined at a minimum of the complex conductance.
  • spectral analysis determines the capacity ratio.
  • the mechanical capacity Cm is determined by the limiting case consideration ⁇ -> 0. From the frequency ratio and the mechanical capacity Cm, Cl calculates over
  • step S7 is proceeded to, in which one or more of the aforementioned parameters are used to detect a misconduct and possibly also to correct this misconduct of the piezo injector.
  • the determined characteristic quantities can be used for the adjustment of a stored characteristic field whose data correspond to a model representation of the piezo injector.
  • the determined parameters can also be further processed in an engine control unit, for example, be used to adapt the drive current, the drive voltage and / or the drive duration of the piezo injector.
  • a method according to the present invention allows the detection of the aging process of a Piezoinj ector and allows early and reliable detection of leaving predetermined system tolerances.
  • the above-described method provides as magnitudes the fault resistance R S c / the mechanical capacitance Cm, the electric capacitance Cl, the mechanical inductance Lm, and the mechanical resistance R m . Each of these individual sizes can be used for diagnostic purposes.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung des Arbeitsbetriebs eines Piezoinjektors mit folgenden Schritten: - Messung des Ansteuerstromes und der Ansteuerspannung des Piezoinjektors, - Transformieren des Ansteuerstromes und der Ansteuerspannung in den Frequenzbereich, - Bildung eines komplexen Leitwertes aus dem in den Frequenzbereich transformierten Ansteuerstrom und der in den Frequenzbereich transformierten Ansteuerspannung, - Ermittlung einer oder mehrerer Kenngrößen des Piezoinjektors aus dem komplexen Leitwert, - Verwendung der einen oder der mehreren Kenngrößen zur Erkennung eines Fehlverhaltens des Piezoinjektors.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Überwachung des Arbeitsbetriebs eines Piezoin- jektors
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung des Arbeitsbetriebs eines Piezoinj ektors .
Es ist bereits bekannt, die Einspritzventile eines Kraft¬ stoffeinspritzsystems so anzusteuern, dass diese möglichst exakt zu vorgegebenen Zeitpunkten geöffnet und wieder geschlossen werden, um möglichst genau eine vorgegebene Menge eines unter Druck stehenden Kraftstoffs in einen Zylinder der Brennkraftmaschine einzuspritzen. Auf diese Weise und gegebenenfalls 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 Antriebs 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, in der es alle Einspritzöffnungen des Injektors verschließt. Mittels des Antriebs kann das Verschlusselement ausgehend von seiner Schließposition angehoben werden, um auf diese Weise zumindest manche der Einspritzöffnungen 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 das 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 Ver- Schlusselements. Dies ist besonders bei sogenannten direkt angetriebenen Piezo-Inj ektoren der Fall, bei denen eine direkte und verzögerungsfreie Kraftübertragung zwischen dem Piezoaktor und dem Verschlusselement ermöglicht wird. Piezoinj ektoren weisen ein Arbeitsspiel auf . Dieses Arbeitsspiel muss für die komplette Betriebsdauer eines Kraftfahrzeugs reproduzierbar und exakt eingehalten werden. Die diesbezüglichen Anforderungen werden durch die Gesetzgebung der Länder und auch durch die Kunden der Hersteller der Einspritzsysteme definiert. Einschlägige Normen hierzu sind beispielsweise für Europa die UN/ECE R83 und für den kalifornischen Markt der California Code of Regulations, Title 13, 1968.2.
Temporäre und auch dauerhafte Abweichungen der Daten des Einspritzsystems eines Kraftfahrzeugs von den jeweils vor¬ liegenden Anforderungen müssen schnell und sicher detektiert werden können. Andernfalls können stark erhöhte Schadstoff¬ emissionen auftreten. Es kann auch zu einem Stehenbleiben des jeweiligen Kraftfahrzeugs mit Motorschaden führen.
Unabhängig davon besteht im Betrieb eines Kraftfahrzeugs die Anforderung, zum Zwecke einer Ansteuerung eines Piezoinj ektors eine möglichst genaue Kenntnis über die Parameter dieses Piezo- injektors zu haben. Diese Parameter sind üblicherweise in Form von Kennfeldern, etc., in einem Speicher des Steuergerätes des Kraftfahrzeugs hinterlegt und müssen im Betrieb des Kraft¬ fahrzeugs beim Vorliegen unterschiedlicher Betriebsbedingungen möglichst exakt nachgeführt werden. Bisher bekannte Verfahren zur Diagnose eines Piezoinj ektors überwachen Eingangsgrößen des jeweiligen Steuergerätes und Daten vorhandener Regler. Bei direkt angetriebenen Piezoinj ektoren fungiert der Aktor auch als Sensor. Aus dem gemessenen Span- nungsverlauf wird auf die Öffnungs- und Schließzeitpunkte des Piezoinj ektors geschlossen. Die in diesem Zusammenhang verwendeten Algorithmen setzen ihrerseits die Kenntnis von bestimmten Daten des Piezoinj ektors voraus. Verändert sich beispielsweise die Kapazität des Piezoinj ektors aufgrund eines im Piezoinj ektor auftretenden Kurzschlusses oder lösen sich
Kontaktierungen des Piezoinj ektors , dann werden möglicherweise falsche Schließzeitpunkte detektiert, die von bisher bekannten Diagnoseverfahren als gültig erkannt werden. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Weg aufzuzeigen, wie die vorstehend angegebenen Nachteile beseitigt werden können .
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben .
Die Vorteile der Erfindung bestehen insbesondere darin, dass durch das erfindungsgemäße Verfahren die Überwachung des Arbeitsbetriebs eines Piezoinj ektors verbessert ist. Es können beispielsweise Ausfälle von Piezoinj ektoren sicher und schnell detektiert werden. Des Weiteren können durch das erfindungs¬ gemäße Verfahren bei jedem Arbeitsspiel des Piezoinj ektors bisher nicht vorliegende Kenngrößen des Piezoinj ektors ermittelt und zum Abgleich bzw. zur Kontrolle abgespeicherter Modellparameter des Piezoinj ektors verwendet werden. Ferner können unter Verwendung der ermittelten Kenngrößen notwendige Adaptionen des Ansteuerstromes und der Ansteuerspannung des
Piezoinj ektors vorgenommen werden. Weitere vorteilhafte Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus deren nachfolgender beispielhafter Erläuterung anhand der Figuren. Es zeigt Figur 1 eine Skizze eines Piezoinj ektors ,
Figur 2 eine Blockdarstellung eines Modells eines
Piezoinj ektors, Figur 3 eine Skizze der als Feder-Masse-System modellierten
Mechanik von Figur 2,
Figur 4 eine Blockdarstellung eines bei der Erfindung verwendeten Modells eines Piezoinj ektors und
Figur 5 ein Flussdiagramm zur Erläuterung eines Verfahrens zur
Überwachung des Arbeitsbetriebs eines Piezoinj ektors .
Die Figur 1 zeigt eine Skizze eines Piezoinj ektors eines Kraftstoffeinspritzsystems . Der dargestellte Piezoinj ektor 10 weist einen Injektorkörper 14 auf. Der Injektorkörper 14 ist vorzugsweise mehrteilig ausgebildet und weist eine erste Ausnehmung 16 auf. Die erste Ausnehmung 16 ist mit einem nicht dargestellten Hochdruckkreis eines Fluids koppelbar. Sie ist in einem eingebauten Zustand des Piezoinj ektors 10 mit dem
Hochdruckkreis gekoppelt.
Der Piezoinj ektor 10 weist eine Antriebsvorrichtung 50 auf, die einen Aktor 22, eine Hebelvorrichtung 26, ein Führungselement 54 und einen Stößel 52 umfasst.
Der Aktor 22 ist beispielsweise in einer zweiten Ausnehmung 20 des Injektorkörpers 14 angeordnet. Der Aktor 22 ist als Hubaktor ausgebildet und ist ein Piezoaktor, der einen Stapel piezoe- lektrischer Elemente umfasst. Der Piezoaktor ändert seine axiale Ausdehnung abhängig von einem angelegten Spannungssignal. Der Aktor 22 weist einen Kolben 24 auf. Der Aktor 22 wirkt über den Kolben 24 auf die Hebelvorrichtung 26 ein. Die Hebelvorrichtung 26 umfasst beispielsweise einen glockenförmigen Körper 28 und Hebelelemente 30. Der glockenförmige Körper 28 und die Hebelelemente 30 sind in der ersten Ausnehmung 16 angeordnet. Der glockenförmige Körper 28 ist mit den Hebelelementen 30 gekoppelt. In der ersten Ausnehmung 16 ist weiter eine Ventilnadel 32 angeordnet. Die Ventilnadel 32 weist einen Nadelkopf 34 auf. Die Hebelelemente 30 wirken mit dem Nadelkopf 34 zur axialen Bewegung der Ventilnadel 32 zusammen.
Eine Düsenfeder 36 ist zwischen einem Auflager 42 des Injektorkörpers 14 und einem Absatz 44 der Ventilnadel 32 angeordnet. Die Ventilnadel 32 ist mittels der Düsenfeder 36 so vorgespannt, dass sie in einer Schließposition einen Fluidfluss durch mindestens eine in dem Injektorkörper 14 angeordnete Einspritzöffnung 40 verhindert, wenn keine weiteren Kräfte auf die Düsennadel 32 einwirken. Bei Betätigung des Aktors 22 wird die Düsennadel 32 von ihrer Schließposition in eine Offenposition bewegt, in der sie den Fluidfluss durch die mindestens eine Einspritzöffnung 40 freigibt .
Der Stößel 52 ist zwischen dem Aktor 22 und der Hebelvorrichtung 26 in axialer Richtung der Längsachse L der Antriebsvorrichtung 50 beweglich angeordnet. Der Stößel 52 weist in einem vorge¬ gebenen Teilbereich seiner Oberfläche Ausnehmungen auf und ist in einem ersten Kontaktbereich mit dem Aktor 22 und in einem zweiten Kontaktbereich mit dem glockenförmigen Körper 28 der Hebelvorrichtung 26 gekoppelt. Der Stößel 52 weist vorzugsweise eine kreiszylindrische Querschnittsfläche auf. Der Stößel 52 kann in weiteren Ausführungsformen auch andere geeignete Formen aufweisen .
Das Führungselement 54 ist zwischen dem Aktor 22 und der He- belvorrichtung angeordnet. Das Führungselement 54 ist bei¬ spielsweise Teil des Injektorkörpers 14. Das Führungselement 54 ist ausgebildet und angeordnet, den Stößel 52 in dem Teilbereich axial zu führen. Das Führungselement 54 weist hierzu beispiels¬ weise ein Führungsbohrloch auf.
Eine Blockdarstellung eines einfachen Modells des in der Figur 1 gezeigten Piezoinj ektors ist in der Figur 2 gezeigt. Es umfasst eine elektrische Kapazität Cl mit einer dazu parallel ange¬ ordneten Mechanik, wobei der durch die Kapazität Cl fließende Strom mit il und der durch die Mechanik fließende Strom mit ip bezeichnet ist. Die Parallelschaltung aus der Kapazität Cl und der Mechanik ist an eine Spannungsquelle uO angeschlossen, die an die genannte Parallelschaltung einen Strom i liefert.
Die in der Figur 2 dargestellte Mechanik kann vereinfacht als ein Feder-Masse-System mit der Masse m, einer Feder, der Reibung r, einer Kraft F und einer Elongation x modelliert werden. Die Figur 3 zeigt eine Skizze eines derartigen Feder-Masse-Systems.
Es gilt die folgende Beziehung: F = m · d2x/dt2 + r · dx/dt + D · x, wobei
F die Kraft,
m die Masse,
t die Zeit,
r die Reibung
D die Piezoelastizität und
x die Elongation
ist .
Für den mechanischen Teil lässt sich ein elektrisches Äquivalent herleiten .
Für die Impedanz dieses mechanischen Teils gilt:
Ζρβω) = ja» · Lm + l/(jü) · Cm) + Rm.
Lm ist dabei eine mechanische Induktivität, für welche gilt: Lm = m/(kg · km), wobei kg eine Generatorkonstante und km eine Motorkonstante ist.
Des Weiteren ist Cm eine mechanische Kapazität, für welche gilt:
Cm = kg · km/D. Ferner ist Rm ein mechanischer Widerstand, für welchen gilt:
Rm = r/(kg · km).
Die Figur 4 zeigt eine Blockdarstellung eines bei der Erfindung verwendeten Modells eines Piezoinj ektors . Dieses Modell weist zusätzlich zu den bereits vorstehenden genannten Komponenten Cl, Lm, Cm und Rm einen parallel zu der Reihenschaltung von Lm, Cm und Rm angeordneten Widerstand RSc auf. Bei diesem Widerstand RSc handelt es sich um einen Fehlerwiderstand. Anhand des Wertes dieses Fehlerwiderstandes kann erkannt werden, ob im
Piezoelement ein unerwünschter elektrischer Kurzschluss vorliegt, wie er beispielsweise bei einem Bruch einzelner
Piezoschichten auftritt. Aus der Darstellung gemäß Figur 4 lässt sich folgende Beziehung für den komplexen Leitwert ableiten:
Figure imgf000009_0001
Unter Verwendung dieses Leitwertes lassen sich folgende
Kenngrößen ermitteln:
Für die Frequenz ω = 0 gilt:
Κθ'ω) Für die Resonanzkreisfrequenz ωΐ der Elemente Lm, Cl und Cm bei maximalem Leitwert Y gilt: ωΐ = (Cm/Lm)1^.
Für die Resonanzkreisfrequenz ω2 der Elemente Lm, Cl und Cm bei minimalem Leitwert Y gilt:
Figure imgf000010_0001
Des Weiteren kann ein Kapazitätsverhältnis wie folgt ermittelt werden :
Cm _ ί^Λ2 _ ^
Cl \ωΐ)
Für die Kapazität Cm gilt für niedrige Frequenzen ω
Cm - Υ(ίω)
Für den Widerstand Rm gilt für hohe Frequenzen ω -> 00 bei reelem Leitwert, falls RSc -> °°-
Rm
Υ(]ω)
Für die Induktivität Lm gilt:
Lm =
Cm
An einem Muster durchgeführte Untersuchungen lieferten folgende Werte : fl = 12 KHz; f2 = 13 KHz; Cm/Cl = 017; Cm = 7,4 yF;
Cl = 1,3 yF; Rm = 2 Ohm; Lm = 24 μΗ; Cges = 8,7 yF; Rsc -
Dabei handelt es sich bei fl und f2 um Piezo-Eigenfrequenzen . Die vorgenannten Kenngrößen fl, f2, Cm und Lm können im Betrieb des Piezoinj ektors überwacht werden und zu einer Parame¬ ter-Identifikation eines Piezomodells verwendet werden. Der Widerstand RSc ist nur im Fehlerfall vorhanden.
Die Figur 5 zeigt ein Flussdiagramm zur Erläuterung eines Verfahrens zur Überwachung des Arbeitsbetriebs eines
Piezoinj ektors unter Verwendung des vorstehend beschriebenen Modells .
In einem Schritt Sl erfolgt eine Messung des Ansteuerstromes i (t) und der Ansteuerspannung u (t) des Piezoinj ektors . Danach erfolgt in einem Schritt S2 ein Transformieren des Ansteuerstromes und der Ansteuerspannung in den Frequenzbereich:
I (jo) FFT { i ( t ) }
U(jo) FFT { u ( t ) } .
Anschließend erfolgt in einem Schritt S3 eine Bildung des komplexen Leitwertes aus dem in den Frequenzbereich transformierten Ansteuerstrom und der in den Frequenzbereich transformierten AnsteuerSpannung :
/ 'ω)
Y(jü)) -
U(jo)
Danach wird in einem Schritt S4 eine Ermittlung des Fehlerwiderstandes aus dem komplexen Leitwert durchgeführt: Rsc = Y-1(" = 0).
Anschließend erfolgt in einem Schritt S5 eine Abfrage, ob der Fehlerwiderstand RSc gegen Unendlich geht: Rsc^oo?
Ist dies nicht der Fall, dann wird zu einem Schritt S6 über¬ gegangen, gemäß welchem ein Fehlereintrag in ein Fehlerregister erfolgt. Danach wird zum Schritt S7 übergegangen, in welchem beispielsweise eine Fehleranzeige in einem Display des
Kraftfahrzeugs vorgenommen wird oder andere Maßnahmen in die Wege geleitet werden.
Wird im Schritt S5 hingegen erkannt, dass der Fehlerwiderstand Rsc gegen Unendlich geht, dann wird zum Schritt S8 übergegangen. In diesem Schritt S8 erfolgt eine Bestimmung der oben genannten Resonanzkreisfrequenzen ωΐ und ω2, wobei die erste Resonanzkreisfrequenz ωΐ bei einem Maximum des komplexen Leitwertes ermittelt wird und die zweite Resonanzkreisfrequenz ω2 bei einem Minimum des komplexen Leitwertes ermittelt wird.
Anschließend erfolgt in einem Schritt S9 eine Ermittlung des Kapazitätsverhältnisses Cm/Cl sowie eine Ermittlung der elektrischen Kapazität Cl und der mechanischen Kapazität Cm.
Dabei erfolgt zunächst durch Spektralanalyse die Ermittlung des Kapazitätsverhältnisses . Die mechanische Kapazität Cm wird durch die Grenzfallbetrachtung ω ->0 ermittelt. Aus dem Frequenzverhältnis und der mechanischen Kapazität Cm errechnet sich Cl über
Figure imgf000012_0001
Dabei gilt für niedrige Frequenzen ω 0 :
Figure imgf000012_0002
Danach erfolgt in einem Schritt S10 eine Ermittlung des chanischen Widerstandes Rm. Es gilt für hohe Frequenzen ω - reellem Leitwert, falls RSc -> 00 : Schließlich erfolgt in einem Schritt Sil eine Ermittlung der mechanischen Induktivität Lm wie folgt:
Lm =
Cm-ωΐ2
Danach wird zum Schritt S7 übergegangen, in welchem eine oder mehrere der vorgenannten Kenngrößen zur Erkennung eines Fehlverhaltens und ggf. auch zur Korrektur dieses Fehlverhaltens des Piezoinj ektors verwendet werden.
Beispielsweise werden - wie bereits oben ausgeführt wurde - aus dem ermittelten Fehlerwiderstand Rückschlüsse auf das Vorliegen eines fehlerhaften Piezoinj ektors gezogen und eine entsprechende Anzeige in die Wege geleitet. Des Weiteren können die ermittelten Kenngrößen zum Abgleich eines abgespeicherten Kennfeldes verwendet werden, dessen Daten einer Modelldarstellung des Piezoinj ektors entsprechen. Ferner können die ermittelten Kenngrößen auch in einem Motorsteuergerät weiter verarbeitet werden, beispielsweise zu einer Adaption des Ansteuerstromes , der Ansteuerspannung und/oder der Ansteuerdauer des Piezo- injektors verwendet werden. Durch die beschriebene Ermittlung der Kenngrößen und deren Weiterverarbeitung im Motorsteuergerät wird in vorteilhafter Weise die Robustheit des Kraftstoff¬ einspritzsystems gesteigert.
Ein Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglicht die Erkennung des Alterungsprozesses eines Piezoinj ektors und erlaubt ein frühzeitiges und zuverlässiges Detektieren des Verlassens von vorgegebenen Systemtoleranzen.
Ferner liefert das oben beschriebene Verfahren als Größen den Fehlerwiderstand RSc/ die mechanische Kapazität Cm, die elektrische Kapazität Cl, die mechanische Induktiviät Lm und den mechanischen Widerstand Rm. Jede dieser Einzelgrößen kann für Diagnosezwecke genutzt werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Überwachung des Arbeitsbetriebs eines
Piezoinj ektors mit folgenden Schritten:
- Messung des Ansteuerstromes und der Ansteuerspannung des Piezoinj ektors,
- Transformieren des Ansteuerstromes und der Ansteuerspannung in den Frequenzbereich,
- Bildung eines komplexen Leitwertes [Y(jco)] aus dem in den Frequenzbereich transformierten Ansteuerstrom und der in den
Frequenzbereich transformierten Ansteuerspannung,
- Ermittlung einer oder mehrerer Kenngrößen des Piezoinj ektors aus dem komplexen Leitwert,
- Verwendung der einen oder der mehreren Kenngrößen zur Erkennung eines Fehlverhaltens des Piezoinj ektors .
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem komplexen Leitwert ein Fehlerwiderstand ( Rsc ) ermittelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem komplexen Leitwert eine Resonanzkreisfrequenz ermittelt wird .
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Resonanzkreisfrequenz (ωΐ) bei einem Maximum des komplexen
Leitwertes ermittelt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Resonanzkreisfrequenz (ω2) bei einem Minimum des komplexen Leitwertes ermittelt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Resonanzkreisfrequenz zur Ermittlung eines Kapazitätsverhältnisses (Cm/Cl) verwendet werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem komplexen Leitwert und dem Kapazitätsverhältnis eine me¬ chanische Kapazität (Cm) ermittelt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass aus der mechanischen Kapazität und der ersten Resonanzkreisfrequenz (ωΐ) eine mechanische Induktivität (Lm) ermittelt wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem komplexen Leitwert ein mechanischer Widerstand (Rm) ermittelt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem ermittelten Fehlerwiderstand
Rückschlüsse auf das Vorliegen eines fehlerhaften Piezoinj ektors gezogen werden.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelten Kenngrößen zum Abgleich eines abgespeicherten Kennfeldes verwendet werden, dessen Daten einer Modelldarstellung des Piezoinj ektors entsprechen.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelten Kenngrößen in einem Motorsteuergerät weiter verarbeitet werden.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelten Kenngrößen zu einer Adaption des Ansteuerstromes , der Ansteuerspannung und/oder der Ansteuerdauer des
Piezoinj ektors verwendet werden.
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