Verfahren zum Ermitteln des Servoventilschließzeitpunktes bei piezogetriebenen Injektoren und Kraftstoffeinspritzsystem

Die vorliegende Erfindung betrifft zum einen ein Verfahren zum Ermitteln des Servoventilschließzeitpunktes bei piezogetrie ^¬ benen Injektoren und zum anderen ein Kraftstoffeinspritzsystem, bei dem ein derartiges Verfahren Verwendung findet.

Bei einem derartigen Verfahren geht es um ein Kraftstoffeinspritzsystem, das mindestens einen Piezoinj ektor, insbesondere Piezodieselinj ektor, aufweist. Ein derartiger Piezoinj ektor besitzt einen Piezoaktuator, der auf indirekte Weise, d.h. über ein Servoventil, ein Verschlusselement des Injektors betätigt. Bei einem derartigen Injektor mit Servoventil wird die eingespritzte Kraftstoffmenge im Wesentlichen durch die Öff ^¬ nungsdauer des Servoventils definiert. Dabei wird der Öff ^¬ nungszeitpunkt des Servoventils auf der Basis eines elektrischen Feedbacksignals des als Sensor wirkenden Piezoaktuators ge ^¬ messen. Mit diesem Verfahren kann jedoch nicht der Schließzeitpunkt des Servoventils gemessen werden, da hierbei die Amplitude der auf den Piezoaktuator einwirkenden Kraft zu gering ist. Infolgedessen verbleibt hierbei eine Ungewissheit in Bezug auf die Öffnungsdauer des Servoventils.

Es ist bekannt, den Schließzeitpunkt des Servoventils auf der Basis von drei Informationen zu schätzen: - dem Servoventilöffnungszeitpunkt ,

- der auf den Piezoaktuator aufgebrachten elektrischen

Energie, da diese mit der Formänderung des Piezoaktuators korreliert, und

- der Entladezeit. Dieses Schätzverfahren wird jedoch durch diverse Störfaktoren beeinflusst und ist relativ ungenau. So wird keine Genauigkeit von +/- 5 \is erreicht (ein typischer Wert der angeforderten Einspritzmengengenauigkeit) .

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, das eine besonders genaue Einstellung der eingespritzten Kraftstoffmenge ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren der angegebenen Art durch die folgenden Schritte gelöst:

Durchführen eines Einspritzvorganges und Stoppen der Ent- ladephase eines Piezoaktuators;

Verwenden des Piezoaktuators als Sensor und Erfassen des Spannungsprofils am Piezoaktuator; Auswerten des Spannungsanstieges nach dem Ende der Entladephase durch Vergleich des entsprechenden Feedbacksignals am Piezoaktuator mit einem Sollwert;

Variieren der Entladezeit des Piezoaktuators so lange, bis das Feedbacksignal dem Sollwert entspricht, zum Erhalt einer op ^¬ timierten Entladezeit; und

Definieren des Servoventilschließzeitpunktes als definierter Offset in Bezug auf die optimierte Entladezeit.

Bei einem servobetriebenen Injektor besteht eine mechanische oder hydraulische Verbindung zwischen dem Aktuator und dem Servoventil. Bei einem Piezoaktuator kann dieser als Sensor benutzt werden, um das Druckprofil im Ventilraum zu messen, und zwar insbesondere während der Schließphase des Servoventils . Während dieser Phase steigt der Druck im Servoventilraum von etwa 5 bis 10 % des Raildrucks bis zum Raildruck. Um diesen Druckanstieg genau zu messen, wird bei dem erfin ^¬ dungsgemäßen Verfahren die Entladephase gestoppt und das am Piezoaktuator gemessene Spannungsprofil erfasst. Da der Pie ^¬ zoaktuator in erster Linie das Servoventil schließen muss, muss die entsprechende Entladezeit des Piezoaktuators groß genug sein, um das Servoventil zu schließen. Andererseits muss die Entladezeit klein genug sein, um mindestens einen Teil des Druckanstieges messen zu können. Erfindungsgemäß wird nunmehr die richtige Entladezeit ermittelt.

Im Fall einer geringen Entladezeit ist die Signalqualität gut, jedoch das Risiko einer Verzögerung des Schließens des Ser- voventils aufgrund einer zu kurzen Entladezeit hoch. Ande ^¬ rerseits ist bei einer langen Entladezeit die Signalqualität schlecht.

Um die geeignete Entladezeit zu ermitteln, wird erfindungsgemäß eine Auswertung des Spannungsanstieges am Piezoaktuator nach dem Ende des Entladens durchgeführt. Hierbei wird das entsprechende Feedbacksignal mit einem Sollwert verglichen, und die Entla ^¬ dezeit wird so lange verändert, bis das Feedbacksignal dem Sollwert entspricht. Es wird dann eine optimierte Entladezeit erhalten . Der Servoventilschließzeitpunkt wird dann als definierter Offset in Bezug auf die optimierte Entladezeit definiert. Der dann ermittelte Servoventilschließzeitpunkt kann dann zur Ein ^¬ stellung der eingespritzten Kraftstoffmenge verwendet werden, so dass sich die Genauigkeit in Bezug auf die eingespritzte Kraftstoffmenge verbessern lässt.

Vorzugsweise wird als Spannungsanstieg die Amplitude des Spannungsanstieges am Piezoaktuator gemessen. Das erfindungsgemäße Verfahren kann während des Fahrbetriebes eines einen Piezoinj ektor, insbesondere Piezodieselinj ektor, aufweisenden Fahrzeuges durchgeführt werden. Es findet somit eine On-Board-Detektion des Servoventilschließzeitpunktes statt. Diese On-Board-Messung wird zur Adaptierung der Steuerung des Injektors benutzt, um die Toleranzen der eingespritzten Kraftstoffmenge zu reduzieren.

Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Kraftstoffein- spritzsystem mit mindestens einem piezogetriebenen Injektor und einer Steuereinheit, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Steuereinheit zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens ausgebildet ist. Hierbei wird speziell der von der Steuereinheit ermittelte Servoventilschließzeitpunkt von dieser zur Einstellung der eingespritzten Kraftstoffmenge verwendet.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbei ^¬ spieles in Verbindung mit der Zeichnung im Einzelnen erläutert. Es zeigen:

Figur 1 ein Ablaufdiagramm der einzelnen Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens;

Figur 2 drei Diagramme, die die Abhängigkeit der Pie- zospannung von unterschiedlichen Entladezeiten zeigen;

Figur 3 ein Diagramm, das die Piezospannung bei der optimierten Entladezeit zeigt; und

Figur 4 ein Diagramm, das das Feedbacksignal in Ab ^¬ hängigkeit von der Entladezeit zeigt.

Das hier beschriebene Ausführungsbeispiel betrifft ein

Kraftstoffeinspritzsystem eines Fahrzeuges, das mit mindestens einem Piezodieselinj ektor und einer Steuereinheit versehen ist. Der entsprechende Piezodieselinj ektor weist einen Piezoaktuator auf, der ein Servoventil betätigt, das zum Öffnen und Schließen einer Düsennadel dient . Bei dem hier beschriebenen Verfahren geht es darum, den Servoventilschließzeitpunkt des Piezodieselin- jektors zu ermitteln. In Schritt 1 des Verfahrens wird hierbei ein üblicher Ein- spritzvorgang mit nachfolgender Entladephase des Piezoaktuators zum Schließen des Servoventils durchgeführt, wobei die Ent ^¬ ladephase gestoppt wird. Gemäß Schritt 2 wird der Piezoaktuator als Sensor verwendet, und das Spannungsprofil am Piezoaktuator wird nach dem Ende der Entladephase erfasst.

Gemäß Schritt 3 wird der entsprechende Spannungsanstieg nach dem Ende der Entladephase ausgewertet, indem das entsprechende Feedbacksignal am Piezoaktuator mit einem Sollwert verglichen wird. Schließlich wird in Schritt 4 die Entladezeit des Pie ^¬ zoaktuators so lange variiert, bis das Feedbacksignal dem Sollwert entspricht, um auf diese Weise eine optimierte Ent ^¬ ladezeit zu erhalten. In Schritt 5 wird der Servoventil- schließzeitpunkt als definierter Offset in Bezug auf die op ^¬ timierte Entladezeit definiert.

Bei dem Verfahren kommt es somit auf die Ermittlung der optimierten Entladezeit an. In Figur 2 sind drei Diagramme dargestellt, die jeweils die Abhängigkeit der Piezospannung von der Zeit darstellen, und zwar im linken Diagramm bei einer geringen Entladezeit, im mittleren Diagramm bei einer optimierten Entladezeit und im rechten Diagramm bei einer großen Entladezeit (jeweils für das Rohsignal und das gefilterte Signal) . Dabei kann man erkennen, dass bei der geringen Entladezeit im linken Diagramm der Figur 2 ein ziemlich langer und starker Spannungsanstieg unmittelbar nach dem Ende des Ent ^¬ ladeprozesses auftritt. Im mittleren Diagramm (optimierte Entladezeit) tritt ein Spannungsanstieg unmittelbar nach dem Ende des Entladeprozesses auf. Im rechten Diagramm ist nahezu kein Spannungsanstieg festzustellen (nur ein geringer Spannungsanstieg infolge von Kriechstromeffekten) .

Man kann erkennen, dass im Fall der geringen Entladezeit zwar eine gute Signalqualität vorhanden ist, jedoch das Risiko einer

Verzögerung beim Servoventilschließvorgang hoch ist. Bei der großen Entladezeit ist die Signalqualität schlecht. Eine op ^¬ timale Signalqualität ergibt sich beim mittleren Diagramm. Figur 3 zeigt ein Diagramm, das im Wesentlichen dem mittleren Diagramm von Figur 2 entspricht und die optimale Entladezeit wiedergibt (Rohsignal und gefiltertes Signal) . Figur 4 zeigt die Abhängigkeit des Feedbacksignals von der Entladezeit in Verbindung mit dem entsprechenden Optimum.