Verfahren zum Betreiben eines diesel-common-rail-piezo- betriebenen Servoinj ektors und Kraftfahrzeug

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines diesel-common-rail-piezobetriebenen Servoinj ektors , bei dem ein Piezoaktuator eine Düsennadel über ein Servoventil öffnet und schließt, wobei der Piezoaktuator als Sensor betätigt wird, um die auf das Servoventil ausgeübte Kraft zu messen.

Ein standardmäßiger Diesel-Common-Rail-Inj ektor besitzt einen Aktuator, der auf direkte Weise oder auf indirekte Weise (mit Servoantrieb) eine Nadel betätigt. Die Verwendung eines Pie- zoelementes als Aktuator hat hierbei den Vorteil, dass dieses Piezoelement auch als Sensor verwendet werden kann, um cha ^¬ rakteristische Ereignisse, wie beispielsweise das Schließen der Nadel, zu detektieren. Diese Informationen können bei der Steuerung des Injektors dazu benutzt werden, um die Genauigkeit der Einspritzvorgänge zu verbessern.

Bei einem piezobetriebenen Servoinj ektor findet der Piezoaktuator Anwendung, um ein Servoventil über den umgekehrten piezoelektrischen Effekt zu öffnen, was wiederum über die vorgesehene hydraulische Verbindung zu einem Öffnen der Dü ^¬ sennadel führt, wodurch Kraftstoff eingespritzt wird. Wenn das Piezoelement nicht als Aktuator verwendet wird, ist es möglich, dieses über den piezoelektrischen Effekt als Kraftsensor zu benutzen. Speziell kann dabei die aus dem Kraftstoffdruck in der Kraftstoffkammer, welche unterhalb des Servonventils angeordnet ist, herrührende und auf das Servoventil einwirkende Kraft vom Piezoaktuator detektiert werden, wenn der Piezoaktuator mit dem Servoventil in Kontakt steht. Bei einem Piezoservoinj ektor mit einem Luftspalt (in einem nichtaufgeladenen Zustand steht hierbei der Piezoaktuator mit dem Servoventil nicht in Kontakt) muss jedoch der Piezoaktuator in einem gewissen Umfang aufgeladen werden, um mit dem Ser- voventil in Kontakt zu treten. Andererseits darf die La ^¬ dungsmenge, mit der der Piezoaktuator beaufschlagt wird, nicht einen gewissen Betrag überschreiten, da dies zu einem Öffnen des Servoventils und somit zu einer Messung führen könnte, die die Nadelbewegung im Injektor und somit die Menge des eingespritzten Kraftstoffes verändert.

Für die Funktion des Piezoaktuators als Kraftsensor ist es daher von wesentlicher Bedeutung, die richtige Ladungsmenge des Piezoaktuators für jeden Betriebspunkt zum Erreichen dieses Kraftkontaktes, der für die Kraftmessung benötigt wird, her ^¬ auszufinden, ohne dabei die Einspritzung selbst durch Öffnen des Servoventils aktiv zu beeinflussen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art zur Verfügung zu stellen, mit dem die richtige Ladungsmenge zur Beaufschlagung des Piezoaktuators zur Herstellung eines Kraftkontaktes desselben mit dem Servoventil auf besonders genaue Weise ermittelt werden kann .

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren der angegebenen Art mit den folgenden Schritten gelöst:

Ermitteln der richtigen Ladungsmenge für den Piezoaktuator für jeden Betriebspunkt, damit dieser den für die Kraftmessung erforderlichen Kraftkontakt mit dem Servoventil herstellt, ohne den Einspritzvorgang selbst durch Öffnen des Servoventils zu beeinflussen, durch partielles Aufladen des Piezoaktuators von einem nichtaufge- ladenen Zustand bei 0 V (Verfahren a) ; partielles Entladen des Piezoaktuators von einem bereits aufgeladenen Zustand zu einer verbleibenden begrenzten Ladung (Verfahren b) ;

Messen der Piezospannung mit beiden Verfahren und Vergleichen der Ergebnisse ; bei ausreichender Übereinstimmung Durchführen von Verfahren b in Bereichen, in denen Verfahren a nicht durchführbar ist; und bei nichtausreichender Übereinstimmung keine Anwendung von Verfahren b.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gelingt es, den Sensorbetriebsbereich eines Piezoaktuators in einem die- sel-common-rail-piezobetriebenen Servoinj ektor zu erweitern. Dies sei wie folgt begründet:

Mit den vorstehend beschriebenen beiden Verfahrensvarianten a und b wird ein partiell aufgeladener Zustand des Piezoaktuators erreicht. Das Verfahren a hat dabei den Vorteil, dass der Bereich der partiellen Aufladung, in dem der Piezoaktuator als Sensor verwendet werden kann, größer ist als mit Verfahren b, da beim Verfahren a das Servoventil bereits geschlossen ist, wenn die partielle Aufladung stattfindet, und somit eine größere Kraft auf das Servoventil ausgeübt werden kann als bei Verfahren b, bei dem die auf das Servoventil einwirkende Kraft reduziert werden muss, und zwar auf einen Wert, der niedrig genug ist, damit das Servoventil schließen und das Einspritzereignis beenden kann. Aus diesem Grund ist es einfacher, über die Benutzung des Piezoaktuators gemäß Verfahren a einen geeigneten partiell aufgeladenen Zustand zu ermitteln.

Der Vorteil von Verfahren b besteht darin, dass bei Messungen in Verbindung mit einer tatsächlichen Einspritzung das Zeitfenster, in dem der Piezoaktuator als Sensor verwendet werden kann, größer ist als bei Verfahren a. Dies ist darauf zurückzuführen, dass beim Verfahren a der Piezoaktuator zuerst vollständig entladen und dann wieder aufgeladen werden muss . Diese zusätzliche Totzeit für die Messung gilt bei Verfahren b nicht.

In Betriebsbereichen, in denen sowohl Verfahren a als auch Verfahren b eingesetzt werden können, wird beim Stand der Technik Verfahren a eingesetzt, da es sich hierbei um das robustere Verfahren handelt. Erfindungsgemäß werden jedoch nunmehr beide Verfahrensvarianten durchgeführt, und die Piezospannung am Piezoaktuator wird mit beiden Verfahren gemessen und die Ergebnisse werden miteinander verglichen. Wenn die Übereinstimmung zwischen beiden Verfahren groß genug ist (spezifische Spannung im Signal) , wird erfindungsgemäß davon ausgegangen, dass auch mit Verfahren b ein passendes korrektes Ladungsniveau des Piezo ^¬ aktuators erreicht werden kann, so dass dieser als Sensor verwendet werden kann. In diesem Fall, d.h. bei ausreichender Übereinstimmung, wird Verfahren b in Betriebsbereichen benutzt, in denen Verfahren a nicht durchführbar ist (durch Ti- ming-Beschränkungen) .

Wenn andererseits die Übereinstimmung zwischen beiden Verfahren nicht gut genug ist, erfolgt keine Anwendung von Verfahren b in Bereichen, in denen Verfahren a nicht benutzt werden kann.

Durch die kombinierte Anwendung von Verfahren b mit dem sehr robusten Verfahren a ist es möglich, die Robustheit von Verfahren b zu erhöhen und dieses Verfahren in zuverlässiger Weise an- zuwenden. Es ist somit möglich, den Betriebsbereich, in dem das Piezoelement als Sensor eingesetzt werden kann, auf signifikante Weise zu erhöhen, indem der Zeitbereich des Detektionsfensters vergrößert wird. Auf diese Weise können insbesondere kleinere eingespritzte Kraftstoffmengen detektiert werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird vorzugsweise für einen Motorzyklus bei einem speziellen Einspritzvorgang periodisch zwischen Verfahren a und Verfahren b hin- und hergeschaltet, und zwar bei dem Einspritzvorgang, bei dem die Messung durchgeführt wird. Hierbei handelt es sich insbesondere um eine spezielle Haupteinspritzung, bei der die Kraftmessung durchgeführt wird. Das erfindungsgemäße Verfahren wird daher vorzugsweise bei einer derartigen Haupteinspritzung ausgeführt.

Speziell wird das erfindungsgemäße Verfahren zu Zeitpunkten durchgeführt, bei denen keine große Änderung des Betriebspunktes stattfindet, d.h. insbesondere ein stabiler

Rail-Kraftstoffdruck und eine vergleichbare angeforderte Einspritzmenge vorliegen.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das partielle Entladen des Pie- zoaktuators (Verfahren b) ausgehend von dem mit einer tat- sächlichen Einspritzung verbundenen aufgeladenen Zustand desselben durchgeführt. Das partielle Aufladen (Verfahren a) wird vorzugsweise nach einem vollständigen Entladen des Pie- zoaktuators ausgeführt. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Kraftfahrzeug, das einen diesel-common-rail-piezobetriebenen Servoinj ektor der vorstehend beschriebenen Art und eine Steuereinheit aufweist, die zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens ausgebildet ist. Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbei ^¬ spieles in Verbindung mit der Zeichnung im Einzelnen erläutert Es zeigen:

Figur 1 ein Diagramm, das Verfahrensvariante a ver ^¬ deutlicht ;

Figur 2 ein Diagramm, das Verfahrensvariante b dar- stellt; und

Figur 3 ein Diagramm, das in drei Darstellungen den

Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt. Bei dem hier beschriebenen Verfahren zum Betreiben eines diesel-common-rail-piezobetriebenen Servoinj ektors wird der Piezoaktuator als Sensor betätigt, um die auf das Servoventil ausgeübte Kraft zu messen. Um die entsprechende Kraftmessung durchführen zu können, muss die richtige Ladungsmenge für den Piezoaktuator ermittelt werden, damit dieser den für die

Kraftmessung erforderlichen Kraftkontakt mit dem Servoventil herstellt, ohne den Einspritzvorgang selbst durch Öffnen des Servoventils zu beeinflussen. Mit anderen Worten, der Piezoaktuator muss den im nichtaufgeladenen Zustand vorhandenen Luftspalt zwischen dem Aktuator und dem Servoventil überwinden.

Hierzu wird der Piezoaktuator gemäß dem in Figur 1 dargestellten Verfahren a von einem nichtaufgeladenen Zustand bei 0 V partiell aufgeladen. In Figur 1 ist die entsprechende Piezospannung in Abhängigkeit von der Zeit dargestellt, wobei ein Einspritzimpuls einer Haupteinspritzung und ein nachfolgender Hilfsdetekti- onspuls zum partiellen Aufladen dargestellt sind. Das mögliche Messfenster zur Durchführung des Verfahrens a ist rechts von der gestrichelten Linie gezeigt. Bei dem in Figur 2 dargestellten Verfahren b findet ein partielles Entladen des Piezoaktuators von einem bereits aufgeladenen Zustand (Einspritzpuls) zu einer verbleibenden Ladung statt. Hier sind ebenfalls der Einspritzpuls sowie der Hilfsdetek- tionspuls gemäß Verfahrensvariante b dargestellt. Man erkennt, dass das rechts von der gestrichelten Linie angedeutete mögliche Messfenster hierbei größer ist als bei Verfahren a. Figur 3 zeigt die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem für einen Motorzyklus bei einem speziellen Ein- spritzvorgang periodisch zwischen Verfahren a und Verfahren b hin- und hergeschaltet wird. Im linken Diagramm ist für Zyklus n Verfahren a dargestellt, im mittleren Diagramm für Zyklus n+1 Verfahren b und im rechten Diagramm für Zyklus n+2 wiederum Verfahren a. In den Diagrammen sind ebenfalls jeweils ein Einspritzpuls und ein Hilfsdetektionspuls für das entsprechende Verfahren dargestellt. Es wird die Piezospannung am Piezoaktuator mit beiden Verfahren gemessen, und die Ergebnisse werden miteinander verglichen. Bei ausreichender Übereinstimmung wird Verfahren b in Bereichen durchgeführt, in denen Verfahren a nicht durchführbar ist. Bei nichtausreichender Übereinstimmung erfolgt keine Anwendung von Verfahren b.