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Stand der Technik
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Kraftstoff-Einspritzvorrichtung
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft ferner ein
Computerprogramm, eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung sowie ein
Kraftstoff-Einspritzsystem nach dem Oberbegriff der nebengeordneten
Patentansprüche.
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Die
DE 10 2006 019 736
A1 beschreibt eine Kraftstoff-Einspritzvorrichtung und
ein Verfahren zu deren Betrieb. Die bekannte Kraftstoff-Einspritzvorrichtung
verfügt über eine hydraulische Steuerung, zu deren
Realisierung ein Ende eines Ventilelements in einen hydraulischen
Steuerraum eintaucht. Dieser wird über eine Zulaufdrossel
von einem Hochdruckbereich der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung gespeist. Über
eine Ventileinrichtung, die von einem Piezoaktor betätigt
wird, kann der hydraulische Steuerraum mit einem Rücklauf
verbunden werden. Der Piezoaktor wird dabei invers betrieben, d.
h., dass der Piezoaktor im Ruhezustand der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung,
wenn diese geschlossen ist oder schließen soll, aufgeladen
ist. Zum Auslösen eines Einspritzvorgangs wird der Piezoaktor
entladen.
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Offenbarung der Erfindung
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten
Art so weiterzubilden, dass mit ihm ein zuverlässiger und
präziser Betrieb der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung möglich ist.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst, sowie durch ein Computerprogramm, eine Steuer-
und/oder Regeleinrichtung und ein Kraftstoff-Einspritzsystem mit den
Merkmalen des jeweiligen nebengeordneten Patentanspruchs. Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.
Für die Erfindung wichtige Merkmale finden sich darüber
hinaus in der nachfolgenden Beschreibung und in der Zeichnung, wobei
die Merkmale sowohl in Alleinstellung als auch in unterschiedlichen
Kombinationen für die Erfindung wichtig sein können,
ohne dass hierauf explizit hingewiesen wird.
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Die
vorliegende Erfindung ermöglicht es, ohne zusätzliche
Sensoren das tatsächliche Schließen des Ventilelements
zu detektieren und damit eine wichtige Information über
den Ist-Betrieb der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung zu gewinnen.
Diese Information kann dann für ganz unterschiedliche Zwecke
verwendet werden, wie weiter unten noch im Detail erläutert
werden wird.
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Die
Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass bei einem Schließen
des Ventilelements, wenn also das Ventilelement auf einem ihm zugeordneten Ventilsitz
auftrifft, eine Druckwelle erzeugt wird, die sich mit hoher Geschwindigkeit
im gesamten Hochdruckbereich ausbreitet. Da bei einer solchen Druckwelle
praktisch nichts strömt, durchdringt eine solche Druckwelle
auch übliche Drosselstellen ohne Verzögerung und
im Wesentlichen ungedämpft. Sie gelangt somit auch in den
hydraulischen Steuerraum, der – zum Schließen
des Ventilelements – durch den geladenen Piezoaktor „zugehalten"
wird. Die Druckwelle führt daher zu einer kurzzeitigen
Erhöhung der auf den Piezoaktor wirkenden hydraulischen
Druckkraft, die zu einer kurzzeitigen Änderung der am Piezoaktor
anliegenden Spannung führt. Dies kann durch eine entsprechende
Auswertung der am Piezoaktor anliegenden Spannung erfasst werden.
Da der Zeitraum vom Auftreffen des Ventilelements auf den Ventilsitz
und der damit zusammenhängenden Erzeugung der Druckwelle
bis zum Eintreffen der Druckwelle im hydraulischen Steuerraum sehr
kurz ist, kann der Zeitpunkt, zu dem die Änderung der am Piezoaktor
anliegenden Spannung detektiert wird, in guter Näherung
gleich dem Schließzeitpunkt des Ventilelements angesehen
werden. Gegebenenfalls ist es aber möglich, anhand der
bekannten Geometrien des Hochdruckbereichs die Laufzeit der Druckwelle
vom Ort ihrer Entstehung bis zum Eintreffen im hydraulischen Steuerraum
zu berücksichtigen.
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In
einer ersten Weiterbildung des erfindungsgemäßen
Verfahrens wird vorgeschlagen, dass ein Gradient der am Piezoaktor
anliegenden Spannung ausgewertet wird. Zwar ist grundsätzlich
auch denkbar, den Absolutwert der Aktorspannung auszuwerten, die
schlagartige Erhöhung der auf den Piezoaktor einwirkenden
Druckkraft beim Eintreffen der Druckwelle macht sich jedoch vor
allem in einem hohen Gradienten bemerkbar, der durch geeignete Auswerteverfahren
zuverlässig erkannt werden kann.
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Eine
einfache Auswertemöglichkeit besteht darin, dass ein Überschreiten
eines Grenzwerts durch den Gradienten als Schließen des
Ventilelements gewertet wird. Besonders schonend mit den Rechenressourcen
geht ein Verfahren um, bei dem die am Piezoaktor anliegende Spannung
zur Detektion des Schließens des Ventilelements nur während eines
Zeitraums ausgewertet wird, der eine bestimmte Dauer hat und vom
Ende des Ladens einen bestimmten zeitlichen Abstand aufweist. Die
Dauer und der zeitliche Abstand bestimmen sich u. a. aus bestimmten
charakteristischen, beispielsweise in einem Prüfstand ermittelbaren
Betriebsgrößen der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung,
beispielsweise dem Zeitraum, der bei einer durchschnittlichen Kraftstoff-Einspritzvorrichtung
vom Ende des Ladens bis zum Auftreffen des Ventilelements im Ventilsitz
und dem Eintreffen der Druckwelle am Piezoaktor verstreicht, zuzüglich
bzw. abzüglich einer gewissen Toleranz.
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Besonders
bevorzugt ist jene Weiterbildung des erfindungsgemäßen
Verfahrens, bei der der detektierte Zeitpunkt des Schließens
(Ist-Einspritzende) mit einem Sollwert (Soll-Einspritzende) verglichen und
ein Ist-Ansteuersignal des Piezoaktors entsprechend korrigiert wird.
Damit wird eine Regelung des Ist-Ansteuersignals des Piezoaktors
und damit eine deutliche präzisere Zumessung des Kraftstoffs
möglich. Letztlich wird hierdurch das Emissionsverhalten der
Brennkraftmaschine verbessert und der Kraftstoffverbrauch wird gesenkt.
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In
Weiterbildung hierzu wird vorgeschlagen, dass eine Ist-Einspritzdauer
unter Berücksichtigung des Ist-Einspritzendes ermittelt
und durch eine Korrektur einer Ansteuerdauer auf eine Soll-Einspritzdauer
geregelt wird. Dies ist eine konkrete und besonders einfach zu realisierende
Ausgestaltung einer Regelung unter Berücksichtigung des
detektierten Zeitpunkts des Schließens (Ist-Einspritzende). Grundgedanke
für die vorgeschlagene Regelung ist die Tatsache, dass
es bei einer Kraftstoff-Einspritzvorrichtung über die Lebensdauer
zu einem Verschleiß des Ventilsitzes kommen kann, mit dem
das Ventilelement zusammenarbeitet, was wiederum zu einer Änderung
der eingespritzten Kraftstoffmenge gegenüber einer an sich
vorgesehenen Kraftstoffmenge führt. Durch den Verschleiß des
Ventilsitzes kommt es nämlich während der Lebensdauer
der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung zu einer Änderung der hydraulischen
Kräfte, die beim Öffnen des Ventilelements überwunden
werden müssen. Die Änderung kann bedeuten, dass
das Öffnen des Ventilelements beschleunigt wird, sie kann
jedoch auch bedeuten, dass das Öffnen verzögert
wird. Bei gleicher Ansteuerdauer führt dies zu einer Verschiebung
der Ist-Einspritzdauer und damit zu einer Änderung der
eingespritzten Kraftstoffmenge. Dank des erfindungsgemäßen
Verfahrens kann ein solcher Verschleiß erkannt werden,
und die Ansteuerdauer wird automatisch angepasst. Dies ist bei dem
erfindungsgemäßen Verfahren bei allen Einspritzmengen
möglich, also auch bei großen Ansteuerdauern.
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Ferner
ist besonders bevorzugt, wenn der Zeitpunkt des Schließens
des Ventilelements bei verschiedenen Drücken und verschiedenen
Ansteuerdauern detektiert und hierdurch die Kraftstoff-Einspritzvorrichtung
kalibriert wird. Die Zeitpunkte des Schließens des Ventilelements
werden also beispielsweise bei kurzen und bei langen Ansteuerdauern
und bei unterschiedlichen Drücken, beispielsweise in einem
Kraftstoffrail, detektiert. Damit kann beispielsweise bei der Inbetriebnahme
der Brennkraftmaschine für jede Kraftstoff-Einspritzvorrichtung
eine Kennlinie bzw. ein Kennfeld erstellt werden, welches für
die Ansteuerung verwendet werden kann. Auf diese Weise können
die Anforderungen an die Fertigungstoleranzen der Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen
reduziert werden, wodurch Kosten gespart werden. Dennoch ist dank
des erfindungsgemäßen Verfahrens eine präzise
Zumessung des Kraftstoffes möglich, da durch die Kalibrierung
Exemplarstreuungen kompensiert werden können.
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Möglich
ist ferner, dass ein detektiertes Schließen des Ventilelements
für eine Funktionsdiagnose der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung
verwendet wird. Damit kann die Betriebssicherheit der Brennkraftmaschine
verbessert werden.
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Nachfolgend
werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme
auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert.
In der Zeichnung zeigen:
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1 einen
schematischen Schnitt durch eine Kraftstoff-Einspritzvorrichtung;
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2 ein
Diagramm, in dem eine an einem Piezoaktor der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung
von 1 anliegende Spannung über der Zeit aufgetragen
ist;
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3 ein
Diagramm, in dem ein Hub eines Ventilelements einer Ventileinrichtung,
mit der ein Druck in einem Steuerraum der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung
von 1 beeinflusst wird, über der Zeit aufgetragen
ist;
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4 ein
Diagramm, in dem ein Hub eines Ventilelements der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung von 1 über
der Zeit aufgetragen ist;
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5 ein
Diagramm, in dem ein Druck in einem hydraulischen Steuerraum der
Kraftstoff-Einspritzvorrichtung von 1 über
der Zeit aufgetragen ist;
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6 ein
Flussdiagramm eines Verfahrens zum Regeln einer Ansteuerdauer der
Kraftstoff-Einspritzvorrichtung von 1;
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7 ein
Flussdiagramm eines Verfahrens zum Kalibrieren der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung von 1;
und
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8 ein
Diagramm ähnlich 4 für
eine alternative Ausführungsform.
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Ein
Kraftstoff-Einspritzsystem einer Brennkraftmaschine trägt
in 1 insgesamt das Bezugszeichen 10. Es
umfasst eine Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 12, die Kraftstoff
direkt in einen ihr zugeordneten Brennraum 14 einer Brennkraftmaschine
einspritzen kann. Zu dem Kraftstoff-Einspritzsystem 10 gehört
ferner ein Kraftstoffrail 16, an welches die Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 12 in
noch näher darzustellender Art und Weise angeschlossen
ist und die von einer Kraftstoff-Fördereinrichtung 18 gespeist wird.
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Die
Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 12 umfasst ein längliches
und mehrteiliges Gehäuse 20, in dessen Innerem
ein nadelartiges Ventilelement 22 aufgenommen ist. An seinem
in 1 unteren Ende arbeitet das Ventilelement 22 mit
einem gehäuseseitigen Ventilsitz 24 zusammen.
Im Bereich des Ventilsitzes 24 sind im Gehäuse 20 mehrere
Kraftstoff-Austrittsöffnungen 26 vorhanden. Auf
das in 1 obere Ende des Ventilelements 22 ist
eine Hülse 28 aufgeschoben, die von einer Feder 30,
die sich am Ventilelement 22 abstützt, gegen eine
Gehäuseplatte 32 beaufschlagt wird. Die in 1 obere
Stirnfläche des Ventilelements 22 bildet eine
hydraulische Steuerfläche 34, die zusammen mit
der Hülse 28 und der Gehäuseplatte 32 einen
hydraulischen Steuerraum 36 begrenzt. Dieser ist über
eine Zulaufdrossel 38 mit einem Hochdruckraum 40 verbunden,
der als Ringraum zwischen dem Ventilelement 22 und dem Gehäuse 20 ausgebildet
ist und der mit dem Kraftstoffrail 16 verbunden ist. In
einem unteren Führungsbereich 42 ist das Ventilelement 22 im
Gehäuse 20 geführt. Die Fluidverbindung
des Hochdruckraums 40 mit einem in 1 unterhalb
des Führungsbereichs 42 zwischen Ventilelement 22 und
Gehäuse 22 gebildeten ringförmigen Druckraum 44 wird durch
am Ventilelement 22 angeordnete Anschliffe 46 sichergestellt.
In 1 unterhalb der Anschliffe 46 sowie im
Bereich des Ventilsitzes 24 verfügt das Ventilelement 22 über
in Öffnungsrichtung wirkende Druckflächen 48.
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In 1 oberhalb
der Gehäuseplatte 32 ist eine piezoelektrische
Ventileinrichtung 50 angeordnet. Diese umfasst einen Ventilkörper 52,
der mit einem Flachsitz (ohne Bezugszeichen) auf der Oberseite der
Gehäuseplatte 32 zusammenarbeitet. Koaxial zu
dem Ventilkörper 52 ist in der Gehäuseplatte 32 eine
Ablaufdrossel 54 vorhanden.
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Zwischen
einer oberen Endplatte 56 des Gehäuses 20 und
dem Ventilkörper 52 ist ein Piezoaktor 58 angeordnet.
Der Ventilkörper 52 wird von einer Feder 60,
die sich an der Gehäuseplatte 32 abstützt, gegen
den Piezoaktor 58 beaufschlagt. Ein Ringraum 62,
der zwischen der Ventileinrichtung 50 und dem Gehäuse 20 vorhanden
ist, ist mit einem Rücklauf 64 verbunden.
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Der
Piezoaktor
58 ist mit einer Steuer- und Regeleinrichtung
66 verbunden,
die Signale von verschiedenen Sensoren erhält, beispielsweise
von einem Drucksensor
68, der den Druck im Kraftstoffrail
16 erfasst.
Aufbau und Betrieb der in
1 dargestellten
Kraftstoff-Einspritzvorrichtung
12 sind im Detail darüber
hinaus in der
DE
10 2006 019 736 A1 beschrieben, deren Offenbarung daher
ausdrücklich auch zum Gegenstand der vorliegenden Beschreibung
gemacht wird.
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Die
Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 12 arbeitet folgendermaßen
(vgl. auch 2 bis 5):
Bei
geschlossener Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 12, wenn
also noch kein Kraftstoff in den Brennraum 14 eingespritzt
wird, befindet sich der Piezoaktor 58 zunächst
in seinem geladenen Zustand Spannung (U = U0 in 2),
in dem er den Ventilkörper 52 gegen die Gehäuseplatte 32 beaufschlagt
(Hub H52 = 0 in 3). Hierdurch
ist die Verbindung vom Steuerraum 36 über die
Ablaufdrossel 54 und den Ringraum 62 zum Rücklauf 64 unterbunden.
Im Steuerraum 36 herrscht daher aufgrund der Zulaufdrossel 38 der auch
im Hochdruckraum 40 und im Druckraum 44 herrschende
hohe Druck (Druck P36 im Steuerraum 36 =
P0 in 5) des Kraftstoffrails 16.
Die Summe der auf das Ventilelement 22 einwirkenden Kräfte, einschließlich
der an der Steuerfläche 34 aufgrund des Drucks
im Steuerraum 36 wirkenden hydraulischen Kraft, drückt
das Ventilelement 22 gegen den Ventilsitz 24 (Hub
H22 = 0 in 4).
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Wenn
Kraftstoff in den Brennraum 14 eingespritzt werden soll,
wird der Piezoaktor 58 zum Zeitpunkt t0 vollständig
entladen (Spannung U = 0 in 2). Hierdurch
verkürzt sich der Piezoaktor 58, so dass der Ventilkörper 52 zum
Zeitpunkt t0 von der Gehäuseplatte 32 abhebt,
der Hub H52 steigt also steil an. Hierdurch
kann Kraftstoff aus dem Steuerraum 36 über die
Ablaufdrossel 54 und den Ringraum 62 zum Rücklauf 64 abströmen.
Aufgrund der Abstimmung zwischen Zulaufdrossel 38 und Ablaufdrossel 54 sinkt
der Druck p36 im Steuerraum 36 (vgl. 5). Damit
reduziert sich auch die an der Steuerfläche 34 in
Schließrichtung wirkende hydraulische Kraft. Schließlich
hebt zum Zeitpunkt t1 das Ventilelement 22 vom
Ventilsitz 24 ab, der Hub H22 steigt
also an. Kraftstoff kann nun vom Hochdruckraum 40 über
den Druckraum 44 und die Kraftstoff-Austrittsöffnung 26 in
den Brennraum 14 einströmen.
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Zum
Beenden der Einspritzung wird zum Zeitpunkt t2 der
Piezoaktor 58 durch eine entsprechende Bestromung wieder
bis auf seine Nennspannung U0 geladen. Hierdurch
wird der Ventilkörper 52 wieder gegen die Gehäuseplatte 32 gedrückt,
der Hub H52 in 3 ist also
wieder gleich 0. In der Folge ist die Verbindung zwischen dem Steuerraum 36 und dem
Rücklauf 64 unterbrochen. Kraftstoff strömt über die
Zulaufdrossel 38 in den Steuerraum 36, wodurch der
Druck p36 wieder etwas ansteigt. Durch die
nun an der Steuerfläche 34 wirkende erhöhte
hydraulische Kraft wird die Öffnungsbewegung (Hub H22) beendet, das Ventilelement 22 schließt
stattdessen wieder. Zum Zeitpunkt t3 schlägt
das Ventilelement 22 auf den Ventilsitz 24 auf,
der Hub H22 ist also wieder gleich 0 und
die Einspritzung ist beendet.
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Wenn
das Ventilelement 22 auf den Ventilsitz 24 aufschlägt
und hierdurch das Abströmen von Kraftstoff schlagartig
unterbunden wird, wird eine Druckwelle erzeugt, die sich ausgehend
vom Bereich des Ventilsitzes 24 durch den Druckraum 44,
den Hochdruckraum 40 und die Zulaufdrossel 38 bis
in den Steuerraum 36 fortpflanzt. Der entsprechende Überschwinger
des im Steuerraum 36 herrschenden Drucks p36 ist
in 5 mit 70 bezeichnet. Der im Steuerraum 36 herrschende
Druck wirkt über die Ablaufdrossel 54 auch auf
den Ventilkörper 52 und folglich auch auf den
Piezoaktor 58. Eine bekannte Eigenschaft von Piezoaktoren
besteht darin, dass diese die anliegende Spannung bei konstanter
Ladung je nach auf den Piezoaktor einwirkender Kraft ändern.
Dies führt bei der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 12 dazu,
dass der Drucküberschwinger 70 im Steuerraum 36 zu
einer Änderung der am Piezoaktor 58 anliegenden
Spannung U zum Zeitpunkt t3 führt.
Der entsprechende Spannungs-Überschwinger ist in 2 mit 72 bezeichnet.
Der Piezoaktor 58 kann also als eine Art Drucksensor verwendet
werden, mit dem die im Steuerraum 36 ankommende und durch das
Schließen des Ventilelements 22 erzeugte Druckwelle
detektiert werden kann. Man erkennt aus 2 auch,
dass sich der Absolutwert U0 der am Piezoaktor 58 anliegenden
Spannung nur geringfügig ändert, jedoch ein vergleichsweise
hoher Spannungsgradient beobachtet werden kann.
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In
der Steuer- und Regeleinrichtung 66 wird daher nach dem
Laden des Piezoaktors 58 zum Zeitpunkt t2 der
Gradient der am Piezoaktor 58 anliegenden Spannung U ausgewertet,
und ein Überschreiten eines Grenzwerts durch den Gradienten
der Spannung U wird als Schließen des Ventilelements 22 gewertet.
Durch diese Auswertung kann der Zeitpunkt t3 des
Schließens des Ventilelements 22 vergleichsweise
exakt detektiert werden. Dabei erfolgt die Auswertung des Gradienten
der Spannung U lediglich in einem Zeitraum dT, der einem Zeitraum
entspricht, in dem ein Schließen des Ventilelements 22 auch
unter Berücksichtigung großzügiger Toleranzen
erwartet werden kann. Hierdurch wird die Steuer- und Regeleinrichtung 66 außerhalb
des Zeitraums dT entlastet.
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Über
die Laufzeit der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 12 kann
es zu einem Verschleiß am Ventilsitz 24 kommen.
Hierdurch ändern sich die hydraulischen Kräfte,
die beim Öffnen des Ventilelements 22 überwunden
werden müssen. Dies führt im einen Fall zu einem
früheren, im anderen Fall zu einem späteren Öffnen
des Ventilelements 22. Aufgrund von Fertigungstoleranzen
kann es außerdem zu Exemplarstreuungen, also Unterschieden
von einer Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 12 zur anderen
kommen, die einen ähnlichen Effekt wie der gerade beschriebene
Verschleiß am Ventilsitz 24 haben. Ein verfrühtes
oder verspätetes Öffnen des Ventilelements 22 führt,
bei gleicher Ansteuerdauer AD (vgl. 2) des Piezoaktors 58,
jedoch zu einer Veränderung der Einspritzdauer und damit
zu einer Änderung der eingespritzten Kraftstoffmenge.
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Der
Fall eines verspäteten Öffnens des Ventilelements 22 ist
in den 2, 4 und 5 gestrichelt
dargestellt. Man sieht aus 4, dass
das Ventilelement 22 erst zu einem Zeitpunkt t'1 öffnet, der nach dem „normalen"
bzw. Soll-Zeitpunkt t1 liegt. Aufgrund der
konstanten Öffnungsgeschwindigkeit erreicht das Ventilelement 22 zum
Zeitpunkt t2 einen etwas geringeren Maximalhub
als im Normalfall, und es trifft bereits wieder zum Zeitpunkt t'3 auf dem Ventilsitz 24 auf, wobei
t'3 zeitlich vor dem an sich gewünschten
Soll-Einspritzende t3 liegt. Entsprechend ist
die Ist-Einspritzdauer TSv bei einem verschlissenen
Ventilsitz 24 kürzer als die Soll-Einspritzdauer TSn, so dass bei der vorliegenden Ausführungsform aufgrund
des Verschleißes am Ventilsitz 24 bei konstanter
Ansteuerdauer AD die eingespritzte Ist-Kraftstoffmenge geringer
ist als die an sich gewünschte Soll-Kraftstoffmenge.
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Da,
wie oben beschrieben worden ist, das tatsächliche Schließen
des Ventilelements 22 (Ist-Einspritzende) detektiert werden
kann, kann das Ist-Einspritzende t'3 mit
dem Soll-Einspritzende t3 verglichen und
das Ist-Ansteuersignal, des Piezoaktors entsprechend korrigiert
werden. Auf diese Weise kann die Ist-Einspritzdauer TSv unter
Berücksichtigung des Ist-Einspritzendes t'3 ermittelt
und durch eine Korrektur der Ansteuerdauer AD auf eine Soll-Einspritzdauer
TSn geregelt werden. Dies wird nun unter
Bezugnahme auf 6 erläutert: Nach einem
Start in 74 wird in 76 durch Auswerten des Gradienten
der am Piezoaktor 58 anliegenden Spannung U das Ist-Einspritzende
t'3 detektiert. In 78 wird zunächst
die Differenz TDv (vgl. 2)
zwischen dem Ist-Einspritzende t'3 und dem
Ende t2 der Ansteuerung AD berechnet. In 78 wird
auch die entsprechende Differenz TDn berechnet
(vgl. 2). Schließlich wird in 78 die
Differenz zwischen den beiden berechneten Zeiträumen gebildet.
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In 80 wird
aus der gebildeten Differenz mithilfe einer Funktion die verkürzte
Ist-Einspritzdauer TSv bestimmt. Hieraus
wird in 82 eine Korrektur für das Ansteuersignal
U ermittelt, so dass bei einer nachfolgenden Betätigung
der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 12 die Ist-Einspritzdauer
TSv möglichst genau der Soll-Einspritzdauer
TSn entspricht. Das Verfahren endet in 84.
Man erkennt, dass sich das dargestellte Verfahren die Tatsache zunutze
macht, dass das Zeitintervall zwischen dem Laden des Piezoaktors 58 zum
Zeitpunkt t2 und der Detektion der einlaufenden Druckwelle
zum Zeitpunkt t3 bzw. t'3 ein
charakteristisches Maß für die Schließzeit
der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 12 bzw. deren Ventilelement 22 ist,
und dass dieses Zeitintervall gemessen werden kann. Die Schließzeit
ist wiederum jene Zeitspanne, die die Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 12 vom
Zeitpunkt t2 der Bestromung des Piezoaktors 58 bis
zum Einspritzende t3 bzw. t'3 benötigt.
Da bei einer hubgesteuerten Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 12,
wie sie vorliegend gezeigt ist, die Änderung der Einspritzdauer
direkt proportional zur Änderung der Schließzeit
ist, kann über die Detektion der verschleißbedingten Änderung
der Schließzeit die Einspritzmenge korrigiert werden.
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Die
Detektion des Ist-Einspritzendes kann auch zu einer Kalibrierung
der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 12 beispielsweise bei
der Inbetriebnahme oder bei einer Wartung verwendet werden. Hierdurch können
durch Fertigungstoleranzen verursachte Exemplarstreuungen kompensiert
werden. Dies wird nun unter Bezugnahme auf 7 erläutert:
Nach einem Start in 86 wird die Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 12 in 88 bei
verschiedenen Drücken im Kraftstoffrail 16 und
bei kurzen und langen Ansteuerdauern des Piezoaktors 58 betrieben.
In 90 werden die zugehörigen Ist-Einspritzenden
detektiert und hieraus in 92 Wertetripel gebildet, welche
den Druck im Kraftstoffrail 16, die Ansteuerdauer des Piezoaktors 58 und
die auf der Basis des detektierten Ist-Einspritzendes ermittelte
eingespritzte Kraftstoffmenge miteinander verknüpfen. Aus
den Wertetripeln wird in 92 ein entsprechendes Kennfeld
gebildet, welches in einem nachfolgenden Zeitraum für die
Ansteuerung der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 12 verwendet
werden kann. Das Verfahren endet in 94.
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In 4 war
ein besonders einfacher Fall einer Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 12 dargestellt
worden, bei welcher die Geschwindigkeit des Ventilelements 22 beim Öffnen
und beim Schließen identisch ist. Die Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 12 kann
jedoch auch so abgestimmt werden, dass die Geschwindigkeit des Ventilelements 22 beim Öffnen
sehr groß, jedenfalls deutlich größer
ist als beim Schließen. Hierdurch werden Toleranzen für
den Einspritzbeginn reduziert. Die Gesamt-Einspritzdauer lässt
sich in einem solchen Fall recht genau aus der Schließdauer des
Ventilelements 22 bestimmen. Die detektierte Schließdauer-Differenz
TDn – TDv ist
dann äquivalent zu der Änderung TSn – TSv der Einspritzdauer. Dies ist in 8 für
die Soll-Einspritzdauer TS und die Soll-Schließdauer TD
des Ventilelements 22 beispielhaft aufgetragen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102006019736
A1 [0002, 0026]