WO2019101518A1 - Verfahren und vorrichtung zur ermittlung des öffnungszeitpunktes des servoventils eines piezoinjektors - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur ermittlung des öffnungszeitpunktes des servoventils eines piezoinjektors Download PDF

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WO2019101518A1
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servo valve
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force
capacitance
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Jürgen FRITSCH
Shuang Ma
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Continental Automotive Technologies GmbH
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    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
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    • F02D2041/202—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils characterised by the control of the circuit
    • F02D2041/2055—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils characterised by the control of the circuit with means for determining actual opening or closing time

Definitions

  • the invention relates to a method and apparatus for determining the opening time of the servo valve of a Piezoinj ector.
  • Piezoinj ectors It is already known to precisely adjust Piezoinj ectors using a so-called closed-loop control.
  • An important component of the control of a Piezoinj ectors are as accurate as possible control of the timing of the servo valve opening and the most accurate possible control of the opening stroke of the piezo drive.
  • the prerequisite for such an accurate control is the most accurate determination of the opening time of the servo valve.
  • A is the active area of the piezo actuator
  • N is the number of piezo layers
  • d33 is the electromechanical coupling constant of the
  • the time position of the maximum of this force F corresponds to the time of servovalve opening.
  • the aforementioned calibration method uses the following equation to calculate a corrected, constant value of the piezocapacitance:
  • the object of the invention is to increase the accuracy of the determination of the timing of the servo valve opening.
  • the advantages of the invention are, in particular, that due to consideration of the increase in the piezoelectric capacitance in the course of the charging process of the piezoelectric actuator depending on the energy or the charge or the voltage using the equation
  • a is a scale size
  • b is a scale size
  • these scaling values have the following values: a ⁇ 0.6 and b ⁇ 0.75 / mJ.
  • FIG. 1 shows a block diagram of a device for determining the opening time of a servo valve of a piezo injector
  • FIG. 2 shows a diagram for illustrating the course of the force acting on the piezoelectric actuator during a charging process of the piezoelectric actuator for different idle strokes in the prior art
  • FIG. 3 shows a diagram for illustrating the course of the force acting on the piezoelectric actuator during a charging operation of the piezoelectric actuator for different idle strokes taking into account occurring during the charging process of the piezoelectric actuator changes in the piezoelectric capacitance
  • Figure 4 is a diagram for illustrating the Leerhubruden
  • Figure 5 is a diagram for illustrating the Leerhubruden
  • the piezoactuator actuates the servo valve against the force of a closing spring and the pressure in the control chamber to achieve that the servo valve opens and the nozzle needle is actuated such that it releases an injection opening of the piezoelectric injector communicating with the pressure accumulator via a fuel line Fuel is injected into a combustion chamber of the internal combustion engine.
  • the control unit controls a charging of the piezoelectric actuator with electrical energy.
  • the piezoelectric actuator expands, so that the servo valve lifts off from its seat to actuate the nozzle needle.
  • FIG. 1 shows a block diagram of a device according to the invention for determining the opening time of a Piezoinj ector.
  • This device has a control unit 1, a memory 2 and a piezoelectric injector 3.
  • For Piezoinj ector 3 includes a piezoelectric actuator 4, a servo valve 5 and a nozzle needle 6.
  • the control unit 1 is connected to a memory 2 in connection in which already the manufacturer's data are stored, corresponding to the material constants of the piezoelectric actuator.
  • further data are stored in the memory 2, which correspond to the number of layers of the piezoelectric actuator and the thickness of the layers of the piezoelectric actuator.
  • 2 data are stored in memory 2, which correspond to empirically determined diagrams.
  • these charts include a charge-voltage hysteresis diagram.
  • the above data will be from the control unit 1 for determining the opening time of the servo valve of the piezoelectric injector required.
  • the control unit input signals el and e2 are supplied, which are determined during operation of Piezoinj ector using sensors or suitable taps of the power electronics used to drive the piezoelectric actuator. These input signals are measured actual values of the current flowing through the piezoelectric actuator and the voltage applied to the piezoelectric actuator.
  • the control unit 1 is designed to determine the time of servovalve opening as precisely as possible using the input signals e1 and e2 supplied to it and the data stored in the memory 2 and a work program likewise stored in the memory 2.
  • A is the active area of the piezo actuator
  • N is the number of piezo layers
  • the time position of the maximum of this force F also corresponds to the time of the servo valve opening.
  • the value of the piezoelectric capacitance Ccor (E (t)) which changes during the charging process is determined on the basis of the hysteresis behavior in the stored charge-voltage hysteresis diagram of the piezoactuator according to the following relationship:
  • Ccor (E (t)) Ceoc- (1-a * e _b (E (t) ), where Ceoc is the piezo capacitance at the end of the piezo hold phase, a is a scaling quantity and b is another scaling quantity.
  • these scaling values have the following values: a ⁇ 0.6 and b ⁇ 0.75 / mJ.
  • the force curve occurring during the charging process is reproduced with a higher accuracy than in the known procedure.
  • disturbing influences occurring at low pressure affect the exact Effect of the detection of the opening timing of the servo valve negative impact.
  • the described method represents a continuous transition from the small signal capacity to the large signal capacity.
  • the force curve on the piezoelectric actuator can be described in more detail, in particular at low pressure in the pressure accumulator. This also makes it possible to increase the accuracy of determining the opening timing of the servo valve.
  • FIG. 2 shows a diagram for illustrating the course of the force acting on the piezoelectric actuator during a charging process of the piezoelectric actuator for different idle strokes in the prior art, in which the force profile was determined using a corrected, constant value for the piezoelectric capacitance.
  • the charge difference (U-Ceoc-Q) is plotted in As and to the right the time t in ms, where Ceoc is the capacitance of the piezoelectric actuator at the end of the charging phase of the piezoelectric actuator.
  • the curve Kl shows the course of the force acting on the piezoelectric actuator force for a Leerhubreferenzschreib of 90 V
  • the curve K2 the course of the force acting on the piezoelectric actuator force for a Leerhubreferenzschreib of 80 V
  • the curve K3 the course of the force acting on the piezoelectric actuator for a Leerhubreferenzschreib of 60 V
  • the curve K4 the course of the force acting on the piezoelectric actuator for a Leerhubreferenz voltage of 40 V
  • the curve K5 the course of the force acting on the piezoelectric force for a Leerhubreferenzschreib of 30 V
  • the curve K6 the course of the on the Piezo actuator acting force for a Leerhubreferenzschreib of 20 V.
  • FIG. 3 shows a diagram for illustrating the course of the force acting on the piezoelectric actuator during a charging of the piezoelectric actuator force for different Leerhubreferenzhoven in consideration of occurring during the charging of the piezo actuator changes in the piezoelectric capacitance.
  • the charge difference (U-Cscaling - Q) is plotted in As and the time t in ms to the right, where Cscaling is the variable capacitance of the piezo actuator during the charging process.
  • the curve Kl ' shows the course of the force acting on the piezoelectric actuator force for a Leerhubreferenzschreib of 90 V
  • the curve K2' the course of acting on the piezoelectric actuator Force for a Leerhubreferenzschreib of 80 V
  • the curve K4' the course of the force acting on the piezoelectric actuator force for a Leerhubreferenz voltage 40 V
  • the curve K5 ' the course of the force acting on the piezoelectric actuator for a Leerhubreferenzschreib of 30 V
  • FIG. 4 shows a diagram illustrating the Leerhubin change the Servo valve opening time with already corrected start of the current for four un ferent Piezoinj ektoren IA, IB, IC and ID in the prior art, in which the force curve using a corrected, constant value for the Piezocapacity was determined.
  • FIG. 5 shows a diagram illustrating the leerhubrolen change the Servo valve opening time at already corrected start of the current for the four different Piezoinj ectors IA, IB, IC and ID in Be taking into account occurring during the charging of the piezoelectric actuator changes in the piezoelectric capacitance.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung des Öffnungszeitpunktes eines Servoventils eines Piezoinjektors, der einen Piezoaktor, das Servoventil und eine Düsennadel aufweist, wobei der Verlauf der während eines Ladevorganges des Piezoaktors auf den Piezoaktor wirkenden Kraft unter Berücksichtigung der Kapazität des Piezoaktors ermittelt wird und der Zeitpunkt des Maximums der auf den Piezoaktor wirkenden Kraft als Öffnungszeitpunkt des Servoventils erkannt wird, wobei während des Ladevorganges des Piezoaktors auftretende Veränderungen der Kapazität des Piezoaktors ermittelt und bei der Ermittlung des Verlaufs der während des Ladevorgangs auf den Piezoaktor wirkenden Kraft berücksichtigt werden.

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung des Öffnungszeitpunktes des Servoventils eines Piezoinj ektors
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung des Öffnungszeitpunktes des Servoventils eines Piezoinj ektors.
Es ist bereits bekannt, Piezoinj ektoren unter Verwendung einer sogenannten Closed-Loop-Regelung präzise einzustellen. Ein wichtiger Bestandteil der Ansteuerung eines Piezoinj ektors sind eine möglichst genaue Regelung des Zeitpunkts der Servoven- tilöffnung und eine möglichst genaue Regelung des Öffnungshubs des Piezoantriebs . Voraussetzung für eine derartige genaue Regelung ist eine möglichst exakte Bestimmung des Öffnungs zeitpunkts des Servoventils.
Es gibt eine Reihe von Faktoren, die Einfluss auf die Genauigkeit der zur Servoventilöffnungserkennung verwendeten elektrischen Rückmessung haben. Zu diesen Faktoren gehören unter anderem die Bewegung des Piezoelaktors während des Ladevorganges und deren Auswirkung auf das elektrische Rückmeldesignal, d.h. auf den gemessenen Strom und die gemessene Spannung.
Bisher wurde eine Servoventilöffnungserkennung unter Verwendung von linearen Piezogleichungen und einer Ermittlung des Maximums des Kraftverlaufs am Piezoaktor aus der gemessenen Spannung und der Ladung durchgeführt.
Zu dieser Servoventilöffnungserkennung wurden folgende Glei chungen verwendet: Dΐ/1 = -S33-F/A + d33 · U/d
und
Q/(A-N) = -d33 · F/A + s33-U/d.
Dabei bezeichnet
D1 den Hub des Piezoaktors,
1 die aktive Länge des Piezoaktors,
F die auf den Piezoaktor wirkende Kraft,
A die aktive Fläche des Piezoaktors,
U die am Piezoaktor anliegende Spannung,
d die Dicke einer Piezolage,
N die Anzahl der Piezolagen,
Q die Ladung des Piezoaktors,
s33 die inverse Elastizität des Piezoaktors,
d33 die elektromechanische Kopplungskonstante des
Piezoaktors ,
e33 die Dielektrizitätskonstante des Piezoaktors.
Mit Hilfe eines auf diesen Piezogleichungen beruhenden Eich verfahrens wurde ein korrigierter, konstanter Wert für die Piezokapazität Ccor berechnet, mit dessen Hilfe anhand der folgenden Gleichung die Kraft am Piezoaktor berechnet wird:
F = K· (U-Ccor - Q) , wobei K eine Konstante ist.
Die zeitliche Position des Maximums dieser Kraft F entspricht dem Zeitpunkt der Servoventilöffnung .
Das vorgenannte Eichverfahren verwendet zur Berechnung eines korrigierten, konstanten Wertes der Piezokapazität die folgende Gleichung :
1 , 25 · (F2/E50 ) · Ccor = (Ccor-U - Q)2.
Dabei bezeichnet F die bekannte Kraft zum Zeitpunkt der Servoventilöffnung,
E50 eine Materialkonstante des Piezoaktors,
U die am Piezoaktor zum Zeitpunkt der Sevoventilöffnung an liegende Spannung und
Q die Ladung des Piezoaktors zum Zeitpunkt der Servoventil öffnung .
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Genauigkeit der Ermittlung des Zeitpunkts der Servoventilöffnung zu erhöhen.
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 2 und 3 angegeben. Die Ansprüche 4 bis 6 haben eine Vorrichtung zur Detektion des Öffnungszeitpunkts des Servoventils eines Piezoinj ektors zum Gegenstand.
Die Vorteile der Erfindung bestehen insbesondere darin, dass aufgrund einer Berücksichtigung der Zunahme der Piezokapazität im Laufe des Ladeprozesses des Piezoaktors abhängig von der Energie oder der Ladung oder der Spannung mit Hilfe der Gleichung
F = K· (U-Ccor (E (t) ) - Q) der Kraftverlauf am Piezoaktor genauer wiedergegeben wird als beim bekannten Verfahren und deshalb die Genauigkeit der Be stimmung des Zeitpunkts der Servoventilöffnung erhöht ist.
Die Veränderung der Piezokapazität während des Ladevorgangs wird in vorteilhafter Weise anhand des Hystereseverhaltens in einem Ladungs-Spannungs-Hysterese-Diagramm des Piezoaktors bestimmt und in Form der Gleichung
Ccor (E ( t ) ) Ceoc · ( 1 a · e_b (E (t) ) dargestellt .
Dabei bezeichnet Ceoc die Kapazität am Ende der Piezohaltephase,
a eine Skalierungsgröße und
b eine Skalierungsgröße.
Diese Skalierungsgrößen haben beispielsweise folgende Werte: a ~ 0,6 und b ~0,75/mJ.
Weitere vorteilhafte Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus deren nachfolgender Erläuterung anhand der Figuren. Es zeigt
Figur 1 eine Blockdarstellung einer Vorrichtung zur Ermittlung des Öffnungszeitpunktes eines Servoventils eines Piezoinjektors,
Figur 2 ein Diagramm zur Veranschaulichung des Verlaufs der während eines Ladevorgangs des Piezoaktors auf den Piezoaktor wirkenden Kraft für unterschiedliche Leerhübe beim Stand der Technik
Figur 3 ein Diagramm zur Veranschaulichung des Verlaufs der während eines Ladevorgangs des Piezoaktors auf den Piezoaktor wirkenden Kraft für unterschiedliche Leerhübe bei Berücksichtigung von während des Lade vorgangs des Piezoaktors auftretenden Veränderungen der Piezokapazität,
Figur 4 ein Diagramm zur Veranschaulichung der leerhubabhängigen
Änderung des Servoventilöffnungszeitpunktes bei bereits korrigiertem Beginn der Bestromung für vier unterschiedliche Piezoinj ektoren beim Stand der Technik und
Figur 5 ein Diagramm zur Veranschaulichung der leerhubabhängigen
Änderung des Servoventilöffnungszeitpunktes bei be reits korrigiertem Beginn der Bestromung für vier unterschiedliche Piezoinj ektoren bei Berücksichtigung von während des Ladevorgangs des Piezoaktors auf tretenden Veränderungen der Piezokapazität . In Brennkraftmaschinen werden Kraftstoffeinspritzsysteme verwendet, die einen Druckspeicher, mindestens ein Ein spritzventil und eine Steuereinheit aufweisen. Zum Ein spritzventil gehören ein Piezoaktor, ein Servoventil und eine Düsennadel. Der Piezoaktor betätigt das Servoventil gegen die Kraft einer Schließfeder und des Drucks im Steuerraum, um zu erreichen, dass das Servoventil öffnet und die Düsennadel derart betätigt, dass diese eine über eine Kraftstoffleitung mit dem Druckspeicher in Verbindung stehende Einspritzöffnung des Piezoinj ektors freigibt, so dass Kraftstoff in einen Ver brennungsraum der Brennkraftmaschine gespritzt wird.
Zur Auslösung einer Öffnung des Servoventils steuert die Steuereinheit einen Ladevorgang des Piezoaktors mit elektrischer Energie. Durch diese Beaufschlagung mit elektrischer Energie dehnt sich der Piezoaktor aus, so dass sich das Servoventil von seinem Sitz abhebt, um die Düsennadel zu betätigen.
Bei dieser Ansteuerung des Piezoinj ektors ist es von hoher Bedeutung, eine möglichst genaue Regelung des Zeitpunkts der Servoventilöffnung durchzuführen. Voraussetzung für eine derartige genaue Regelung ist eine möglichst exakte Bestimmung des Öffnungszeitpunkts des Servoventils.
Die Figur 1 zeigt eine Blockdarstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Ermittlung des Öffnungszeitpunktes eines Piezoinj ektors . Diese Vorrichtung weist eine Steuereinheit 1, einen Speicher 2 und einen Piezoinj ektor 3 auf. Zum Piezoinj ektor 3 gehören ein Piezoaktor 4, ein Servoventil 5 und eine Düsennadel 6. Die Steuereinheit 1 steht mit einem Speicher 2 in Verbindung, in welchem bereits herstellerseitig Daten abgespeichert sind, die Materialkonstanten des Piezoaktors entsprechen. Ferner sind im Speicher 2 weitere Daten abgespeichert, die der Anzahl der Lagen des Piezoaktors und der Dicke der Lagen des Piezoaktors entsprechen. Darüber hinaus sind im Speicher 2 Daten abge speichert, die empirisch ermittelten Diagrammen entsprechen. Zu diesen Diagrammen gehört unter anderem ein La- dungs-Spannungs-Hystere-Diagramm. Die vorgenannten Daten werden von der Steuereinheit 1 zur Ermittlung des Öffnungszeitpunktes des Servoventils des Piezoinj ektors benötigt. Des Weiteren werden der Steuereinheit Eingangssignale el und e2 zugeführt, die während des Betriebs des Piezoinj ektors unter Verwendung von Sensoren beziehungsweise geeigneter Abgriffe der zum Antrieb des Piezoaktors verwendeten Leistungselektronik ermittelt werden. Bei diesen Eingangssignalen handelt es sich um gemessene Istwerte des durch den Piezoaktor fließenden Stromes und der am Piezoaktor anliegenden Spannung.
Die Steuereinheit 1 ist dazu ausgebildet, unter Verwendung der ihr zugeführten Eingangssignale el und e2 und der im Speicher 2 hinterlegten Daten und eines ebenfalls im Speicher 2 hinterlegten Arbeitsprogrammes den Zeitpunkt der Servoventilöffnung mög lichst exakt zu ermitteln.
Bei dieser Ermittlung des Zeitpunkts der Servoventilöffnung erfolgt ebenfalls unter Zuhilfenahme der bereits oben genannten linearen Piezogleichungen eine Ermittlung des Maximums des Kraftverlaufs unter Verwendung der der gemessenen Spannung und der Ladung.
Dabei werden die folgenden Gleichungen verwendet:
Al/l = -s33 · F/A + d33 · U/d
Q/ (A-N) -d33 · F/A + e33 · U/d .
Dabei bezeichnet
D1 den Hub des Piezoaktors,
1 die aktive Länge des Piezoaktors,
F die auf den Piezoaktor wirkende Kraft,
A die aktive Fläche des Piezoaktors,
U die am Piezoaktor anliegende Spannung,
d die Dicke einer Piezolage,
N die Anzahl der Piezolagen,
Q die Ladung des Piezoaktors,
s33 die inverse Elastizität des Piezoaktors, d33 die elektromechanische Kopplungskonstante des Piezoaktors, e33 die Dielektrizitätskonstante des Piezoaktors.
Diese Größen werden zum Teil herstellerseitig bestimmt und im Speicher 2 hinterlegt und zum Teil während des Ladevorgangs des Piezoaktors gemessen oder berechnet.
Mit Hilfe dieser Piezogleichungen wird ein sich während des Ladevorgangs des Piezoaktors verändernder Wert Ccor(E(t)) der Piezokapazität berechnet, mit dessen Hilfe anhand der folgenden Gleichung die Kraft am Piezoaktor berechnet wird:
F = K· (U-Ccor (E (t) ) ) - Q) .
Die zeitliche Position des Maximums dieser Kraft F entspricht auch hier dem Zeitpunkt der Servoventilöffnung .
Der sich während des Ladevorgangs verändernde Wert der Pie zokapazität Ccor(E(t)) wird anhand des Hystereverhaltens im abgespeicherten Ladungs-Spannungs-Hysterese-Diagramm des Piezoaktors gemäß der folgenden Beziehung ermittelt:
Ccor(E(t)) = Ceoc- (l - a · e_b (E (t) ) , wobei Ceoc die Piezokapazität am Ende der Piezohaltephase, a eine Skalierungsgröße und b eine weitere Skalierungsgröße sind.
Diese Skalierungsgrößen haben beispielsweise folgende Werte: a ~ 0,6 und b ~0,75/mJ.
Durch die Berücksichtigung des sich während des Ladevorganges veränderndes Wertes der Piezokapazität, bei dem es sich um einen sich erhöhenden Wert handelt, bei der Ermittlung der auf den Piezoaktor wirkenden Kraft wird der beim Ladevorgang auftretende Kraftverlauf mit höherer Genauigkeit wiedergegeben als bei der bekannten Vorgehensweise . Insbesondere wird vermieden, dass sich bei niedrigem Druck auftretende Störeinflüsse auf die Genau- igkeit der Detektion des Öffnungszeitpunkts des Servoventils negativ auswirken.
Die vorstehend beschriebene Vorgehensweise entspricht einer Verwendung der Piezogleichungen in differentieller Form. Daraus ergibt sich, dass die in der Gleichung
F = K· (U-Ccor (E (t) ) ) - Q) einzusetzende Kapazität Ccor(E(t))) der differentiellen Ka pazität
Ccor(E(t)) = dQ/dU entspricht. Für die Bestimmung der differentiellen Kapazität werden charakteristische, im Speicher 2 abgespeicherte, em pirisch ermittelte Ladungs-Spannungs-Hysterese-Diagramme ausgewertet, um die Skalierungsgrößen a und b zu ermitteln, die in der Gleichung
Ccor(E(t)) = Ceoc- (l - a-e_b (E(t)) benötigt werden.
Durch das beschriebene Verfahren wird ein kontinuierlicher Übergang von der Kleinsignalkapazität zur Großsignalkapazität dargestellt. Dadurch lässt sich der Kraftverlauf am Piezoaktor insbesondere bei niedrigem Druck im Druckspeicher genauer beschreiben. Dies ermöglicht es, auch die Genauigkeit der Ermittlung des Öffnungszeitpunkts des Servoventils zu erhöhen.
Die Figur 2 zeigt ein Diagramm zur Veranschaulichung des Verlaufs der während eines Ladevorgangs des Piezoaktors auf den Piezoaktor wirkenden Kraft für unterschiedliche Leerhübe beim Stand der Technik, bei welchem der Kraftverlauf unter Verwendung eines korrigierten, konstanten Wertes für die Piezokapazität ermittelt wurde . In diesem Diagramm ist nach oben die Ladungsdifferenz (U-Ceoc-Q) in As und nach rechts die Zeit t in ms aufgetragen, wobei Ceoc die Kapazität des Piezoaktors am Ende der Ladephase des Pie- zoaktors ist. Die Kurve Kl zeigt den Verlauf der auf den Piezoaktor wirkenden Kraft für eine Leerhubreferenzspannung von 90 V , die Kurve K2 den Verlauf der auf den Piezoaktor wirkenden Kraft für eine Leerhubreferenzspannung von 80 V, die Kurve K3 den Verlauf der auf den Piezoaktor wirkenden Kraft für eine Leerhubreferenzspannung von 60 V, die Kurve K4 den Verlauf der auf den Piezoaktor wirkenden Kraft für eine Leerhubreferenz spannung von 40 V, die Kurve K5 den Verlauf der auf den Piezoaktor wirkenden Kraft für eine Leerhubreferenzspannung von 30 V und die Kurve K6 den Verlauf der auf den Piezoaktor wirkenden Kraft für eine Leerhubreferenzspannung von 20 V. Diese Kurvenverläufe wurden jeweils bei einem vergleichsweise niedrigen Arbeitsdruck von 300 bar ermittelt.
Aus den dargestellten Verläufen der während der Ladephase des Piezoaktors auf den Piezoaktor wirkenden Kraft ist ersichtlich, dass die Kraftmaxima längs der Zeitachse vergleichsweise breit gestreut sind. Der Anstieg der Kurven resultiert insbesondere beim Vorliegen einer großen Leerhubreferenzspannung von 80 V und 90 V aus dem Bestromungsbeginn des jeweiligen Piezoaktors. Diese Kurven geben in diesem Bereich den tatsächlichen Kraftverlauf nicht korrekt wieder.
Die Figur 3 zeigt ein Diagramm zur Veranschaulichung des Verlaufs der während eines Ladevorgangs des Piezoaktors auf den Piezoaktor wirkenden Kraft für unterschiedliche Leerhubreferenzspannungen bei Berücksichtigung von während des Ladevorgangs des Piezo aktors auftretenden Veränderungen der Piezokapazität .
In diesem Diagramm ist nach oben die Ladungsdifferenz (U-Cscaling - Q) in As und nach rechts die Zeit t in ms aufgetragen, wobei Cscaling die während des Ladevorgangs veränderliche Kapazität des Piezoaktors ist. Die Kurve Kl' zeigt den Verlauf der auf den Piezoaktor wirkenden Kraft für eine Leerhubreferenzspannung von 90 V, die Kurve K2 ' den Verlauf der auf den Piezoaktor wirkenden Kraft für eine Leerhubreferenzspannung von 80 V, die Kurve K3 ' den Verlauf der auf den Piezoaktor wirkenden Kraft für eine Leerhubreferenzspannung von 60 V, die Kurve K4 ' den Verlauf der auf den Piezoaktor wirkenden Kraft für eine Leerhubreferenz spannung 40 V, die Kurve K5 ' den Verlauf der auf den Piezoaktor wirkenden Kraft für eine Leerhubreferenzspannung von 30 V und die Kurve K6 ' den Verlauf der auf den Piezoaktor wirkenden Kraft für eine Leerhubreferenzspannung von 20 V. Diese Kurvenverläufe wurden jeweils bei einem vergleichsweise niedrigen Arbeitsdruck von 300 bar ermittelt.
Aus den dargestellten Verläufen der während der Ladephase des Piezoaktors auf den Piezoaktor wirkenden Kraft ist ersichtlich, dass die Kraftmaxima längs der Zeitachse vergleichsweise eng beieinander liegen. Der Anstieg der Kurven insbesondere beim Vorliegen einer vergleichsweise großen Leerhubreferenzspannung von 80 V oder 90 V ist praktisch nicht mehr an den Bestro- mungsbeginn gekoppelt. Die Kurven geben in diesem Bereich den tatsächlichen Kraftverlauf deutlich verbessert wieder.
Die Figur 4 zeigt ein Diagramm zur Veranschaulichung der leerhubabhängigen Änderung des Servoventilöffnungszeitpunktes bei bereits korrigiertem Beginn der Bestromung für vier un terschiedliche Piezoinj ektoren IA, IB, IC und ID beim Stand der Technik, bei welchem der Kraftverlauf unter Verwendung eines korrigierten, konstanten Wertes für die Piezokapazität ermittelt wurde .
In diesem Diagramm ist nach oben die zeitliche Differenz AT_TT1 zwischen dem Zeitpunkt der erkannten Servoventilöffnung und dem Zeitpunkt des Beginns der Bewegung der Düsennadel in ps und nach rechts die Leerhubreferenzspannung in V aufgetragen. Die in dieser Figur gezeigten Kurvenverläufe wurden jeweils bei einem vergleichsweise niedrigen Arbeitsdruck von 300 bar ermittelt.
Aus den dargestellten Verläufen ist ersichtlich, dass insbe sondere in einem Leerhubreferenzspannungsbereich zwischen 30 V und 60 V eine vergleichsweise starke Streuung des Verlaufs der Zeitdifferenz zwischen erkannter Servoventilöffnung und dem Beginn der Nadelbewegung auftritt. In diesem Leerhubrefe renzspannungsbereich haben die dargestellten Kurven eine vergleichsweise große Steigung. Eine genaue Abschätzung der Zeitdifferenz zwischen dem Zeitpunkt der erkannten Servoven- tilöffnung und dem Zeitpunkt des Beginns der jeweils zugehörigen Nadelbewegung ist nicht möglich.
Die Figur 5 zeigt ein Diagramm zur Veranschaulichung der leerhubabhängigen Änderung des Servoventilöffnungszeitpunktes bei bereits korrigiertem Beginn der Bestromung für die vier unterschiedlichen Piezoinj ektoren IA, IB, IC und ID bei Be rücksichtigung von während des Ladevorgangs des Piezoaktors auftretenden Veränderungen der Piezokapazität .
In diesem Diagramm ist nach oben die zeitliche Differenz AT_TT1 zwischen dem Zeitpunkt der erkannten Servoventilöffnung und dem Zeitpunkt des Beginns der Bewegung der Düsennadel in ps und nach rechts die Leerhubreferenzspannung in V aufgetragen. Die in dieser Figur gezeigten Kurvenverläufe wurden jeweils bei einem vergleichsweise niedrigen Arbeitsdruck von 300 bar ermittelt.
Aus den dargestellten Verläufen ist ersichtlich, dass insbe sondere in einem Leerhubreferenzspannungsbereich zwischen 30 V und 60 V aufgrund der Berücksichtigung der Veränderung der Piezokapazität während des Ladevorganges des Piezoaktors die Streuung des Verlaufs der Zeitdifferenz zwischen erkannter Servoventilöffnung und dem Beginn der jeweils zugehörigen Nadelbewegung reduziert ist. In diesem Bereich verlaufen die Kurven IA', IB', IC' und ID' vergleichsweise flach. Dies erlaubt eine genauere Abschätzung der Zeitdifferenz zwischen dem Zeitpunkt der erkannten Servoventilöffnung und dem Zeitpunkt des Beginns der jeweils zugehörigen Nadelbewegung.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Ermittlung des Öffnungszeitpunktes eines Servoventils eines einen Piezoaktor, das Servoventil und eine Düsennadel aufweisenden Piezoinj ektors , wobei der Verlauf der während eines Ladevorganges des Piezoaktors auf den Piezoaktor wirkenden Kraft unter Berücksichtigung der Kapazität des Piezoaktors ermittelt wird und der Zeitpunkt des Maximums der auf den Piezoaktor wirkenden Kraft als Öffnungszeitpunkt des Servoventils erkannt wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
während des Ladevorganges des Piezoaktors auftretende Verän derungen der Kapazität des Piezoaktors ermittelt und bei der Ermittlung des Verlaufs der während des Ladevorgangs auf den Piezoaktor wirkenden Kraft berücksichtigt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Veränderungen der Kapazität des Piezoaktors während des La devorganges des Piezoaktors anhand des Hystereverhaltens in einem Ladungs-Spannungs-Hysterese-Diagramm des Piezoaktors ermittelt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Veränderungen der Kapazität des Piezoaktors während des Ladevorganges des Piezoaktors unter Verwendung der folgenden Beziehung ermittelt werden:
Ccor(E(t)) = Ceoc- (l - a · e_b (E (t) ) , wobei
Ccor(E(t)) die veränderte Kapazität des Piezoaktors,
Ceoc die Kapazität des Piezoaktors am Ende der Haltephase, a eine Skalierungsgröße,
b eine Skalierungsgröße und
E (t) die in den Piezoaktor eingebrachte Energie
ist .
4. Vorrichtung zur Ermittlung des Öffnungszeitpunktes eines Servoventils eines einen Piezoaktor, das Servoventil und eine Düsennadel aufweisenden Piezoinj ektors , welche eine Steuer- einheit (1) aufweist, die zur Ermittlung des Verlaufes der während eines Ladevorganges des Piezoaktors (4) auf den Pie zoaktor wirkenden Kraft unter Berücksichtigung der Kapazität des Piezoaktors und zur Erkennung des Zeitpunkts des Maximums der auf den Piezoaktor wirkenden Kraft als Öffnungszeitpunkt des Servoventils (5) ausgebildet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (1) des Weiteren dazu ausgebildet ist, während des Ladevorganges des Piezoaktors (4) auftretende Veränderungen der Kapazität des Piezoaktors zu ermitteln und bei der Ermittlung des Verlaufs der während des Ladevorgangs auf den Piezoaktor wirkenden Kraft zu berück sichtigen .
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (1) dazu ausgebildet ist, Veränderungen der Kapazität des Piezoaktors während des Ladevorganges des Pie zoaktors anhand des Hystereverhaltens in einem La- dungs-Spannungs-Hysterese-Diagramm des Piezoaktors zu ermit teln .
6. Steuereinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (1) dazu ausgebildet ist,
die Veränderungen der Kapazität des Piezoaktors (4) während des Ladevorganges des Piezoaktors unter Verwendung der folgenden Beziehung zu ermitteln:
Ccor (E ( t ) ) Ceoc · ( 1 a · e_b (E (t) ) , wobei
Ccor(E(t)) die veränderte Kapazität des Piezoaktors,
Ceoc die Kapazität des Piezoaktors am Ende der Haltephase, a eine Skalierungsgröße,
b eine Skalierungsgröße und
E (t) die in den Piezoaktor eingebrachte Energie
ist .
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