Verfahren zur Bestimmung eines Zustandes eines Einspritzventils Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines Zustandes eines Einspritzventils eines Verbrennungsmo ^¬ tors, bei dem die Düsennadel des Ventils durch einen Pie- zo-Aktuator betätigt wird, der in pulsweitenmodulierter Weise angesteuert wird.

Für derartige Einspritzventile gelten sehr hohe Anforderungen an die Genauigkeit und Robustheit der Einspritzmenge unter allen Betriebsbedingungen und über die gesamte Lebensdauer des zugehörigen Fahrzeuges. Zur Bestimmung von Einspritzventilzu- ständen können signifikante Merkmale aus Spannung oder Ladung oder Strom identifiziert werden (z.B. über lokale Extrema- bestimmung) . Jedoch müssen bei den bekannten Auswerteverfahren viele Einflussfaktoren berücksichtigt werden, d.h. die Verfahren gestalten sich sehr komplex, da alle relevanten Störgrößen herausgefiltert werden müssen . Heutige Konzepte nutzen teilweise Feedback-Signale (z.B. Spannung oder Ladung) aus dem Pie- zo-Aktuator zur Identifikation einzelner statischer Punkte der Düsennadelposition während des eigentlichen Einspritzvorganges (durch Nutzung des piezoelektrischen Effektes) . Diese Infor- mationen unterliegen j edoch hohen Störgrößeneinflüssen, weil der Piezo-Inj ektor zeitgleich als Aktuator und Sensor verwendet wird .

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art zur Verfügung zu stellen, mit dem eine besonders einfache und störgrößenun ^¬ empfindliche Identifikation von Einspritzventilzuständen möglich ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren der angegebenen Art dadurch gelöst, dass die T on- und/oder T off-Schaltzeiten der pulsweitenmodulierten Piezo-Endstufe des Piezo-Aktuators ausgewertet werden und aus dem erhaltenen Resultat der Zustand des Einspritzventils abgeleitet wird.

Durch Auswertung des Verhaltens von Schaltzeiten der pulsweitenmodulierten Piezo-Endstufe wird eine einfache und störgrößenunempfindlichere Identifikation von Einspritzven- tilzuständen möglich.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die

Pulsweitenmodulation vorzugsweise durch Auswertung von

Komparatorschwellen durchgeführt. Ein Komparator vergleicht einen gewünschten Soll-Strom einer Hauptspule mit dem dazugehörigen IST-Strom. Übersteigt z.B. beim Laden des

Piezo-Aktuators nach Einschalten eines Schalters Tl (Tl on) der IST-Strom einen vorgegebenen Sollstrom, so schaltet der

Komparatorausgang den Schalter Tl aus (Tl off) und der Strom nimmt wieder ab. Erreicht nun der IST-Strom den Nulldurchgang, so wird der Schalter Tl wieder eingeschaltet. Dieser Vorgang wiederholt sich, bis eine vorgegebene Ladezeit erreicht wird. Die Puls ^¬ modulation des Entladevorganges (Schalter T2 on/T2 off) kann in äquivalenter Weise betrachtet werden.

Neben dem Komparatorbetrieb können auch weitere spezifische Betriebsmodi für die Pulsweitenmodulation durchgeführt werden (z.B. gesteuerter Pulsbetrieb der ersten Pulse aufgrund minimalen Schaltzeitverhaltens der eingesetzten Schalter) .

Aus dem Verfahren der Pulsmodulation kann man ableiten, dass der Stromgradient einen wesentlichen Einfluss auf das Schaltver ^¬ halten besitzt. Die Anstiegsfunktion des Stromes wird haupt- sächlich durch die Spannungsdifferenz zwischen der Klemmenspannung U _DCDC und der Piezospannung U _P beeinflusst.

Dieser Effekt wird im beschriebenen Verfahren zur Detektion von Einspritzventilzuständen genutzt .

Insbesondere wird die durch eine ungleichmäßige Änderung der Piezospannung bewirkte Verschiebung der Spannungsdifferenz U _DCDC - Up (Klemmenspannung minus Piezospannung) als Änderung des Schaltzeitverhaltens erfasst und ausgewertet. Eine derartige ungleichmäßige Änderung der Piezospannung wird durch eine Änderung äußerer Kräfte, beispielsweise den Nadelanschlag, verursacht .

Die erfindungsgemäß durchgeführte Methode der Detektion von Einspritzventilzuständen durch Auswertung von T on/T off-Zeiten der Piezo-Endstufe (CC-Endstufe, Current-Controlled-Endstufe) kann auf verschiedene Arten durchgeführt werden. Beispielsweise wird bei einer ersten Ausführungsform durch Messung der ON-Zeiten (T on) der Vorgabewert und/oder die reale Spannung am Injektor abgebildet.

Bei einer anderen Ausführungsform werden die ON (T on) - und OFF (T off) -Zeit gemessen. Hierbei ergibt sich ein Verhalten wie bei der im vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform.

Bei einer dritten Ausführungsform werden die ON (T on) - und OFF (T off) -Zeit im Ansteuerpfad gemessen. Hierbei werden insbe ^¬ sondere die Zeiten vor dem Gate-Treiber und/oder direkt am Gate des Power MOS gemessen. Dabei wird vorzugsweise der Mittelwert des Ansteuerpulses gemessen, beispielsweise mit einem Tiefpass am Gate-Treiber-Signal.

Wesentliche Vorteile sind die Störunterdrückung und weitere Filterung mittels Tiefpass. Eventuell nachteilig ist der notwendige Vergleich mit der typischen Steuerkennlinie (un ^¬ terschiedlich bei den verschiedenen Verfahren) . In beiden Fällen ist der Innenwiderstand der Last als Offset/Verschiebung der Kennlinie zu berücksichtigen.

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

Figur 1 eine Prinzipschaltung einer CC-Piezo-Endstufe ;

Figur 2 das Komparatorverhalten des Ladevorganges; und

Figur 3 den Unterschied der T on-Zeiten bei realer Injektorlast und bei elektronischer Ersatzlast.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Identifikation eines Ein- spritzventilzustandes basiert auf der Verwendung einer Pie- zo-Endstufe, die beispielsweise auf einem 2-Quadranten-Buck (auch als Tiefsetzsteller oder Step-Down-Konverter bekannt) -Boost (auch als Hochsetzteller oder Step-Up-Konverter bekannt) -Konverter beruht. Die Topologie dieser verwendeten CC-Endstufe (Current-Controlled-Endstufe) lässt sich durch eine Antiparallelschaltung eines Tiefsetzstellers (TSS) und eine Hochsetzstellers (HSS) vereinfacht beschreiben. Die Be ^¬ triebsarten sind dadurch gekennzeichnet, dass im TSS-Betrieb der Spulenstrom i _L der Hauptinduktivität > 0 und im HSS-Betrieb i _L < 0 ist. In der CC-Endstufe tritt keine Überdeckung der beiden Betriebsarten auf, so dass somit nur eine Spule genügt, wie in Figur 1 dargestellt. In der TSS-Betriebsart wird der Pie- zo-Aktuator geladen, d.h. durch Pulsweitenmodulation wird der Schalter Tl abwechselnd ein- und ausgeschaltet. Während der Einschaltzeit von Tl (Tl on) wirkt die Diode D2 zunächst sperrend und der Strom in der Spule steigt. Dabei wird in der Spule (magnetischer Speicher) Energie aufgebaut. Der Strom steigt hierbei gleichmäßig nach der Gesetzmäßigkeit (1) an und die Spulenspannung entspricht zu Beginn des Ladevorganges nähe ^¬ rungsweise dem Wert von U _D CDC (Klemmenspannung) .

1

i _L = — J udt (1)

L

Der differenzielle Strom der Hauptinduktivität in der Ein ^¬ schaltphase von Tl lässt sich nach (2) beschreiben:

di UDCDC - Up dt ^J MÄIN

Während der Ausschaltphase (Tl off) wird die in der Induktivität gespeicherte Energie abgebaut. Die Diode D2 wirkt nun frei ^¬ laufend, so dass der Laststrom weiterfließen kann. Da nun die Ausgangsspannung an der Spule anliegt, wechselt die Polarität der Spulenspannung und somit nimmt der Ausgangsstrom kontinuierlich ab. In diesem Fall wird der Piezo-Aktuator durch die Spule gespeist. Für die differenzielle Betrachtung des Stromes an der Hauptinduktivität während der Ausschaltphase gilt somit die Gesetzmäßigkeit nach (3) :

— (3) dt L AIN

Die Entladung des Piezo-Aktuators wird mithilfe des Hoch ^¬ setzstellers durchgeführt (i _L < 0), wobei der Piezo-Aktuator al Spannungsquelle wirkt und somit das Niveau der Klemmenspannung vorgibt. Wie beim TSS wird der HSS ebenfalls pulsmoduliert betrieben. Während der Einschaltphase von T2 (T2 on) stellt sich zunächst ein Freilauf ein, d.h. der Strom fließt über den Schalter T2, und somit steigt der Strom in der Spule (4) an. In der Ausschaltphase von T2 findet ein Rückspeisen über beide Dioden D1/D2 in den Zwischenkreis des Gleichspannungswandlers (Quelle statt. In diesem Fall fließt der Strom aus dem Verbraucher (Piezo) über die Spule zurück in die Quelle.

— (4) dt LMAIN

Für den Strom während der Ausschaltphase (T2 off) gilt dann folgende Gesetzmäßigkeit (5) : di = Up - UDCDC

— (5) dt LM IN

Bedingt durch die Funktionsweise des 2-Quadranten-Konverters reduziert sich der Leistungsumsatz des Stellers während der

Entladephase mit abnehmendem Niveau der Piezospannung . Das hat zur Folge, dass sich eine deutlich längere Entladezeit einstellt bzw. der Piezo-Aktuator u.U. nicht vollständig zur Entladung kommt. Um diese Phänomen zu umgehen, wird zum Zeitpunkt der Entladung ein stromgeregelter Widerstand parallel zum

Piezo-Aktuator geschaltet.

Wie bereits vorstehend ausgeführt, ergibt sich die

Pulsweitenmodulation (T on/T off) vereinfacht formuliert durch Auswertung von Komparatorschwellen . Einzelheiten hierzu wurden bereits vorstehend erläutert.

Das Komparatorverhalten des Ladevorganges ist in Figur 2 dargestellt .

Figur 3 zeigt eine Gegenüberstellung der T on-Zeiten einer realen Messung und einer elektronischen Ersatzlast (Injektor mit Feedback gegenüber elektronischer Ersatzlast) .