Verfahren zum Betreiben eines piezogesteuerten direktbetätigten Einspritz entils

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines piezogesteuerten direktbetätigten Einspritzventils.

Um bei piezogesteuerten direktbetätigten Einspritzventilen die Einspritzrate kontrollieren zu können, muss die Position des Verschlusselementes bekannt und einstellbar sein. Über die Position des Verschlusselementes wird dabei bewerkstelligt, wie viel Kraftstoff durch die Düsenlöcher strömen kann. Dabei spielt die Ermittlung der Schließzeit des Verschlusselementes eine entsprechende Rolle. Bei gleichen elektrischen Ansteuergrößen des Piezoaktors ergeben sich durch Bauteiltoleranzen, Alterungserscheinungen etc. von Einspritzventil zu Einspritzventil unterschiedliche Schließzeiten, so dass entsprechende Kor ^¬ rekturen bzw. eine Regelung der Schließzeit erforderlich ist.

Eine Schließzeitpunktmessung und hieraus Ermittlung der

Schließzeit des Verschlusselementes des Einspritzventils ist bekannt. Die entsprechende Regelung wird dabei mit einer Korrekturgröße bzw. Stellgröße durchgeführt, bei der es sich um die Ansteuerdauer handelt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben eines piezogesteuerten direktbetätigten Einspritzventils zur Verfügung zu stellen, das die Durchführung einer besonders genauen Einspritzung ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren der angegebenen Art durch die folgenden Schritte gelöst: Durchführen einer Einspritzung und Ermitteln des Schließzeitpunktes und hieraus der Schließzeit eines Verschlussele ^¬ mentes des Einspritzventils für diese Einspritzung; Bestimmen eines Energiewertes für die Ansteuerung eines zu ^¬ gehörigen Piezo-Aktors zum Erreichen einer Nominalschließzeit auf der Basis der ermittelten Schließzeit;

Umsetzen dieses Energiewertes in ein Stromniveau einer Endstufe; und

Ansteuern des Piezo-Aktors mit diesem Stromniveau und Durch ^¬ führen mindestens eines weiteren Einspritzvorganges des Ein- spritzventils .

Wie vorstehend erörtert, wurde bisher als Stellgröße für eine Schließzeitregelung die Ansteuerdauer verwendet. Hiervon abweichend wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wie folgt vorgegangen :

Es wird eine Einspritzung durchgeführt, wobei hierbei über die Messung von elektrischen Größen des Piezo-Aktors der Schließzeitpunkt des Verschlusselementes bestimmt und hieraus die Schließzeit ermittelt wird. Diese korrespondiert mit der Hubhöhe des Verschlusselementes . Das bedeutet, dass j e höher die Position des Verschlusselementes ist, desto länger die Schließzeit ist. Als Stellgröße für die entsprechende Regelung wird hierbei ein Energiewert (Energiesetpoint) für die Ansteuerung des zuge ^¬ hörigen Piezo-Aktors verwendet. Erfindungsgemäß wird dabei ein Energiewert ermittelt, der dem Erreichen einer Nominal ^¬ schließzeit entspricht. Die Schließzeit des Verschlusselementes korreliert nämlich mit der Hubhöhe des Verschlusselementes, und die Hubhöhe des Verschlusselementes korreliert mit dem ent ^¬ sprechenden Energiewert (Energiesetpoint) , der der zugeführten Ladeenergie des Piezo-Aktors entspricht. Speziell wird dabei derjenige Energiewert, d.h. die dem Aktor zugeführte Ladeenergie (Spannung und Ladung) , ermittelt, der dem Erreichen einer Nominalschließzeit entspricht.

Dieser Energiewert wird in ein Stromniveau einer Endstufe umgesetzt. Der Piezo-Aktor wird mit diesem Stromniveau ange ^¬ steuert, und es wird mindestens ein weiterer Einspritzvorgang des Einspritzventils durchgeführt, so dass auf diese Weise si- chergestellt wird, dass mit einer an die entsprechenden Ge ^¬ gebenheiten angepassten Schließzeit gearbeitet wird, die zu einer korrekten Einspritzrate führt.

Zur Ermittlung bzw. Messung des Schließzeitpunktes des Ver- Schlusselementes wird vorzugsweise der zeitliche Verlauf der Kapazität des Piezo-Aktors verwendet. Dazu werden insbesondere Spannung und Ladung hoch aufgelöst im 5 \is Raster abgetastet. Die Kapazität hat die Eigenschaft, dass diese bei Kraftbeauf ^¬ schlagung sinkt.

Dabei basiert das Verfahren auf folgender Grundlage:

Es wird davon ausgegangen, dass sich das Verschlusselement im Vollhub befindet und der Piezo-Aktor im ausgelängten Zustand ist . Durch Entladung zieht sich der Aktor zusammen, wobei seine Geschwindigkeit hierbei höher ist als das nachgelagerte me ^¬ chanische und hydraulische System. Der Piezo-Aktor wird dann durch Halten der Spannung auf einem Restbetrag von beispielsweise ca. 30 V in seiner Position gehalten. Der zugehörige Steuerkolben und das Verschlusselement folgen entsprechend ihrer Ge ^¬ schwindigkeit und holen den Piezo-Aktor schließlich ein.

Normalerweise könnte der Aktor nun den Steuerkolben und das Verschlusselement in ihrer Position durch seine 30 V halten, wenn nicht die hydraulische Rückstellkraft auf das Verschlusselement wirken würde. Durch die Positionierung des Verschlusselementes geringfügig oberhalb seines Sitzes ergibt sich durch die Androsselung eine hydraulische Schließkraft, die schließlich auch den Steuerkolben weiterbewegen lässt. Schließlich wird dadurch der Piezo-Aktor zurückgeschoben. Durch diese äußere Krafteinwirkung entsteht eine Kapazitätsmulde, die der Kraftein ^¬ wirkung entspricht. Erfindungsgemäß wird dabei der Schließ ^¬ zeitpunkt des Verschlusselementes anhand dieser Kapazitätsmulde gemessen. Aus dem ermittelten Schließzeitpunkt wird dann in bekannter Weise die Schließzeit bestimmt.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise bei Durch ^¬ führung einer Haupteinspritzung angewendet, wobei dann weitere Einspritzungen auf der Basis der optimierten Schließzeit durch- geführt werden. Vorzugsweise wird der erfindungsgemäß bestimmte Energiewert auch zur Ansteuerung eines Piezo-Aktors für eine Vor- und/oder Nacheinspritzung verwendet. Bei dieser erfindungsgemäßen Verfahrensvariante werden in der gesamten Regelstrategie die Voreinspritzungen und Nacheinspritzungen mit dem gleichen Energiewert (Spannung und Ladung) betrieben wie der injektorindividuell korrigierte Energiewert der Haupteinspritzung.

Diese Regelstrategie läuft dabei wie folgt ab: Es erfolgt die Ermittlung der Schließzeit mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bei der Haupteinspritzung. Anhand dieser wird zylinderindi ^¬ viduell ein Energiewert (Spannung und Ladung) bestimmt, so dass die Nominalschließzeit erreicht wird. Dieser Energiewert wird über einen Strom einer Endstufe umgesetzt. Das Stromniveau, das auf diese Weise mithilfe der Haupteinspritzung bestimmt wurde, wird nun auch auf die restlichen Einspritzungen des jeweiligen Zylinders angewendet. Schließlich wird die Schließzeit auch für die Voreinspritzungen und Nacheinspritzungen bestimmt, und es wird hierfür nochmals zylinderindividuell und einspritzungs ^¬ individuell die Ansteuerzeit justiert. Zusätzliche Effekte einer Vor- und/oder Nacheinspritzung, wie Druckwellen, Restladungseffekte etc., werden in Verbindung mit der erfindungsgemäß durchgeführten Schließzeitkorrektur vorzugsweise über eine ansteuerzeitbasierte Schließzeitkorrektur kompensiert.

Erfindungsgemäß wird somit ein Verfahren zum Betreiben eines piezogesteuerten direktbetätigten Einspritzventils auf der Basis einer Schließzeitregelung durchgeführt, bei dem als Stell- große im Regelungskreis ein Energiewert verwendet wird, der

Spannung und Ladung des entsprechenden Piezo-Aktors entspricht. Es wird dabei derjenige Energiewert ermittelt, der einer No ^¬ minalschließzeit entspricht, die für folgende Einspritzvorgänge zugrundegelegt wird.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbei ^¬ spieles im Einzelnen erläutert.

Mit einem piezogesteuerten direktbetätigten Einspritzventil wird eine Haupteinspritzung durchgeführt. Aus dem zeitlichen Verlauf der Kapazität des zugehörigen Piezo-Aktors wird in bekannter Weise der Schließzeitpunkt der Düsennadel und hieraus die entsprechende Schließzeit ermittelt. Auf der Basis der ermittelten Schließzeit wird ein Energiewert für die Ansteuerung des zugehörigen Piezo-Aktors bestimmt, mit dem eine Nominalschließzeit erreicht wird. Aus diesem Ener ^¬ giewert wird für die zugehörige Endstufe der Strom berechnet , mit dem das gewünschte Energieniveau erreicht wird. Exakt dieser Strom wird für alle anderen Einspritzungen (Voreinspritzungen, Nacheinspritzungen) übernommen. Da bei der Haupteinspritzung somit die Nadelhubhöhe eingestellt wird, gilt für die Vor ^¬ einspritzungen und Nacheinspritzungen bei Übernahme des Stromes wieder das reguläre Ansteuerzeitkennfeld . Wird beispielsweise bei der Haupteinspritzung ein Energieoffset von +5 mJ bestimmt, kann beispielsweise der Grund hierfür darin bestehen, dass zuwenig Nadelhubhöhe erreicht wird. Somit ist die Schließzeit zu klein. Der Energiewert (Energiesetpoint) wird solange erhöht, bis die Nominalschließzeit erreicht wird. Dieser Energiewert wird in einen Strom umgerechnet und von der Endstufe ausgeführt .

Auch bei den Voreinspritzungen und Nacheinspritzungen wird die Schließzeit ermittelt. Anhand dieser wird aber nur noch die Ansteuerzeit angepasst. Es handelt sich dabei um kleine

Stelleingriffe, da die Nadelhubhöhenanpassung durch die

Strombestimmung für alle Einspritzungen schon durchgeführt wurde. Dieser Ansteuerzeiteingriff wird durchgeführt, um Druckwelleneffekte etc. noch abzufangen.