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WO2011154124A1 - Verfahren und vorrichtung zum betreiben eines einspritzventils - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum betreiben eines einspritzventils Download PDF

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WO2011154124A1
WO2011154124A1 PCT/EP2011/002787 EP2011002787W WO2011154124A1 WO 2011154124 A1 WO2011154124 A1 WO 2011154124A1 EP 2011002787 W EP2011002787 W EP 2011002787W WO 2011154124 A1 WO2011154124 A1 WO 2011154124A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
operating
phase
state actuator
nozzle needle
solid state
Prior art date
Application number
PCT/EP2011/002787
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Anselm Schwarte
Peter Matthias Russe
Nicolas Nozeran
Original Assignee
Continental Automotive Gmbh
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Filing date
Publication date
Application filed by Continental Automotive Gmbh filed Critical Continental Automotive Gmbh
Priority to US13/702,095 priority Critical patent/US9086028B2/en
Priority to CN201180028443.6A priority patent/CN103154480B/zh
Priority to KR1020137000282A priority patent/KR101797004B1/ko
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
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Definitions

  • the invention relates to a method and a device for operating an injection valve, which is used in particular for metering fluid and in particular of fuel.
  • the object on which the invention is based is to provide a method and a device for operating an injection valve, which enables a precise metering of fluid through the injection valve.
  • the object is solved by the features of the independent claims.
  • Advantageous embodiments are characterized in the subclaims.
  • the invention is characterized by a method and a device for operating an injection valve with a nozzle needle, which prevents a metering of fluid in a closed position and otherwise releases the metering of fluid.
  • the injection valve has a solid-state actuator, which is designed to act on the nozzle needle and to influence its position. For a closing operation of the nozzle needle in a first operating mode, first to third operating phases are carried out. During the first phase of operation of the solid state actuator is discharged to a predetermined partial charge.
  • the solid state actuator is operated as a sensor and that for detecting a reaching the closed position of the nozzle needle, for which purpose in particular a signal of the solid state actuator is suitably evaluated.
  • the operating time of the second operating phase is predetermined such that the closing position of the nozzle needle is reached during the operating period.
  • a third operating phase is carried out during which the solid state actuator is discharged to a predetermined reference state, in particular a predetermined reference charge.
  • the first and second operating phases are carried out, while the third operating phase is omitted.
  • the first operating phase is carried out for the closing process in a third operating state, while the second and third operating phases are omitted. In this way, then in the third operating mode, a further reduced Zumesspause between two successive metering of fluid he will be enough.
  • changes between the individual operating modes are carried out depending on a desired metering interval between successive fluid meterings.
  • the individual operating modes can be used in a particularly targeted manner and thus, depending on the desired metering pause, the most favorable possible metering, in particular precise metering of fluid, can take place.
  • the change between the individual operating modes can also be dependent on a further operating variable.
  • a residual charge amount is estimated at the end of the closing operation by means of a charge observer.
  • a charging time duration of the solid-state actuator is adapted in a subsequent opening operation as a function of the estimated residual charge quantity, which may also be a measured residual charge quantity.
  • the charging time duration of the solid-body actuator can alternatively or additionally be adapted in a subsequent opening operation as a function of a determined residual voltage. In this way, especially in the second
  • a regulation of the electrical energy to be supplied to the solid-state actuator is adapted as a function of the estimated residual charge quantity and / or the determined residual voltage. In this way too, especially in the second and / or third operating mode, a particularly precise metering of fluid can take place particularly favorably.
  • the adjustment of the regulation of the electrical energy to be supplied to the solid-state actuator is carried out by means of adaptation of a profile of a current setpoint for the solid-state actuator. This also makes a favorable contribution can be made, especially in the second and / or third mode of operation to perform a very precise metering of fluid.
  • a drive duration which extends from a start of charging to a start of discharge of the solid-state actuator, is adjusted as a function of the estimated residual charge quantity.
  • a control start which represents the beginning of the loading of the solid-state actuator, is adjusted as a function of the estimated residual charge quantity.
  • a needle closing time period and / or a needle opening time period adapted depending on the estimated residual charge quantity and / or the determined residual voltage.
  • FIG. 2 shows signal curves during operation of the injection valve in a first operating mode
  • FIG. 3 shows further signal curves in the operation of the injection valve in the first operating mode
  • FIG. 4 shows signal curves during an operation of the injection valve in the second operating mode
  • FIG. 5 shows signal curves during operation of the injection valve in the third operating mode
  • FIG. 6 shows a state transition diagram of a state machine division division.
  • An injection valve has an injector housing 1 (FIG. 1), to which an adapter plate 2, a nozzle body 4 and a nozzle retaining nut 6 are also assigned.
  • the nozzle retaining nut couples the adapter plate 2 and the nozzle body 4 to the injector housing 1.
  • the adapter plate 2 and / or the nozzle body 4 may be formed integrally with the injector housing 1.
  • the injector housing 1 further has a fluid inlet 8, which is hydraulically coupled to a fluid supply, which includes, for example, a fluid high pressure accumulator.
  • a fluid supply which includes, for example, a fluid high pressure accumulator.
  • a nozzle needle 12 is arranged in a recess 10 of the nozzle body 4.
  • a nozzle needle 12 is arranged in the nozzle body 4 in the nozzle body 4 at least one injection hole 14 is further formed, which penetrates from the recess 10 from the nozzle body 4 to the outside.
  • the injection valve comprises a transmission arrangement 16 which comprises a lever and / or a stroke reversal and via which the nozzle needle 12 can be mechanically coupled to a solid-state actuator 18.
  • the solid state actuator 18 is formed, for example, as a piezoelectric actuator. However, it can also be designed as any other known to those skilled in the art for such purposes solid state actuator, such as a magnetostrictive actuator.
  • an electrical connection 20 is provided, via which the injection valve can be electrically conductively coupled to a control device 22.
  • the control device 22 is designed to generate at least one actuating signal depending on at least one operating variable, which is provided, for example, for actuating the injection valve.
  • Operating variables in this context include any measured variables or variables derived therefrom.
  • the control device 22 includes a charge observer 24 configured to estimate an amount of remaining charge at one end of a closing operation of the nozzle needle toward its closing position.
  • the solid-state actuator 18 is first supplied with electrical energy by supplying a predetermined charge.
  • the injection valve For a closing operation of the nozzle needle 12, during which it moves from a position outside the closed position back to its closed position, the injection valve can be operated in different operating modes.
  • a first operating mode BMI is explained in more detail with reference to FIG.
  • a first operating phase BP1 of the first operating mode the solid state actuator is at a predetermined Unload partial load.
  • three signal curves are shown, namely curves of a detected voltage U_AV falling across the solid state actuator 18, a detected current I_AV, with which the solid state actuator 18 is fed, and a detected fluid metering rate ROI of fluid, which is metered by means of the injection valve.
  • the curves of the detected voltage U_AV, the detected current I_AV and the fluid metering rate ROI are plotted over the time t.
  • the solid-state actuator 18 is operated as a sensor.
  • the operating time of the second operating phase BP2 is predetermined such that the closing position of the nozzle needle 12 is reached during the operating period.
  • a third operating phase BP3 is performed during which the solid state actuator 18 is further discharged to a predetermined reference state, in particular to a predetermined reference charge.
  • the predetermined reference charge corresponds, for example, to a completely discharged solid-state actuator and thus has a voltage drop across the solid-state actuator of, for example, 0 V.
  • the partial charge is, for example, predetermined so that 18 to 20 V voltage drop across the solid body actuator.
  • a charging period T_CHA is shown in FIG.
  • a control start SOI and a drive end EOI is shown.
  • a drive time is designated T_I.
  • An actual metering rate has a value of 0 from reaching the closed position to the end of the electro-hydraulic delay period T EH.
  • a Nadelötechnischszeitdauer extends from the control start SOI to a detection of reaching a pre ⁇ given open position of the nozzle needle 12.
  • a Nadelsch thoroughlyzeitdauer extends from the An horrende EOI to the detection of reaching the closed position of the nozzle needle 12th
  • the operating phase 2 is given for example in about 80 before ⁇ and the operating phase 3 is provided, for example, in about 100 s.
  • the electro-hydraulic delay time T_EH is for example about 150 times.
  • FIG. 3 shows further exemplary signal curves of the detected voltage U_AV, the detected current I_AV, the detected metering rate ROI and a detected capacitance Capa of the solid-state actuator 18 in the first operating mode BMI plotted over the time t.
  • FIG. 4 illustrates corresponding courses during operation of the injection valve in a second operating mode BM2.
  • FIG. 5 shows corresponding curves plotted over time t during operation of the injection valve in the third operating mode BM3.
  • the first operating phase BP1 and subsequently the second operating phase BP2 are carried out, while the third operating phase is omitted.
  • the minimum possible metering interval between two successive meterings of fluid is reduced compared to the first operating mode BMI.
  • the second operating mode BM2 a small residual charge remains in the solid stateischenaktuator 18.
  • the residual charge in particular, the electro-hydraulic delay time T_EH is shortened.
  • the first operation phase BP1 is performed, while the second and third operation phases BP2, BP3 are omitted. In this way, the minimum Zumesspause is further reduced.
  • the second operating phase BP2 is then also omitted, and so also waives operation of the Fest stressesaktuators as a sensor with a corresponding detection of the impact of the nozzle needle 12 to its closed position.
  • the solid state actuator can be discharged to a partial charge which is increased in comparison with the second and / or first operating mode BM2, BMI. This also contributes to a further shortening of the electro-hydraulic delay time T_EH.
  • the various operating modes BMI to BM3 are preferably controlled by means of a state machine, which is illustrated with reference to FIG. 3 and which is preferably in the form of a program in the control device 22 which is stored in a memory of the control device 22 and during operation, for example, in one corresponding microprocessor of the control device 22 is processed.
  • a state machine which is illustrated with reference to FIG. 3 and which is preferably in the form of a program in the control device 22 which is stored in a memory of the control device 22 and during operation, for example, in one corresponding microprocessor of the control device 22 is processed.
  • a state transition from the first operating mode BMI to the second operating mode occurs when a condition Cl is satisfied.
  • a transition from the second operating mode to the first operating mode BMI takes place when a second condition C2 is fulfilled.
  • a state transition from the second operating mode BM2 into the third operating mode BM3 takes place when a condition C3 is fulfilled.
  • a state transition from the third Operating mode in the second operating mode BM2 occurs when a fourth condition C4 is met.
  • a state transition from the first mode of operation BMI directly to the third mode of operation occurs when a fifth condition C5 is met.
  • a state transition from the third operational transition BM3 to the first operating mode BMI occurs when a sixth condition C6 is met.
  • the conditions Cl to C6 are selected so that in the next higher operating mode, so for example, from the first operating mode BMI in the second operating mode BM2 is switched, if the desired Zumesspause requires. In this case, it may be necessary, for example, to fulfill the condition Cl, that the desired metering pause is smaller than a predefined first threshold value. In the case of the second condition C2, it can be provided that this is fulfilled depending on whether the desired metering pause is greater than the first threshold value plus a predetermined hysteresis value. Accordingly, therefore, the conditions C3 to C6 can be configured.
  • a compensation of the charging time T_CHA of the solid-state actuator 18 and / or a regulation of the electrical energy to be supplied to the solid-state actuator 18 and / or the regulation of the electrical energy to be supplied to the solid-state actuator 18 is preferably effected by means of the charge observer 24 estimated by the charge observer 24 at the end of the closing process Adjusting a course of a current setpoint for the solid state actuator 18 and / or the actuation duration and / or the actuation start SOI and / or a needle flight time and / or a needle opening duration.
  • Main injection and possibly also one or more post-injections may preferably also be dependent on one or more operating variables.

Landscapes

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Abstract

Ein Einspritzventil hat eine Düsennadel, die in einer Schließposition ein Zumessen von Fluid unterbindet und ansonsten das Zumessen von Fluid frei gibt. Das Einspritzventil hat ferner einen Festkörperaktuator, der dazu ausgebildet ist auf die Düsennadel einzuwirken und ihre Position zu beeinflussen. Für einen Schließvorgang der Düsennadel in einem ersten Betriebsmodus (BMI) wird eine erste Betriebsphase durchgeführt, während der der Festkörperaktuator auf eine vorgegebene Teilladung entladen wird. Ferner wird eine zweite Betriebsphase durchgeführt, während der der Festkörperaktuator als Sensor betrieben wird. Eine Betriebsdauer der zweiten Betriebsphase ist derart vorgegeben, dass während der Betriebsdauer ein Erreichen der Schließposition der Düsennadel erfolgt. Eine dritte Betriebsphase wird durchgeführt, während der der Festkörperaktuator auf einen vorgegebenen Referenzzustand weiter entladen wird. In einem zweiten Betriebsmodus werden die erste und zweite Betriebsphase durchgeführt und die dritte Betriebsphase ausgelassen.

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines Einspritzven
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben eines Einspritzventils, das insbesondere eingesetzt wird zum Zumessen von Fluid und zwar insbesondere von Kraft- stoff .
Immer strengere gesetzliche Vorschriften bezüglich der zuläs¬ sigen Schadstoff-Emissionen von Brennkraftmaschinen, die in Kraftfahrzeugen angeordnet sind, machen es erforderlich, diverse Maßnahmen vorzunehmen, durch die die Schadstoff- Emissionen gesenkt werden können. Ein Ansatzpunkt hierbei ist, die während des Verbrennungsprozesses des Luft- /Kraftstoff-Gemisches erzeugten Schadstoff-Emissionen zu senken. In diesem Zusammenhang ist ein äußerst präzises Zumessen von Kraftstoff vorteilhaft.
Ferner ist in diesem Zusammenhang auch vorteilhaft, wenn zumindest in bestimmten Betriebszuständen Mehrfacheinspritzungen während eines Arbeitszyklusses erfolgen.
Die Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, ist, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben eines Einspritzventils zu schaffen, die beziehungsweise das ein präzises Zumessen von Fluid durch das Einspritzventil ermöglicht.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Die Erfindung zeichnet sich aus durch ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben eines Einspritzventils mit einer Düsennadel, die in einer Schließposition ein Zumessen von Fluid unterbindet und ansonsten das Zumessen von Fluid frei- gibt. Ferner weist das Einspritzventil einen Festkörperaktuator auf, der dazu ausgebildet ist, auf die Düsennadel einzuwirken und ihre Position zu beeinflussen. Für einen Schließvorgang der Düsennadel in einem ersten Betriebsmodus werden erste bis dritte Betriebsphasen durchgeführt. Während der ersten Betriebsphase wird der Festkörperaktuator auf eine vorgegebene Teilladung entladen. Während der zweiten Betriebsphase wird der Festkörperaktuator als Sensor betrieben und zwar zum Detektieren eines Erreichens der Schließposition der Düsennadel, wobei dazu insbesondere ein Signal des Fest- körperaktuators geeignet ausgewertet wird. Die Betriebsdauer der zweiten Betriebsphase ist derart vorgegeben, dass während der Betriebsdauer ein Erreichen der Schließposition der Düsennadel erfolgt. Eine dritte Betriebsphase wird durchgeführt, während der der Festkörperaktuator auf einen vorgege- benen Referenzzustand, insbesondere eine vorgegebene Referenzladung weiter, entladen wird.
Für den Schließvorgang der Düsennadel in einem zweiten Betriebsmodus werden die erste und zweite Betriebsphase durch- geführt, während die dritte Betriebsphase ausgelassen wird.
Auf diese Weise kann in dem ersten Betriebsmodus ein äußerst präzises Zumessen des Fluids erfolgen und andererseits in dem zweiten Betriebsmodus eine sehr kurze Zumesspause zwischen zwei aufeinanderfolgenden Fluidzumessungen realisiert werden. Eine derartig kurze Zumesspause ist insbesondere im Falle von Mehrfachzumessungen von Fluid kurz hintereinander, so beispielsweise innerhalb eines Arbeitszyklusses einer Brennkraftmaschine vorteilhaft im Hinblick auf einer Verringerung der durch die Verbrennung erzeugten Schadstoff-Emissionen und kann auch die Möglichkeit bieten, einen Zylinderdruckverlauf günstig zu beeinflussen und ein Verbrennungsgeräusch gering zu halten.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung wird für den Schlie Vorgang in einem dritten Betriebszustand die erste Betriebs phase durchgeführt, während die zweite und dritte Betriebsphase ausgelassen werden. Auf diese Weise kann dann in dem dritten Betriebsmodus eine nochmals reduzierte Zumesspause zwischen zwei aufeinanderfolgenden Zumessungen von Fluid er reicht werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung werden Wechsel zwischen den einzelnen Betriebsmodi abhängig von einer gewünschten Zumesspause zwischen aufeinanderfolgenden Fluidzumessun- gen durchgeführt. Auf diese Weise können die einzelnen Betriebsmodi besonders gezielt eingesetzt werden und somit je nach gewünschter Zumesspause eine möglichst günstige Zumes- sung insbesondere präzise Zumessung von Fluid erfolgen. Ferner kann der Wechsel zwischen den einzelnen Betriebsmodi auch abhängig von einer weiteren Betriebsgröße sein.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird eine Restladungsmenge zu dem Ende des Schließvorgangs mittels eines Ladungsbeobachters geschätzt.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird eine Ladezeitdauer des Festkörperaktuators in einem nachfolgenden Öffnungsvorgang abhängig von der geschätzten Restladungsmenge angepasst, die auch eine gemessene Restladungsmenge sein kann. Die Ladezeitdauer des Festkörperaktuators kann alternativ oder zusätzlich in einem nachfolgenden Öffnungsvorgang abhängig von einer ermittelten Restspannung angepasst werden. Auf diese Weise kann insbesondere auch in dem zweiten
und/oder dritten Betriebsmodus ein besonders präzises Zumessen von Fluid erfolgen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird eine Regelung der dem Festkörperaktuator zuzuführenden elektrischen Energie abhängig von der geschätzten Restladungsmenge und/oder der ermittelten Restspannung angepasst. Auch auf diese Weise kann besonders günstig insbesondere im zweiten und/oder dritten Betriebsmodus auch ein besonders präzises Zumessen von Fluid erfolgen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird das Anpassen der Regelung der dem Festkörperaktuator zuzuführenden elektrischen Energie mittels Anpassen eines Verlaufs eines Stromsollwertes für den Festkörperaktuator durchgeführt. Auch dadurch kann günstig ein Beitrag geleistet werden, insbesondere auch in dem zweiten und/oder dritten Betriebsmodus ein sehr präzises Zumessen von Fluid durchzuführen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird eine Ansteuerdauer, die sich von einem Beginn des Ladens bis zu einem Beginn des Entladens des Festkörperaktuators erstreckt, abhängig von der geschätzten Restladungsmenge angepasst.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird ein Ansteuerbeginn, der den Beginn des Ladens des Festkörperaktuators repräsentiert, abhängig von der geschätzten Restladungsmenge angepasst.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird eine Nadelschließzeitdauer und/oder eine Nadelöffnungszeitdauer abhängig von der geschätzten Restladungsmenge und/oder der ermittelten Restspannung angepasst.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 ein Einspritzventil mit einer Steuervorrichtung,
Figur 2 Signalverläufe bei Betrieb des Einspritzventils in einem ersten Betriebsmodus,
Figur 3 weitere Signalverläufe bei dem Betrieb des Ein- spritzventils in dem ersten Betriebsmodus,
Figur 4 Signalverläufe bei einem Betrieb des Einspritzventils in dem zweiten Betriebsmodus,
Figur 5 Signalverläufe bei einem Betrieb des Einspritzventils in dem dritten Betriebsmodus und
Figur 6 ein Zustandsübergangsdiagramm einer Zustandsautoma- tendarsteilung .
Ein Einspritzventil weist ein Injektorgehäuse 1 (Figur 1) auf, dem ferner eine Adapterplatte 2, ein Düsenkörper 4 und eine Düsenspannmutter 6 zugeordnet sind. Die Düsenspannmutter koppelt die Adapterplatte 2 und den Düsenkörper 4 mit dem Injektorgehäuse 1. Grundsätzlich kann auch die Adapterplatte 2 und/oder der Düsenkörper 4 einstückig mit dem Injektorgehäuse 1 ausgebildet sein.
Das Injektorgehäuse 1 weist ferner einen Fluideinlass 8 auf, der hydraulisch gekoppelt ist mit einer Fluidzuführung, die beispielsweise einen Fluidhochdruckspeicher umfasst. In einer Ausnehmung 10 des Düsenkörpers 4 ist eine Düsennadel 12 angeordnet. In dem Düsenkörper 4 ist ferner mindestens ein Einspritzloch 14 ausgebildet, das von der Ausnehmung 10 aus den Düsenkörper 4 nach außen durchdringt.
Darüber hinaus umfasst das Einspritzventil eine Übertragungsanordnung 16, die einen Hebel und/oder eine Hubumkehr umfasst und über die die Düsennadel 12 mit einem Festkörperaktuator 18 mechanisch koppelbar ist.
Der Festkörperaktuator 18 ist beispielsweise als ein piezoelektrischer Aktuator ausgebildet. Er kann jedoch auch als ein beliebiger anderer dem zuständigen Fachmann für derartige Zwecke bekannter Festkörperaktuator, wie beispielsweise ein magnetostriktiver Aktuator ausgebildet sein.
Ferner ist ein elektrischer Anschluss 20 vorgesehen, über den das Einspritzventil elektrisch leitend koppelbar ist mit ei- ner Steuervorrichtung 22.
Die Steuervorrichtung 22 ist ausgebildet abhängig von zumindest einer Betriebsgröße zumindest ein Stellsignal zu erzeugen, das beispielsweise vorgesehen ist zum Ansteuern des Ein- spritzventils. Betriebsgrößen umfassen in diesem Zusammenhang beliebige Messgrößen oder auch von diesen abgeleitete Größen. Ferner umfasst die Steuervorrichtung 22 einen Ladungsbeobachter 24, der ausgebildet ist, eine Restladungsmenge zu schätzen zu einem Ende eines Schließvorgangs der Düsennadel hin zu ihrer Schließposition.
In einer Schließposition der Düsennadel 12 unterbindet diese ein Zumessen von Fluid durch das mindestens eine Einspritzloch. Außerhalb der Schließposition der Düsennadel 12, also wenn die Düsennadel sich in axialer Richtung entlang der Längsachse des Einspritzventils in einer zu ihrer Schließposition in der Zeichnungsebene nach oben veränderten Position befindet, ergibt sie das Zumessen von Fluid frei. Zum Durchführen einer Fluidzumessung wird dem Festkörperaktuator 18 zunächst elektrische Energie zugeführt und zwar durch Zuführen einer vorgegebenen Ladung.
Dies hat zur Folge, dass sich der Festkörperaktuator 18 längt in axialer Richtung und diese Längung über die Übertragungsanordnung 16 auf die Düsennadel 12 übertragen wird. Auf diese Weise wird somit eine Kraft auf die Düsennadel 12 ausgeübt, die so auf die Düsennadel einwirkt, dass ohne weitere auf sie einwirkende Kräfte die Düsennadel 12 sich aus ihrer Schließposition herausbewegt. Auf die Düsennadel wirken ferner insbesondere eine Federkraft einer Rückstellfeder ein und auch durch den Fluiddruck des Fluids in der Ausnehmung 10 hervorgerufenen hydraulischen Kräfte ein. Abhängig von der Kräftebilanz der auf sie einwirkenden Kräfte erfolgt somit dann eine Bewegung der Düsennadel 12 heraus aus ihrer Schließposition. Allerdings muss zum Herausbewegen der Düsennadel auch noch ihre Trägheitskraft überwunden werden, so dass sich daraus eine sogenannte elektro-hydraulische Verzögerungszeitdauer T_EH ergibt, bis sich die Düsennadel 12 tatsächlich aus ihrer Schließposition herausbewegt.
Für einen Schließvorgang der Düsennadel 12, während dessen sie sich von einer Position außerhalb der Schließposition zurück in ihre Schließposition bewegt, kann das Einspritzventil in verschiedenen Betriebsmodi betrieben werden.
Anhand der Figur 2 ist ein erster Betriebsmodus BMI näher erläutert. In einer ersten Betriebsphase BP1 des ersten Betriebsmodus wird der Festkörperaktuator auf eine vorgegebene Teilladung entladen. In der Figur 2 sind drei Signalverläufe dargestellt und zwar Verläufe einer erfassten Spannung U_AV, die über den Festkörperaktuator 18 abfällt, ein erfasster Strom I_AV, mit dem der Festkörperaktuator 18 gespeist wird und eine erfasste Fluidzumessrate ROI von Fluid, das mittels des Einspritzventils zugemessen wird. Die Verläufe der erfassten Spannung U_AV, des erfassten Stroms I_AV und der Fluidzumessrate ROI sind aufgetragen über der Zeit t. In einer zweiten Betriebsphase BP2 wird der Festkörperaktuator 18 als Sensor betrieben. Die Betriebsdauer der zweiten Betriebsphase BP2 ist derart vorgegeben, dass während der Betriebsdauer ein Erreichen der Schließposition der Düsennadel 12 erfolgt.
Eine dritte Betriebsphase BP3 wird durchgeführt, während der der Festkörperaktuator 18 auf einen vorgegebenen Referenzzustand, insbesondere auf eine vorgegebene Referenzladung, weiter entladen wird. Die vorgegebene Referenzladung entspricht beispielsweise einem vollständig entladenen Festkörperaktuator und hat somit einen Spannungsabfall an dem Festkörperaktuator von beispielsweise 0 V zur Folge. Die Teilladung ist beispielsweise so vorgegeben, dass an dem Festkörperaktuator 18 bis 20 V Spannung abfallen.
Ferner ist in der Figur 2 die elektro-hydraulische Verzögerungszeitdauer T_EH dargestellt.
Ferner ist eine Ladezeitdauer T_CHA in der Figur 2 darges- teilt. Darüber hinaus ist ein Ansteuerbeginn SOI und ein Ansteuerende EOI dargestellt. Eine Ansteuerdauer ist mit T_I bezeichnet. Eine tatsächliche Zumessrate weist von dem Erreichen der Schließposition bis zu dem Ende der elektrohydrauli- schen Verzögerungszeitdauer T EH einen Wert von 0 auf. Eine Nadelöffnungszeitdauer erstreckt sich von dem Ansteuerbeginn SOI bis zu einer Detektion eines Erreichens einer vor¬ gegebenen Offenposition der Düsennadel 12. Eine Nadelschließzeitdauer erstreckt sich von dem Ansteuerende EOI bis zu der Detektion eines Erreichens der Schließposition der Düsennadel 12.
Die Betriebsphase 2 ist beispielsweise mit in etwa 80 vor¬ gegeben und die Betriebsphase 3 ist beispielsweise mit in etwa 100 s vorgesehen. Die elektrohydraulische Verzögerungszeitdauer T_EH beträgt beispielsweise in etwa 150 ]is . Dies hat zur Folge, dass in dem ersten Betriebsmodus BMI minimal eine Zumesspause von den etwa 330 erreichbar ist.
Anhand der Figur 3 sind weitere beispielhafte Signalverläufe der erfassten Spannung U_AV, des erfassten Stroms I_AV, der erfassten Zumessrate ROI und einer erfassten Kapazität Capa des Festkörperaktuators 18 in dem ersten Betriebsmodus BMI aufgetragen über die Zeit t dargestellt. In der Figur 4 sind entsprechende Verläufe bei einem Betrieb des Einspritzventils in einem zweiten Betriebsmodus BM2 dargestellt. In der Figur 5 sind entsprechende Verläufe aufgetragen über die Zeit t bei einem Betrieb des Einspritzventils in dem dritten Betriebsmodus BM3 dargestellt.
Im Gegensatz zu dem ersten Betriebsmodus BMI wird in dem zweiten Betriebsmodus BM2 die erste Betriebsphase BP1 und nachfolgend die zweite Betriebsphase BP2 durchgeführt, während die dritte Betriebsphase ausgelassen wird. Auf diese Weise ist die minimal mögliche Zumesspause zwischen zwei aufeinanderfolgenden Zumessungen von Fluid reduziert im Vergleich zu dem ersten Betriebsmodus BMI. In dem zweiten Betriebsmodus BM2 verbleibt eine kleine Restladung in dem Fest- körperaktuator 18. Durch die Restladung wird insbesondere auch die elektrohydraulische Verzugszeitdauer T_EH verkürzt.
In dem dritten Betriebsmodus BM3 wird die erste Betriebsphase BP1 durchgeführt, während die zweite und dritte Betriebsphase BP2, BP3 ausgelassen werden. Auf diese Weise ist die minimale Zumesspause weiter reduziert. In dem dritten Betriebsmodus B 3 wird dann auch die zweite Betriebsphase BP2 ausgelassen und so auch auf einen Betrieb des Festkörperaktuators als Sensor mit entsprechender Detektion des Auftreffens der Düsennadel 12 auf ihre Schließposition verzichtet.
In diesem Zusammenhang kann auch in dem dritten Betriebsmodus in der ersten Betriebsphase der Festkörperaktuator auf eine im Vergleich zu dem zweiten und/oder ersten Betriebsmodus BM2, BMI erhöhte Teilladung entladen werden. Auch dies trägt zu einer weiteren Verkürzung der elektrohydraulischen Verzugszeitdauer T_EH bei.
Die verschiedenen Betriebsmodi BMI bis BM3 werden bevorzugt mittels eines Zustandsautomaten gesteuert, der anhand der Figur 3 dargestellt ist und der bevorzugt in Form eines Programms in der Steuervorrichtung 22 ausgebildet ist, das in einem Speicher der Steuervorrichtung 22 gespeichert ist und während des Betriebs beispielsweise in einem entsprechenden Mikroprozessor der Steuervorrichtung 22 abgearbeitet wird.
Ein Zustandsübergang von dem ersten Betriebsmodus BMI in den zweiten Betriebsmodus erfolgt, wenn eine Bedingung Cl erfüllt ist. Ein Übergang von dem zweiten Betriebsmodus in den ersten Betriebsmodus BMI erfolgt, wenn eine zweite Bedingung C2 erfüllt ist. Ein Zustandsübergang von dem zweiten Betriebsmodus BM2 in den dritten Betriebsmodus BM3 erfolgt, wenn eine Bedingung C3 erfüllt ist. Ein Zustandsübergang von dem dritten Betriebsmodus in den zweiten Betriebsmodus BM2 erfolgt, wenn eine vierte Bedingung C4 erfüllt ist. Ein Zustandsübergang von dem ersten Betriebsmodus BMI direkt in den dritten Betriebsmodus erfolgt, wenn eine fünfte Bedingung C5 erfüllt ist. Ein Zustandsübergang von dem dritten Betriebsübergang BM3 in den ersten Betriebsmodus BMI erfolgt, wenn eine sechste Bedingung C6 erfüllt ist. Die Bedingungen Cl bis C6 sind so gewählt, dass in den nächst höheren Betriebsmodus, also beispielsweise von dem ersten Betriebsmodus BMI in den zwei- ten Betriebsmodus BM2 umgeschaltet wird, wenn die gewünschte Zumesspause dies erfordert. Dabei kann beispielsweise für eine Erfüllung der Bedinungung Cl erforderlich sein, dass die gewünschte Zumesspause kleiner ist als ein vorgegebener erster Schwellenwert. Bei der zweiten Bedingung C2 kann vorgese- hen sein, dass diese erfüllt ist abhängig davon, ob die gewünschte Zumesspause größer ist als der erste Schwellenwert zuzüglich eines vorgegebenen Hysteresewertes. Entsprechend können daher die Bedingungen C3 bis C6 ausgestaltet sein. Bevorzugt erfolgt abhängig von der mittels des Ladungsbeobachters 24 geschätzten Restladungsmenge zu dem Ende des Schließvorgangs dann eine Kompensation der Ladezeitdauer T_CHA des Festkörperaktuators 18 und/oder einer Regelung der dem Festkörperaktuator 18 zuzuführenden elektrischen Energie und/oder der Regelung der dem Festkörperaktuator 18 zuzuführenden elektrischen Energie mittels Anpassen eines Verlaufs eines Stromsollwertes für den Festkörperaktuator 18 und/oder der Ansteuerdauer und/oder des Ansteuerbeginn SOI und/oder einer Nadelflugzeit und/oder einer Nadelöffnungsdauer. Auf diese Weise kann insbesondere in dem zweiten Betriebsmodus
BM2 und auch dem dritten Betriebsmodus BM3 eine Mengenstabilität trotz noch vorhandener Teilladung erreicht werden. Durch das Auslassen der dritten Betriebsphase BP3 wird insbesondere die elektrohydraulische Verzugszeitdauer T_EH verkürzt. Das mehrfache Zumessen von Fluid innerhalb eines Ar- beitszyklusses einer Brennkraftmaschine erfolgt beispielswei- se mittels einer oder mehrerer Voreinspritzungen und einer
Haupteinspritzung und gegebenenfalls auch einer oder mehrerer Nacheinspritzungen. Die oben aufgeführten Kompensationsfunktionen können bevorzugt auch abhängig sein von einer oder mehreren Betriebsgrößen.

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Einspritzventils mit
- einer Düsennadel (12), die in einer Schließposition ein Zumessen von Fluid unterbindet und ansonsten das Zu messen von Fluid frei gibt,
- einem Festkörperaktuator (18), der dazu ausgebildet ist, auf die Düsennadel (12) einzuwirken und ihre Position zu beeinflussen,
wobei für einen Schließvorgang der Düsennadel (12) in einem ersten Betriebsmodus (BMI)
- eine erste Betriebsphase (BP1) durchgeführt wird, wäh rend der der Festkörperaktuator (18) auf eine vorgegebe ne Teilladung entladen wird,
- eine zweite Betriebsphase (BP2) durchgeführt wird, während der der Festkörperaktuator (18) als Sensor betrieben wird, deren Betriebsdauer derart vorgegeben ist dass während der Betriebsdauer ein Erreichen der
Schließposition der Düsennadel (12) erfolgt,
- eine dritte Betriebsphase (BP3) durchgeführt wird, während der der Festkörperaktuator (18) auf einen vorge gebenen Referenzzustand weiter entladen wird,
wobei für den Schließvorgang in einem zweiten Betriebsmodus (BM2)
- die erste Betriebsphase (BP1) durchgeführt wird,
- die zweite Betriebsphase (BP2) durchgeführt wird und
- die dritte Betriebsphase (BP3) ausgelassen wird.
Verfahren nach Anspruch 1,
bei dem für den Schließvorgang in einem dritten Betriebsmodus (BM-3)
- die erste Betriebsphase (BP1) durchgeführt wird,
- die zweite Betriebsphase (BP2) ausgelassen wird und
- die dritte Betriebsphase (BP3) ausgelassen wird. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
bei dem Wechsel zwischen den einzelnen Betriebsmodi (BMI, BM2, BM3) abhängig von einer gewünschten Zumesspause zwischen aufeinander folgenden Fluidzumessungen durchgeführt werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
bei dem eine Restladungsmenge zu dem Ende des Schließvorgangs mittels eines Ladungsbeobachters (24) geschätzt wird .
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
bei dem eine Ladezeitdauer (T_CHA) des Festkörperaktua- tors (18) in einem nachfolgenden Öffnungsvorgang abhängig von der geschätzten Restladungsmenge und/oder einer ermittelten Restspannung angepasst wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
bei dem eine Regelung der dem Festkörperaktuator (18) zuzuführenden elektrischen Energie abhängig von der geschätzten Restladungsmenge und/oder einer ermittelten Restspannung angepasst wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das Anpassen der Regelung der dem Festkörperaktuator (18) zuzuführenden elektrischen Energie mittels Anpassen eines Verlaufs eines Stromsollwertes für den Festkörperaktuator (18) durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem eine Ansteuerdauer (T_I), die sich von einem Beginn des Ladens bis zu einem Beginn des Entladens des Festkörperaktuators (18) erstreckt, abhängig von der ge- schätzten Restladungsmenge und/oder einer ermittelten Restspannung angepasst wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem ein Ansteuerbeginn (SOI), der den Beginn des La dens des Festkörperaktuators (18) repräsentiert, abhängig von der geschätzten Restladungsmenge und/oder einer ermittelten Restspannung angepasst wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem eine Nadelflugzeit und/oder eine Nadelöffnungsdauer abhängig von der geschätzten Restladungsmenge und/oder einer ermittelten Restspannung angepasst wird.
Vorrichtung zum Betreiben eines Einspritzventils mit ...
- einer Düsennadel (12), die in einer Schließposition ein Zumessen von Fluid unterbindet und ansonsten das Zu messen von Fluid frei gibt,
- einem Festkörperaktuator (18), der dazu ausgebildet ist, auf die Düsennadel (12) einzuwirken und ihre Position zu beeinflussen,
wobei die Vorrichtung dazu ausgebildet ist für einen Schließvorgang der Düsennadel (12) in einem ersten Betriebsmodus (BMI)
- eine erste Betriebsphase (BP1) durchzuführen, während der der Festkörperaktuator (18) auf eine vorgegebene Teilladung entladen wird,
- eine zweite Betriebsphase (BP2) durchzuführen, währen der der Festkörperaktuator (18) als Sensor betrieben wird und deren Betriebsdauer derart vorgegeben ist, das während der Betriebsdauer ein Erreichen der Schließposi tion der Düsennadel (12) erfolgt, und - eine dritte Betriebsphase (BP3) durchzuführen, während der der Festkörperaktuator (18) auf einen vorgegebenen Referenzzustand weiter entladen wird,
- und die Vorrichtung ferner dazu ausgebildet ist für den Schließvorgang in einem zweiten Betriebsmodus (BM2)
- die erste Betriebsphase (BP1) durchzuführen,
- die zweite Betriebsphase (BP2) durchzuführen und
- die dritte Betriebsphase (BP3) auszulassen.
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