Beschreibung

Titel

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine

Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit mindestens einem Einspritzventil, das im Bereich eines ihm zugeordneten Zylinders der Brennkraftmaschine mechanisch mit dem Zylinderkopf gekoppelt ist, und das ein piezoelektrisches Element, insbesondere ein piezoelektrisches Stellglied aufweist.

Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Steuergerät für eine Brennkraftmaschine.

Verfahren der eingangs genannten Art und entsprechende Steuergeräte sind bekannt. Im Rahmen der bekannten Verfahren wird ein als Stellglied ausgebildetes piezoelektrisches Element eines Einspritzventils mit entsprechenden Ansteuergrößen beauf- schlagt, um Kraftstoffeinspritzungen in einem Brennraum der Brennkraftmaschine zu bewirken.

Offenbarung der Erfindung

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine und ein entsprechend verbessertes Steuergerät anzugeben, die insbesondere eine wenig aufwändige und flexible Erfassung von Betriebseigenschaften der Brennkraftmaschine ermöglichen.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß

dadurch gelöst, dass eine elektrische Betriebsgröße des piezoelektrischen Elements ausgewertet wird, um auf eine Verformung des Zylinderkopfes und/oder des Einspritzventils zu schließen, dass aus der Verformung des Zylinderkopfes und/oder des Einspritzventils ein Brennraumdruck abgeleitet wird, und dass der abgeleitete Brennraum- druck zur Plausibilisierung von Brennraumdruckwerten verwendet wird, die durch ein weiteres Verfahren und/oder weitere Sensorik erhalten werden.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht vorteilhaft, das bei herkömmlichen Brennkraftmaschinen alleine in seiner Funktion als Stellglied verwendete piezoelektrische Element zur Gewinnung von Informationen über einen Betrieb der Brennkraftmaschine zu ver- wenden, und diese Informationen anschließend mit anderweitig erhaltenen Informationen über den Betrieb der Brennkraftmaschine abzugleichen, wodurch eine flexible und gleichzeitig sichere Ermittlung von Betriebsdaten der Brennkraftmaschine gegeben ist.

Untersuchungen der Anmelderin haben gezeigt, dass das mechanisch mit dem Zylinderkopf gekoppelte Einspritzventil bei einem Betrieb der Brennkraftmaschine oder generell bei Belastungen des Zylinderkopfbereiches oder eines den Zylinderkopfbereich enthaltenden Motorblocks aufgrund von Verformungen des Zylinderkopfes Kräfte erfährt, die durch ein Gehäuse des Einspritzventils auf das Innere des Einspritzventils und somit auch auf das darin befindliche piezoelektrische Element beziehungsweise piezoelektrische Stellglied übertragen werden. Diese Kräfte bewirken eine Verformung des piezoelektrischen Elements und somit eine änderung mindestens einer elektrischen Betriebsgröße des piezoelektrischen Elements, die durch eine entsprechende Messeinrichtung ausgewertet werden kann.

Die erfindungsgemäße Plausibilisierung der aufgrund der Verformung des Einspritzventils ermittelten Brennraumdruckwerte mit anderweitig ermittelten Brennraumdruckwerten ermöglicht vorteilhaft umfassende Diagnosefunktionen, die nicht allein Aufschluss über einen ordnungsgemäßen Betrieb des betreffenden Einspritzventils bzw. Zylinders der Brennkraftmaschine geben. Vielmehr kann - ausgehend von den anderweitig ermittelten Brennraumdruckwerten - durch das erfindungsgemäße Verfahren auch eine ordnungsgemäße Funktion einer Messeinrichtung selbst überprüft werden, die beispiels- weise zur Erfassung der die Verformung des Einspritzventils anzeigenden elektrischen

Betriebsgröße des piezoelektrischen Elements dient und während eines Normalbetriebs des Einspritzventils ebenfalls verwendet wird, u. a. zur Erfassung einer Ansteuerspannung oder dergleichen. Auch entsprechende Zuleitungen zwischen dem piezoelektrischen Element beziehungsweise dem Einspritzventil und dem üblicherweise hiervon entfernt verbauten Steuergerät für die Brennkraftmaschine können durch das erfindungsgemäße Verfahren auf ordnungsgemäße Funktion überprüft werden.

Einer vorteilhaften Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens zufolge wird als elektrische Betriebsgröße des piezoelektrischen Elements eine an dem piezoelektrischen Element anliegende elektrische Verformungsspannung ausgewertet. Bei der Verfor- mungsspannung handelt es sich um diejenige elektrische Spannung, die bei dem piezoelektrischen Element allein unter Einwirkung der mechanischen Verformung des Zylinderkopfbereiches um das Einspritzventil herum auftritt, und die durch eine entsprechende Messeinrichtung messtechnisch erfassbar ist. Die vorstehend beschriebenen mechanischen Rückwirkungen des Zylinderkopfbereichs auf das piezoelektrische EIe- ment können darüber hinaus auch während eines Betriebs des Einspritzventils, insbesondere während einer aktiven Ansteuerung des piezoelektrischen Elements erfolgen, innerhalb der das piezoelektrische Element beispielsweise auf eine vorgebbare Ansteuerspannung aufgeladen wird. In diesem Fall überlagert sich die erfindungsgemäß erfasste Verformungsspannung mit der Ansteuerspannung.

Alternativ oder ergänzend zu der Messung der Verformungsspannung können auch ein elektrischer Ansteuerstrom oder eine elektrische Kapazität des piezoelektrischen Elements ermittelt werden, um hieraus auf die Verformung des Zylinderkopfbereiches zu schließen.

Erfindungsgemäß wird jedoch aufgrund der besonders einfachen Erfassung die Ver- formungsspannung bevorzugt außerhalb von Ansteuerphasen des piezoelektrischen Elements erfasst, was beispielsweise in solchen Zeitbereichen eines Normalbetriebs einer Brennkraftmaschine erfolgen kann, in denen das Einspritzventil gerade nicht angesteuert wird, bevorzugt jedoch auch in solchen Betriebszuständen, bei denen über längere Zeit hinweg gar keine Einspritzung durch das Einspritzventil vorgesehen ist, wie dies beispielsweise bei dem Fall des Startens der Brennkraftmaschine auftritt, bei dem

die Brennkraftmaschine von einem externen Starter aus einer Ruhelage auf eine vorgebbare Startdrehzahl beschleunigt wird.

Erfindungsgemäß ist erkannt worden, dass vorteilhaft auf eine Kompressionsphase des Zylinders geschlossen werden kann, sobald die Betriebsgröße, das heißt insbesondere die elektrische Verformungsspannung, einen vorgebbaren Schwellwert über- beziehungsweise unterschreitet.

Eine besonders effiziente Auswertung der elektrischen Betriebsgröße kann durch Ermittlung einer zeitlichen änderung der Betriebsgröße vorgenommen werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Ableitung des Brennraumdrucks aus der Verfor- mungsspannung wird einer Ausführungsform zufolge vorteilhaft zum Abgleich beziehungsweise zur Plausibilisierung von Brennraumdruckwerten verwendet, die durch ein Verfahren gewonnen werden, das auf einer Analyse einer Drehzahl der Brennkraftmaschine beruht.

Beispielsweise sind dem Fachmann Analyseverfahren bekannt, welche z.B. bei einem Starten der Brennkraftmaschine aus messtechnisch erfassten Drehzahlschwankungen Rückschlüsse auf einen aktuellen Kompressionszustand eines oder mehrerer Zylinder der Brennkraftmaschine ermöglichen. Die mit einem derartigen Verfahren ermittelten Brennraumdruckwerte können vorteilhaft durch das erfindungsgemäße Verfahren und die aus der Verformungsspannung abgeleiteten Brennraumdruckinformationen plausibi- lisiert werden.

Auch andere Verfahren zur Gewinnung von Brennraumdruckwerten, die beispielsweise auf der direkten Erfassung eines Zylinderinnendrucks beruhen, eigenen sich zur Verwendung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren. Hierbei kann beispielsweise die ordnungsgemäße Funktion eines entsprechend in dem Brennraum des betreffenden Zylinders vorgesehenen Zylinderinnendrucksensors anhand der erfindungsgemäß erfassten elektrischen Verformungsspannung des piezoelektrischen Elements plausibi- lisiert werden.

Eine besonders vorteilhafte Variante des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens sieht vor, dass die an dem piezoelektrischen Element anliegende elektrische Verformungsspannung erfasst wird durch einen Analog-Digital-Wandler, wodurch je nach Abtastrate ein Zeitverlauf des Brennraumdrucks präzise abgeleitet werden kann. Bei dem Analog- Digital-Wandler kann es sich beispielsweise um eine Baugruppe handeln, die auch bei herkömmlichen Steuergeräten, die zur Ansteuerung von mit piezoelektrischen Aktoren versehenen Einspritzventilen ausgebildet sind, in eine das Steuergerät steuernde Recheneinheit, wie beispielsweise einen Microcontroller integriert sind. Dadurch entfällt die Notwendigkeit, einen separaten Analog-Digital-Wandler allein zur Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorzusehen.

Besonders vorteilhaft kann ferner vorgesehen sein, dass dem Analog-Digital-Wandler eine Eingangsschaltung mit steuerbarer Verstärkung vorgeschaltet ist, und dass zur Messung der elektrischen Verformungsspannung eine andere Verstärkung gewählt wird als zur Messung einer zur Ansteuerung des piezoelektrischen Elements verwendeten Ansteuerspannung. Die zur normalen Ansteuerung des piezoelektrischen Elements verwendeten Spannungswerte sind üblicherweise deutlich größer als die aufgrund der mechanischen Verformung auftretende elektrische Verformungsspannung, so dass die erfindungsgemäße Eingangsschaltung mit steuerbarer Verstärkung vorteilhaft eine Anpassung der jeweils zu erfassenden Spannung an die Eingänge des betreffenden Analog-Digital-Wandler vorsehen kann.

Die erfindungsgemäße Eingangsschaltung kann beispielsweise auch derart ausgebildet sein, dass sie primär eine Dämpfung realisiert, beispielsweise um die gängigen Ansteuerspannungen von bis zu 250 V herabzusetzen auf einen Eingangsspannungsbereich von beispielsweise 0 V - 5 V des Analog-Digital-Wandlers. Für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, d.h. die Messung der Verformungsspannung, die üblicherweise bis zu einigen hundert mV beträgt, wird die Eingangsschaltung so konfiguriert, dass sie keine Dämpfung oder sogar eine Verstärkung der Verformungsspannung derart bewirkt, dass der Dynamikbereich des Analog-Digital-Wandlers optimal ausgenutzt wird.

Eine weitere vorteilhafte Variante des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens sieht vor,

dass die elektrische Verformungsspannung einem Komparator zugeführt wird. Dieser Komparator kann -unabhängig von einem gegebenenfalls vorhandenen Analog- Digital- Wandler zur Erfassung der Ansteuerspannung des piezoelektrischen Elements - so ausgelegt werden, dass er sich allein zur Erfassung von Spannungswerten im Bereich der erwarteten elektrischen Verformungsspannung des piezoelektrischen Elements eignet, was unter anderem durch das Bereitstellen einer entsprechenden Referenzspannung an einen dafür vorgesehenen Komparatoreingang erfolgt.

Erfindungsgemäß ist es ferner möglich, mehrere Analog- Digital-Wandler vorzusehen, wobei ein erster Analog- Digital-Wandler zur Erfassung der Ansteuerspannung des piezoelektrischen Elements vorgesehen ist, und ein weiterer Analog- Digital-Wandler zur Erfassung der elektrischen Verformungsspannung. Die verschiedenen Analog- Digital-Wandler können je nach der gewünschten Betriebsart des piezoelektrischen Elements beispielsweise durch eine Schaltermatrix wahlweise mit den Klemmen des piezoelektrischen Elements verbunden werden oder auch permanent mit den Klemmen verbunden bleiben. Auf diese Weise können die unterschiedlichen Spannungsbereiche (Ansteuerspannung, Verformungsspannung) beispielsweise durch Zuordnung entsprechend ausgebildeter Dämpfungs- bzw. Verstärkerschaltungen zu dem jeweiligen Analog-Digital-Wandler effizient überwacht werden, ohne dass eine permanente Rekonfiguration der Eingangsschaltung eines einzigen Analog- Digital- Wandlers erforderlich ist. Die Nutzung mehrerer Eingangskanäle eines ggf. bereits in dem Steuergerät vorhandenen Analog- Digital- Wandlers ist ebenfalls denkbar.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung beziehungsweise Darstellung in der Beschreibung beziehungsweise in der Zeichnung.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

In der Zeichnung zeigt:

Figur 1 schematisch einen teilweisen Querschnitt eines Einspritzventils, das im

Bereich des Zylinderkopfes eines Zylinders einer Brennkraftmaschine angeordnet ist,

Figur 2 ein vereinfachtes Flussdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Figur 3 einen zeitlichen Verlauf des Drucks in einem Brennraum der

Brennkraftmaschine und eine entsprechende Verformungsspannung an einem piezoelektrischen Element des in Figur 1 abgebildeten

Einspritzventils, und

Figur 4 eine Ansteuerschaltung für mehrere piezoelektrische Elemente, die jeweils verschiedenen Einspritzventilen einer Brennkraftmaschine zugeordnet sind.

Ausführungsformen der Erfindung

In der Figur 1 ist ein Einspritzventil 10 einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs in teilweisem Querschnitt dargestellt. Das Einspritzventil 10 weist ein als Stellglied verwendetes piezoelektrisches Element 15 auf, das über eine schematisch angedeutete Halterung 16 innen an einem Gehäuse 17 des Einspritzventils 10 befestigt ist.

Das piezoelektrische Stellglied 15 wird, wie in Figur 1 durch den Doppelpfeil 21 angedeutet ist, von einem Steuergerät 20 angesteuert, um verschiedene Betriebszustände des Einspritzventils 10 einzustellen. Weiterhin weist das Einspritzventil 10 eine Ventilnadel 13 auf, die auf einem Ventilsitz 14 im Inneren des Gehäuses 17 des Einspritzventils 10 aufsitzen kann.

Ist die Ventilnadel 13 von dem Ventilsitz 14 abgehoben, so ist das Einspritzventil 10 geöffnet und es wird Kraftstoff in den Brennraum 35 eingespritzt. Dieser Zustand ist in Figur 1 dargestellt. Sitzt die Ventilnadel 13 auf dem Ventilsitz 14 auf, so ist das Einspritzventil 10 geschlossen. Der übergang von dem geschlossenen in den geöffneten Zustand wird mit Hilfe des piezoelektrischen Stellglieds 15 bewirkt. Hierzu wird als Ansteuergröße eine elektrische Spannung an das piezoelektrische Stellglied 15 angelegt, die eine Längenänderung des piezoelektrischen Elements 15 hervorruft. Diese Längenänderung wird ihrerseits zum öffnen beziehungsweise Schließen des Einspritzventils 10 ausgenutzt.

Durch die Anordnung des Einspritzventils 10 im Bereich des Zylinderkopfes 30 der Brennkraftmaschine ergibt sich eine mechanische Kopplung zwischen dem Zylinderkopf 30 und dem Gehäuse 17 des Einspritzventils 10. Aufgrund dieser mechanischen Kopplung übertragen sich bei einer insbesondere während des Betriebs der Brennkraftmaschine auftretenden Verformung des Materials im Bereich des Zylinderkopfes 30 auftretende Kräfte direkt auf das Gehäuse 17 des Einspritzventils 10 und bewirken eine Verformung des Einspritzventils 10 beziehungsweise des Gehäuses 17. Es hat sich herausgestellt, dass solche Verformungen auch einen Einfluss auf das in dem Gehäuse 17 angeordnete piezoelektrische Element 15 haben. Infolge der Verformung des Gehäuses 17 ergibt sich zumindest in abgeschwächter Form auch eine Verformung des piezoelektrischen Elements 15. Eine derartige Verformung des piezoelektrischen Elements 15 resultiert unmittelbar in einer änderung einer elektrischen Betriebsgröße des piezoelektrischen Elements 15.

Beispielsweise ergibt sich bei einer Kraftwirkung von dem Zylinderkopf 30 auf das piezoelektrische Element 15 eine änderung seiner elektrischen Kapazität, die durch eine entsprechende Messung mittels des Steuergeräts 20 erfassbar ist. Durch eine solche Messung kann in dem Steuergerät 20 somit eine auf das Einspritzventil 10 wirkende Kraft erkannt werden. Damit ist erfindungsgemäß auch ein Rückschluss auf eine Verformung des Zylinderkopfbereiches 30 möglich.

Alternativ zu der Auswertung der elektrischen Kapazität des piezoelektrischen Elements 15 kann auch eine elektrische Spannung, die aufgrund der Verformung an

dessen Klemmen anliegt und demzufolge als elektrische Verformungsspannung bezeichnet wird, beziehungsweise ein sich ändernder Ansteuerstrom, mittels des Steuergeräts 20 detektiert werden. D.h., die Einwirkung einer äußeren Kraft auf das piezoelektrische Element 15 ist sogar dann messtechnisch erfassbar, während das piezoelektrische Element 15 mittels einer Ansteuerspannung bzw. eines Ansteuerstroms angesteuert wird.

Besonders vorteilhaft kann erfindungsgemäß ganz allgemein durch eine Erfassung der betrachteten Betriebsgröße des piezoelektrischen Elements 15 auf einen Brennraumdruck geschlossen werden, der in dem Brennraum 35 des Zylinders vorliegt, und der ebenfalls Verformungen in dem Zylinderkopfbereich hervorruft.

Besonders bevorzugt wird die erfindungsgemäße Erfassung der elektrischen Betriebsgröße des piezoelektrischen Elements 15 in solchen Betriebsphasen der Brennkraftmaschine durchgeführt, in denen keine aktive Ansteuerung des piezoelektrischen Elements 15 beziehungsweise des Einspritzventils 10 stattfindet. Beispielsweise wird das erfindungsgemäße Verfahren bevorzugt bei einem Starten der Brennkraftmaschine durchgeführt, bei dem die Brennkraftmaschine durch einen separaten Starter (nicht gezeigt) aus einer Ruhelage auf eine vorgebbare Startdrehzahl beschleunigt wird, bevor Kraftstoffeinspritzungen über das Einspritzventil 10 erfolgen.

In diesem Betriebszustand ist die an den Klemmen des piezoelektrischen Elements 15 anliegende Spannung allein abhängig von den vorstehend beschriebenen mechanischen Verformungen in dem Zylinderkopfbereich und wird daher nachfolgend als Verformungsspannung U bezeichnet.

In einem ersten Schritt 100 des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens (Figur 2) wird die Verformungsspannung U erfasst und ausgewertet. In einem nachfolgenden Schritt 110 des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens wird aus der Verformungsspannung U ein Brennraumdruck P abgeleitet, der wie vorstehend beschrieben ursächlich ist für die die Verformungsspannung U bedingende mechanische Verformung im Zylinderkopfbereich des Einspritzventils 10.

In einem weiteren Schritt 120 des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens wird schließlich der wie vorstehend beschrieben abgeleitete Brennraumdruck P verwendet, um einen durch ein anderes Verfahren beziehungsweise System der Brennkraftmaschine erhaltenen Brennraumdruck beziehungsweise entsprechende Brennraumdruckwerte zu plausibilisieren.

Beispielsweise kann die das Einspritzventil 10 (Figur 1) enthaltende Brennkraftmaschine beziehungsweise das ihr zugeordnete Steuergerät 20 zur Durchführung eines Verfahrens ausgebildet sein, bei dem aus Drehzahlschwankungen während des Startens der Brennkraftmaschine auf einen Kompressionszustand des Zylinders beziehungswei- se mehrerer Zylinder der Brennkraftmaschine geschlossen wird. Dieses Verfahren ist an sich bekannt und wird unter anderem als "Kompressionstest" bezeichnet, der insbesondere in Werkstätten zur Fehlerdiagnose der Brennkraftmaschine durchgeführt wird.

Ferner besteht die Möglichkeit, mit Hilfe der erfindungsgemäß erhaltenen Brennraum- druckwerte solche Brennraumdruckwerte zu plausibilisieren, die durch einen separat in dem Brennraum 35 angeordneten Zylinderinnendrucksensor (nicht gezeigt) erhalten werden.

Die erfindungsgemäße Plausibilisierung derartiger, anderweitig erhaltener Brennraumdruckwerte in dem Schritt 120 ermöglicht vorteilhaft eine sichere Ermittlung von Informationen über das ordnungsgemäße Funktionieren der Brennkraftmaschine bezie- hungsweise der betreffenden Komponenten der Brennkraftmaschine.

Beispielsweise kann aus einer Diskrepanz bei der Plausibilisierung 120 geschlossen werden, dass entweder das anderweitige, bekannte Verfahren zur Ermittlung von Brennraumdruckwerten fehlerhaft ist, oder dass ein Fehler bei der erfindungsgemäßen Ermittlung des Brennraumdrucks P in Abhängigkeit der Verformungsspannung U des piezoelektrischen Elements 15 aufgetreten ist.

Derartige Diskrepanzen können sich beispielsweise dadurch ergeben, dass Kurzschlüsse oder Unterbrechungen in den Zuleitungen des piezoelektrischen Elements 15 auftreten.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht vorteilhaft eine Erkennung derartiger irregulärer Betriebszustände der betreffenden Komponenten, so dass eine angemessene Fehlerreaktion eingeleitet werden kann. Insbesondere kann bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens während des Startens der Brennkraftmaschine im Fehlerfall eine Fehlerreaktion noch dann eingeleitet werden, bevor tatsächlich Einspritzungen bei dem Einspritzventil 10 erfolgen, das heißt, bevor das piezoelektrische Element 15 des Einspritzventils 10 mit einer verhältnismäßig hohen Ansteuerspannung von bis zu einigen 100 V angesteuert wird. Dadurch können fehlerhafte Kraftstoffeinspritzungen, eine Beschädigung einer Endstufe des Steuergeräts 20 zur Erzeugung der Ansteuerspannung sowie die Gefährdung von Personen rechtzeitig verhindert werden.

Prinzipiell ist das erfindungsgemäße Betriebsverfahren auch während eines Normalbetriebs der Brennkraftmaschine anwendbar, wobei die Auswertung der Verformungsspannung U dadurch erschwert wird, dass sich die für den Betrieb des piezoelektrischen Elements 15 erforderliche Ansteuerspannung mit der für das erfindungsgemäße Betriebsverfahren interessierenden Verformungsspannung U überlagert.

Da die zeitliche Abfolge des Auftretens von der Verformungsspannung U entsprechenden Signalen mehrerer Zylinder der Brennkraftmaschine einer zeitlichen Abfolge der Kompressionszustände der Zylinder beziehungsweise allgemein der Zündfolge der Brennkraftmaschine entspricht, kann durch das erfindungsgemäße Betriebsverfahren vorteilhaft auch eine Zuordnung der betreffenden Zylindernummern zu den ihnen zugeordneten Endstufen erfolgen, die das jeweilige Einspritzventil 10 beziehungsweise sein piezoelektrisches Element 15 ansteuern. Ein derartiges erweitertes Betriebsverfahren kann beispielsweise vorteilhaft bei einer Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine nach ihrer Herstellung durchgeführt werden.

Ferner ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren bei einem Ausfall der herkömmlichen zur Ermittlung der Brennraumdruckwerte vorgesehenen Komponenten einen weiteren Betrieb der Brennkraftmaschine, da aus der erfindungsgemäß ermittelten Verformungsspannung U ebenfalls der Brennraumdruck ermittelt werden kann. Dadurch ist zumindest ein Notlauf der Brennkraftmaschine ermöglicht.

In der Figur 3 ist schematisch der zeitliche Verlauf der erfindungsgemäß erfassten und ausgewerteten elektrischen Verformungsspannung U des piezoelektrischen Elements 15 (Figur 1) des Einspritzventils 10 während eines Startvorgangs der Brennkraftmaschine dargestellt. Die maximale Signalamplitude beträgt beispielsweise etwa einige 100 mV.

Ebenfalls dargestellt ist in dem Diagramm gemäß Figur 3 der entsprechende zeitliche Verlauf des Brennraumdrucks P, der erfindungsgemäß aus der Verformungsspannung U abgeleitet wird, vgl. auch Schritt 110 des Verfahrens gemäß Figur 2.

Aus Figur 3 ist ersichtlich, dass die Brennkraftmaschine von dem Zeitpunkt tθ bis zu dem Zeitpunkt t2 in einem Ruhezustand verbleibt, in dem keine signifikante änderung des Brennraumdrucks und damit auch keine signifikante Verformungsspannung U beobachtbar ist. Ab dem Zeitpunkt t4 bis hin zu dem Zeitpunkt tlO sind ausgeprägte Impulse I in dem zeitlichen Verlauf der Verformungsspannung U zu erkennen, deren zeitlicher Abstand sich entsprechend der während des Startvorgangs vergrößernden Dreh- zahl der Brennkraftmaschine verringert. Mit den Impulsen I der Verformungsspannung U korrespondierende Maxima des Brennraumdrucks P sind ebenfalls aus dem in Figur 3 abgebildeten Diagramm ersichtlich. Wie aus Figur 3 ersichtlich, tritt die größte zeitliche änderung der elektrischen Verformungsspannung jeweils zeitgleich mit dem betreffenden Druckmaximum in dem Zylinder auf, der einem Umkehrpunkt des Kolbens, nämlich dem oberen Totpunkt (OT), entspricht.

Unter Verwendung des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens (Figur 2) kann demnach mit hoher Präzision auf den zeitlichen Verlauf des Brennraumdrucks P der Brennkraftmaschine geschlossen werden, so dass anderweitig ermittelte Brennraumdruck- werte durch das erfindungsgemäße Verfahren plausibilisiert werden können, das Auf- treten von Kompressionsphasen einzelner Zylinder verifiziert werden kann, und darüber hinaus auch die bei der Erfassung der Verformungsspannung U beteiligten Komponenten selbst auf Funktion getestet werden können. Besonders vorteilhaft ist auch eine Auswertung des zeitlichen Verlaufs der elektrischen Verformungsspannung, die z.B. durch Differenzieren oder weitere dem Fachmann bekannte Analyseverfahren durch- führbar bzw. erweiterbar ist.

Figur 4 zeigt schematisch eine Ansteuerschaltung 200 zum Betreiben mehrerer Einspritzventile des in Figur 1 abgebildeten Typs.

Die Ansteuerschaltung 200 weist eine Recheneinheit 210 auf, die beispielsweise als leistungsfähiger Mikrocontroller ausgebildet ist und zur Erzeugung von Ansteuersigna- len für die insgesamt sechs abgebildeten piezoelektrischen Elemente 221 bis 226 dient. Dem Mikrocontroller 210 ist ein Analog- Digital-Wandler 230 zugeordnet, der über entsprechende, der übersichtlichkeit halber nicht abgebildete Messleitungen Spannungen zwischen beziehungsweise Potentiale an verschiedenen Knotenpunkten der in Figur 4 abgebildeten Ansteuerschaltung 200 erfassen und dem Mikrocontroller 210 in digitaler Form bereitstellen kann. Der Mikrocontroller 210 bildet zusammen mit dem Analog- Digital-Wandler 230 einen ersten Bereich A der in Figur 4 abgebildeten Ansteuerschaltung 200, wobei der Analog- Digital-Wandler 230 auch direkt in den Mikrocontroller 210 integriert sein kann.

Ein zweiter Bereich B der Ansteuerschaltung 200 dient der Energieversorgung der piezoelektrischen Elemente 221 bis 226 und weist hierzu einen in Figur 4 nicht näher bezeichneten Gleichspannungswandler auf, der aus einer ihm eingangsseitig zugeführten Batteriespannung eine Ansteuergleichspannung erzeugt, die durch den Pufferkondensator Cl gespeichert wird. Bei Bedarf kann der Pufferkondensator Cl durch den Halbleiterschalter Sl und die nachgeordnete Induktivität 240 in eines der sechs piezo- elektrischen Elemente 221 bis 226 entladen werden, sofern die dem betreffenden piezoelektrischen Element 221 - 226 zugeordnete Iow-side-Schaltstufe 221a bis 226a durch entsprechende Ansteuersignale von dem Mikrocontroller 210 niederohmig geschaltet worden ist.

Die Schaltstufen 221a bis 226a umfassen wie abgebildet jeweils einen Halbleiterschal- ter und sind in Figur 4 durch die entsprechend bezeichneten geschweiften Klammern hervorgehoben.

Bei der in Figur 4 abgebildeten Schaltungskonfiguration sind jeweils drei piezoelektrische Elemente 221, 222, 223; 224, 225, 226 zu Bänken Gl, G2 zusammengefasst, die über entsprechende Bankauswahlschalter 310, 320 zur Ansteuerung ausgewählt wer-

den können.

Das Aufladen eines bestimmten piezoelektrischen Elements 222 erfolgt demnach über eine entsprechende Ansteuerung des ersten Halbleiterschalters Sl der Versorgungsschaltung aus dem Bereich B der Ansteuerschaltung 200, so dass ein Ladestrom aus dem Pufferkondensator Cl über den Halbleiterschalter Sl und die sogenannte Transferinduktivität 240 in die erste Bank Gl von piezoelektrischen Elementen 221, 222, 223 fließen kann. Genauer gesagt fließt der vorstehend beschriebene Ladestrom im Bereich des Bankauswahlschalters 310 durch die zu diesem antiparallel angeordnete nicht näher bezeichnete Diode und anschließend auf das piezoelektrische Element 222, wobei die ihm zugeordnete Iow-side-Schaltstufe 222a niederohmig geschaltet sein muss.

Ein Entladen des piezoelektrischen Elements 222 erfolgt dementsprechend dadurch, dass der ihm zugeordnete Bankauswahlschalter 310 niederohmig geschaltet wird, so dass über die antiparallel zu der Iow-side-Schaltstufe 222a geschaltete Diode, das piezoelektrische Element 222 und den Halbleiterschalter des Bankauswahlschalters 310 ein Entladestrom zurück in die Transferinduktivität 240 fließen kann. Hierbei wird der Halbleiterschalter S2 des Schaltungsbereichs B derart getaktet angesteuert, dass der Entladestrom von der Transferinduktivität 240 zeitweise über den Halbleiterschalter S2 nach Masse abfließt, dass nach Erreichen eines vorgebbaren Betrags des Entlade- Stroms jedoch der Halbleiterschalter S2 hochohmig wird, so dass die an der Transferinduktivität 240 anliegende Spannung entsprechend ansteigt und ein erneutes Aufladen der Pufferkapazität Cl durch den restlichen Entladestrom über die dem Halbleiterschalter Sl antiparallel geschaltete Diode erlaubt.

Die erfindungsgemäße elektrische Verformungsspannung U des piezoelektrischen Elements 221, .., 226 kann bei der in Figur 4 abgebildeten Schaltungskonfiguration als Potenzialdifferenz zwischen einem der Schaltungsknotenpunkte 410, 420 und dem Massepotenzial GND als Bezugspotenzial messtechnisch erfasst werden. Dementsprechend sind Messleitungen 410a, 420a zwischen dem Analog- Digital- Wandler 230 und den Schaltungsknotenpunkten 410, 420 vorgesehen. Fakultativ kann den Messleitungen 410a, 420a wie in Figur 4 abgebildet eine

Spannungsteileranordnung 600, 610 vorgeschaltet sein, um eine Pegelanpassung in dem Fachmann bekannter Weise vorzusehen.

Die Spannungsteileranordnung 600, 610 kann erfindungsgemäß vorteilhaft auch konfigurierbar ausgebildet sein, so dass beispielsweise unter Ansteuerung durch den Mikro- Controller 210 unterschiedliche Spannungsteilerfaktoren beziehungsweise Dämpfungsfaktoren durch die Spannungsteiler 600, 610 realisierbar sind. Auf diese Weise ist es möglich, sowohl die während des Betriebs der piezoelektrische Elemente 221 bis 226 auftretenden, hohen Ansteuerspannungen von bis zu 250 V mit demselben Analog- Digital-Wandler 230 zu erfassen, wie die verhältnismäßig geringen Verformungsspan- nungen U von bis zu einigen 100 mV, die erfindungsgemäß erfasst werden, um auf den Brennraumdruck P (Figur 3) zu schließen.

Alternativ oder ergänzend zu der Spannungsteileranordnung 600, 610 kann auch eine entsprechende Verstärkeranordnung (nicht gezeigt) vorgesehen sein, die insbesondere zur Verstärkung der Verformungsspannung U verwendbar ist.

Eine weitere sehr vorteilhafte Variante der Erfindung sieht die Verwendung einer ebenfalls nicht abgebildeten Komparatorschaltung vor, der die elektrische Verformungsspannung U zugeführt wird. Die Komparatorschaltung erzeugt ein digitales Ausgangssignal, das einen Zustandswechsel dann aufweist, wenn die zu erfassende Verformungsspannung U eine dem Komparator ebenfalls zugeführte Referenzspannung unter-/überschreitet. Das von dem Komparator bereitgestellte Digitalsignal kann direkt den Mikrocontroller 210 zur weiteren Auswertung und Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Verfügung gestellt werden.

Während der erfindungsgemäßen Plausibilisierung des aus der elektrischen Verformungsspannung U abgeleiteten Brennraumdrucks P mit einem anderweitig, das heißt durch ein weiteres, an sich bekanntes Verfahren, ermittelten Brennraumdrucksignal kann der Fall eintreten, dass der erfindungsgemäß ermittelte Brennraumdruck P nicht übereinstimmt mit dem anderweitig ermittelten Brennraumdrucksignal.

Neben einem Fehler in dem Ablauf des weiteren Verfahrens zur anderweitigen Ermitt-

lung des Brennraumdrucks kann dadurch beispielsweise ein Fehler bei dem elektrischen Anschluss des piezoelektrischen Elements 221 bis 226 festgestellt werden. Sofern nämlich z.B. das piezoelektrische Element 221 einen Kurzschluss bezüglich seiner Zuleitungen aufweist, kann unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfah- rens über den Analog- Digital-Wandler 230 oder einen (nicht abgebildeten) Komparator keine nichtverschwindende elektrische Verformungsspannung U festgestellt werden.

Ein weiterer Fehlerfall besteht darin, dass die den jeweiligen Bankauswahlschaltern 310, 320 zugeordneten Anschlussleitungen zweier piezoelektrische Elemente 223, 224 miteinander kurzgeschlossen sind. In diesem Fall ist ein entsprechendes die elektri- sehe Verformungsspannung U angebendes Signal über einen Kurbelwinkelverlauf von 720° zweimal zu beobachten, wobei in dem betrachteten Kurbelwinkelintervall tatsächlich je piezoelektrischem Element 223, 224 nur einmal eine Kompressionsphase eintritt.

Sofern die zur Spannungsmessung verwendeten Spannungsteiler 600, 610 einen Kurzschluss gegen Masse aufweisen, kann bei jedem piezoelektrischen Element der betreffenden Bank Gl, G2 kein Spannungssignal, das heißt keine elektrische Verformungsspannung U gemessen werden.

Bei einem Leerlauf, das heißt einer Unterbrechung der Zuleitung des piezoelektrischen Elements 221 bis 226, ist ebenfalls nicht der typische Verlauf der elektrischen Verformungsspannung U feststellbar.

Sofern zwei piezoelektrische Elemente 221, 222 auf ihrer der jeweiligen low-side- Schaltstufe 221a, 222a zugeordneten Anschlussseite miteinander kurzgeschlossen sind, ergibt sich infolge der elektrischen Ladungsaufteilung auf beide piezoelektrischen Elemente 221, 222 für den zeitlichen Verlauf der elektrischen Verformungsspannung U jeweils nur der halbe Betrag.

Insgesamt lässt sich durch das erfindungsgemäße Verfahren ein Fehler in einem Wirkungspfad zwischen dem Steuergerät 20 beziehungsweise der Ansteuerschaltung 200, den betreffenden Zuleitungen und weiteren Komponenten effizient ermitteln beziehungsweise weiter eingrenzen. Dadurch kann vorteilhaft vermieden werden, dass die

Brennkraftmaschine beziehungsweise ein Einspritzventil 10 mit der verhältnismäßig hohen Ansteuerspannung von bis zu 250 V betrieben wird, wenn der Verdacht besteht, dass eine Komponente der Ansteuerschaltung beziehungsweise des restlichen Kraft- stoffeinspritzsystems fehlerhaft ist. überdies können durch Anwendung des erfindungs- gemäßen Prinzips fehlerhafte Einspritzungen, Schädigungen an der Mechanik und der Elektrik des Kraftstoffeinspritzsystems und auch die Gefährdung von Personen ausgeräumt werden.

Eine weitere bevorzugte Betriebsart der Brennkraftmaschine zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der Motorschubbetrieb.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann ferner vorteilhaft dazu verwendet werden, eine Zuordnung der piezoelektrischen Elemente 221 bis 226 beziehungsweise der betreffenden Einspritzventile 10 zu den jeweiligen Zylindern der Brennkraftmaschine zu erhalten. Hierfür ist die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zur Erfassung der Verformungsspannung U so auszubilden, dass für jedes piezoelektrische Element 221 bis 226 individuell dessen Verformungsspannung U gemessen werden kann.

Ausgehend von der in Figur 4 abgebildeten Schaltungskonfiguration kann eine derartige Messung der Verformungsspannung U beispielsweise dadurch realisiert werden, dass die einzelnen, jeweils durch ein Piezoelement 221 und eine ihm zugeordnete Schaltstufe 221a gebildeten Schaltungszweige, durch entsprechende Schalter (nicht abgebildet) voneinander trennbar sind, und/oder dass dem jeweiligen Piezoelement 221 bis 226 ein eigener Messkanal einschließlich zugehöriger Messleitungen für den Betrieb des Analog- Digital- Wandlers 230 zugeordnet sind.

Eine dem Analog- Digital- Wandler 230 vorgeschaltete Eingangsstufe mit logarithmischer Charakteristik kann ebenfalls vorteilhaft eingesetzt werden, um die Erfassung sowohl der Verformungsspannung U als auch der regulären Ansteuerspannung bei hinreichender Auflösung bzw. Genauigkeit zu ermöglichen.

Alternativ hierzu kann die Eingangsstufe eine steuerbare Verstärkung aufweisen, die je nach Messsituation unterschiedliche Verstärkungen der erfassten Spannung ermöglicht.