Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung des minimalen hydraulischen Spritzabstandes eines Piezo-Servo-Inj ektors

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung des minimalen hydraulischen Spritzabstandes eines

Piezo-Servo-Inj ektors . Aufeinanderfolgende Einspritzungen eines Inj ektors beeinflussen sich gegenseitig, insbesondere bei einem kleinen zeitlichen Abstand. Wenn man kleinstmögliche Spritzabstände realisieren möchte, muss der Aktuator eines Injektors mit Servoventil für einen Folgepuls bereits geladen werden, bevor die Düsennadel des vorherigen Pulses wieder geschlossen ist.

Durch eine konservative sichere Kalibrierung des kleinsten hydraulischen Spritzabstandes kann eine Verschmelzung zweier aufeinander folgender Einspritzungen verhindert werden. So eine Absicherung ist jedoch nicht optimal, da dadurch unnötig Po ^¬ tential für kleinere Dwell-Zeiten (einspritzfreie Zeiten) vergeben wird. Darüber hinaus besteht hierbei die Gefahr, dass es immer noch trotz getrennter Ansteuerpulse zu einer Verschmelzung zweier Einspritzraten in einer Einzeleinspritzung kommen kann.

Um die immer strengeren Anforderungen hinsichtlich kleinster realisierbarer Spritzabstände einhalten zu können, sind neue Konzepte erforderlich, die die Komponentenstreuung und Alte- rungseffekte erkennen und kompensieren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, das eine besonders genaue Ermittlung des minimalen hydraulischen Spritzabstandes er- möglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der angegebenen Art gelöst, das die folgenden Schritte umfasst: Ermitteln des Schließzeitpunktes der Düsennadel des Injektors anhand des charakteristischen Druckverlaufes im Steu ^¬ er-Federraum des Injektors; schrittweises Verringern des Spritzabstandes einer Folgeein ^¬ spritzung durch sukzessive zeitliche Vorverlegung des Ansteuerbeginns einer Folgeeinspritzung und dabei weiteres Be ^¬ obachten des Druckverlaufes im Steuer-Federraum; und Erhalten des kleinsten Spritzabstandes aus dem letzten Ite ^¬ rationsschritt, bei dem ein Düsennadelschließen der vorhergehenden Einspritzung im charakteristischen Druckverlauf noch zu erkennen war. Das erfindungsgemäße Verfahren betrifft einen Pie- zo-Servo-Inj ektor, bei dem ein Piezo-Aktuator durch das Anlegen einer Spannung ausgelängt wird und hierdurch auf ein Steuerventil ( Servoventil ) einwirkt, das eine Düsennadel zum Einspritzen von Kraftstoff steuert. Im Einzelnen wirkt hierbei der Pie- zo-Aktuator auf einen Steuerkolben ein, der einen Steuer-Federraum öffnet, über den die Düsennadel beaufschlagt wird. In Gegenrichtung bewirkt eine im Steuer-Federraum angeordnete Feder ein Schließen des Steuer-Federraumes. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird nunmehr der

Schließzeitpunkt der Düsennadel des Injektors anhand des charakteristischen Druckverlaufes im Steuer-Federraum des Injektors ermittelt. Bei der Schließbewegung der Düsennadel tritt nämlich eine erkennbare Druckabsenkung im Steuer-Federraum ein, die durch eine Beschleunigung der Düsennadel kurz vor dem Auftreffen auf den Nadelsitz verursacht wird. Im Moment des Schließens bzw. Abbremsen der Düsennadel im Sitz wird im Steuer-Federraum eine Druckspitze generiert. Diese charakteristischen Punkte werden erfindungsgemäß erfasst, und hieraus wird der Schließzeitpunkt der Düsennadel ermittelt. In einem weiteren Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Spritzabstand einer Folgeeinspritzung durch sukzessive zeitliche Vorverlegung des Ansteuerbeginns einer Folgeein ^¬ spritzung schrittweise verringert. Hierbei wird der Druckverlauf im Steuer-Federraum weiter beobachtet. Aus dem letzten Iterationsschritt, bei dem ein Düsennadelschließen der vorhergehenden Einspritzung im charakteristischen Druckverlauf noch zu erkennen war, wird der kleinste Spritzabstand gewonnen. Erfindungsgemäß wird somit durch Erkennen von physikalischen Verläufen (Druck im Steuer-Federraum) im Bereich des Nadelschließens der kleinste hydraulische Spritzabstand ermittelt. Dadurch können die Auswirkungen verschiedener Alterungseffekte (Leerhub-Änderungen, Änderung der Nadelsitzgeometrie) , die für den Schließzeitpunkt der Nadel relevant sind, berücksichtigt werden. Zum einen können hierdurch kleinste Dwell-Zeiten kalibriert werden. Zum anderen kann die Systemperformance über die Lebenszeit des Injektors sichergestellt werden. Durch die erfindungsgemäß durchgeführte Ermittlung des minimalen hydraulischen Spritzabstandes (d. h. des minimalen Abstandes zwischen zwei Spritzvorgängen, der ohne gegenseitige Beeinflussung der beiden Einspritzungen möglich ist) können beispielsweise entsprechende Adaptionen in Bezug auf Komponen- tenstreuungen und Alterungseffekte durchgeführt werden. So kann beispielsweise der erhaltene kleinste Spritzabstand für nachfolgende Mehrfacheinspritzungen zugrunde gelegt werden.

In Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Druckverlauf im Steuer-Federraum mittels des Piezo-Aktuators nach bekannter Signalauswertung gemessen. Dies kann beispielsweise auf eine Art und Weise durchgeführt werden, wie sie in der DE 102008 023373 AI beschrieben ist. Gemäß diesem Konzept wird basierend auf einer Piezo-Modellierung der Verlauf der Piezo-Kraft beschrieben. Die Lage des Maximums dieses Verlaufs beschreibt die zeitliche Servoventilöffnung, wobei dieser Betrag mit der Kraft korreliert, die für die Ventilöffnung nötig ist. Durch diese Information kann im Bereich minimaler hydraulischer Spritzabstände der vorstehend genannte charakteristische Druckverlauf im Steuer-Federraum reflektiert werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann im Rahmen einer Kalibrierung des Injektors durchgeführt werden. So kann das Verfahren als Bestandteil einer Vermessung des Injektors in einem Messaufbau durchgeführt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren kann aber auch im Betrieb eines zugehörigen Verbrennungsmotors durch dynamische Verlagerung einer regulären Folgeeinspritzung durchgeführt werden. Auf diese Weise lässt sich beispielsweise eine Min-Dwell-Regelung realisieren, d. h. eine Regelung zum Erhalt eines minimalen Abstandes zwischen zwei Einspritzvorgängen ohne gegenseitige Beeinflussung beider Vorgänge. Insbesondere kann hierbei der minimale Spritzabstand im lau ^¬ fenden Betrieb des Injektors ohne einen Adaptionspuls bestimmt werden. Hierbei wird die Position einer regulären Einspritzung, die so nah wie möglich, also mit dem kleinsten Spritzabstand, abgesetzt werden soll, dynamisch geändert. Die vorstehend beschriebenen physikalischen Zusammenhänge werden dann während der Bestromungsphase des Piezo-Aktuators ausgewertet.

Auch kann das erfindungsgemäße Verfahren im Rahmen eines Adaptionslaufes durchgeführt werden. Dann wird der Betrieb mit den adaptierten Werten bis zum nächsten Adaptionslauf durchgeführt, der wiederkehrend jeweils nach bestimmter Betriebszeit (beispielsweise alle 1.000 km) oder an bestimmten Betriebs ^¬ punkten, beispielsweise immer beim Fahrzeugstart, durchgeführt wird .

Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung, die zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens ausgebildet ist. Der hier verwendete Begriff „Steuer-Federraum" soll sowohl einen einzigen Raum zur Beaufschlagung der Düsennadel, der mit einem Steuerventilelement (Servoventilelement) offenbar und

schließbar ist und in dem eine Feder angeordnet ist, als auch einen Federraum, in dem Steuerventilelement und Feder angeordnet sind, und einen nachgeordneten Steuerraum zur Beaufschlagung der Düsennadel umfassen. Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeis ^¬ pieles in Verbindung mit der Zeichnung im Einzelnen erläutert.

Es zeigen: Figur 1 einen Ausschnitt aus einem Injektor, wobei

links der Injektor geschlossen und rechts der Injektor geöffnet dargestellt ist; und

Figur 2 ein Diagramm, das den Federraumdruckverlauf zeigt.

Figur 1 zeigt einen Ausschnitt eines Injektors, mit dem das erfindungsgemäße Verfahren zur Ermittlung des minimalen hydraulischen Spritzabstandes durchgeführt wird. Es handelt sich hierbei um einen Piezo-Servo-Inj ektor, der einen nichtdarge- stellten Piezo-Aktuator aufweist, welcher auf einen Steuerkolben 1 eines Steuerventils 2 oder Servoventils einwirkt. Durch eine durch die Auslängung und Kontraktion des Piezo-Aktuators be ^¬ wirkte Bewegung des Steuerkolbens 1 öffnet und schließt das Steuerventil 2 eine Federkammer 3, in der sich eine Feder befindet, die das Steuerventil 2 in entgegengesetzter Richtung beaufschlagt. Der Federkammer 3 nachgeordnet ist eine Steu ^¬ erkammer 4, über die eine Düsennadel 5 druckbeaufschlagt wird, um einen entsprechenden Einspritzvorgang durchzuführen.

Die linke Abbildung von Figur 1 zeigt den Injektor im geschlossenen Zustand, in dem keine Einspritzung stattfindet und das Steuerventil geschlossen ist, während die rechte Abbildung den Injektor im geöffneten Zustand bei offenem Steuerventil zeigt, wobei eine Einspritzung durchgeführt wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird nunmehr der

Schließzeitpunkt der Düsennadel 5 des Injektors anhand des charakteristischen Druckverlaufes im Steuer-Federraum des Injektors ermittelt, wobei in diesem Ausführungsbeispiel der Federraumdruckverlauf erfasst wird. Figur 2 zeigt in einem Diagramm den Federraumdruckverlauf über die Zeit. Man erkennt, dass bei der Schließbewegung der Dü ^¬ sennadel eine erkennbare Druckabsenkung DA im Federraum eintritt, die durch eine Beschleunigung der Düsennadel kurz vor dem Auftreffen auf den Nadelsitz verursacht wird. Im Moment des Schließens bzw. Abbremsens der Düsennadel im Sitz wird im Federraum eine Druckspitze DS generiert.

Die entsprechenden charakteristischen Punkte werden erfindungsgemäß erfasst, woraus der Schließzeitpunkt der Düsennadel ermittelt wird.

In einem weiteren Schritt wird der Spritzabstand einer Fol ^¬ geeinspritzung durch sukzessive zeitliche Vorverlegung ZV des Ansteuerbeginnes einer Folgeeinspritzung schrittweise ver- ringert. Hierbei wird der Druckverlauf im Federraum weiter beobachtet. Aus dem letzten Iterationsschritt, bei dem ein Düsennadelschließen der vorhergehenden Einspritzung im charakteristischen Druckverlauf noch zu erkennen war, wird der kleinste Spritzabstand gewonnen.