WO2017001180A1 - Verfahren und vorrichtung zur ermittlung des minimalen hydraulischen spritzabstandes eines piezo-servo-injektors - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur ermittlung des minimalen hydraulischen spritzabstandes eines piezo-servo-injektors Download PDF

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Janos Radeczky
Christian Bauer
Janos Kerekgyarto
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Definitions

  • the present invention relates to a method for determining the minimum hydraulic spraying distance of a
  • Piezo servo injector Successive injections of an Inj ector influence each other, especially at a small time interval. If you want to realize the smallest possible spray distances, the actuator of an injector with servo valve for a subsequent pulse must be loaded before the nozzle needle of the previous pulse is closed again.
  • the invention has for its object to provide a method of the type described above, which allows a particularly accurate determination of the minimum hydraulic spray distance.
  • a method of the type indicated which comprises the following steps: Determining the closing time of the nozzle needle of the injector based on the characteristic pressure curve in STEU ⁇ he spring chamber of the injector; decrementing the spray distance of a Vietnamese ⁇ spraying by successively bringing forward the control start of a sequence, while another injection Be ⁇ obachten the pressure curve in the control spring chamber; and obtaining the smallest spray distance from the last Ite rations intimid ⁇ in which a nozzle needle closing the previous injection was still visible in the characteristic pressure curve.
  • the method according to the invention relates to a piezo servo injector in which a piezoactuator is lengthened by the application of a voltage and thereby acts on a control valve (servovalve) which controls a nozzle needle for injecting fuel.
  • a piezoelectric actuator acts on a control piston which opens a control spring chamber, via which the nozzle needle is acted upon.
  • the opposite direction causes arranged in the control spring chamber spring closing the control spring chamber.
  • Closing time of the nozzle needle of the injector determined based on the characteristic pressure curve in the control spring chamber of the injector.
  • a recognizable pressure drop occurs in the control spring chamber, which is caused by an acceleration of the nozzle needle just before hitting the needle seat.
  • a pressure peak is generated in the control spring chamber.
  • the smallest spray distance is obtained.
  • the smallest hydraulic spraying distance is thus determined by detecting physical progressions (pressure in the control spring chamber) in the region of the needle closing. This allows for the effects of various aging effects (idle stroke changes, needle seat geometry changes) that are relevant to the closing time of the needle. On the one hand, this allows the smallest dwell times to be calibrated. On the other hand, the system performance over the lifetime of the injector can be ensured.
  • the minimum hydraulic spray distance ie, the minimum distance between two injection processes, which is possible without mutual interference of the two injections
  • appropriate adaptations in terms of component scattering and aging effects can be performed.
  • the smallest spray distance obtained can be used for subsequent multiple injections.
  • the pressure profile in the control spring chamber is measured by means of the piezo actuator according to known signal evaluation. This can be carried out, for example, in a manner as described in DE 102008 023373 A1. According to this concept, the course of the piezoelectric force is described based on a piezo-modeling. The location of the maximum of this curve describes the temporal servo valve opening, this amount correlating with the force required for valve opening. This information can be used in the area of minimal hydraulic Spacing of the above-mentioned characteristic pressure curve in the control spring chamber are reflected.
  • the method according to the invention can be carried out as part of a calibration of the injector.
  • the method can be performed as part of a measurement of the injector in a test setup.
  • the method according to the invention can also be carried out in the operation of an associated internal combustion engine by dynamic displacement of a regular sequence injection.
  • a min-dwell control can be realized, ie a control to obtain a minimum distance between two injection processes without mutual influence of both processes.
  • the minimum spray distance in lau ⁇ fenden operation of the injector can be determined without an adaptation pulse.
  • the position of a regular injection which is to be discontinued as close as possible, ie with the smallest spray distance, changed dynamically.
  • the physical relationships described above are then evaluated during the energization phase of the piezo actuator.
  • the method according to the invention can also be carried out as part of an adaptation run. Then, the operation is carried out with the adapted values until the next adaptation run, which is carried out recurrently in each case after a specific operating time (for example every 1,000 km) or at specific operating points, for example always when the vehicle is starting .
  • a specific operating time for example every 1,000 km
  • specific operating points for example always when the vehicle is starting .
  • control spring chamber as used herein is intended to both a single space for acting on the nozzle needle, with a control valve element (servo valve element) and apparently
  • FIG. 1 shows a detail of an injector
  • Figure 2 is a diagram showing the spring chamber pressure profile.
  • Figure 1 shows a section of an injector, with which the inventive method for determining the minimum hydraulic spray distance is performed.
  • This is a piezo-servo-injector which has a non-dirty piezo-actuator which acts on a control piston 1 of a control valve 2 or servo-valve.
  • a piezo-servo-injector which has a non-dirty piezo-actuator which acts on a control piston 1 of a control valve 2 or servo-valve.
  • a spring chamber 3 in which a spring is located, which acts upon the control valve 2 in the opposite direction.
  • Downstream of the spring chamber 3 is a STEU ⁇ erhunt 4, via which a nozzle needle 5 is pressurized to perform a corresponding injection process.
  • FIG. 1 shows the injector in the closed state, in which no injection takes place and the control valve is closed, while the right-hand diagram shows the injector in the open state with the control valve open, wherein an injection is carried out.
  • FIG. 2 shows a diagram of the spring chamber pressure curve over time. It is evident that during the closing movement of the nozzle needle Dü ⁇ a noticeable pressure reduction DA occurs in the spring chamber, which is caused by an acceleration of the nozzle needle just before striking the needle seat. At the moment of closing or braking the nozzle needle in the seat, a pressure peak DS is generated in the spring chamber.
  • the corresponding characteristic points are detected according to the invention, from which the closing time of the nozzle needle is determined.
  • the spray distance of a Fol ⁇ geein mousseung is gradually comparable Ringert by successive bringing forward the ZV An Kunststoffbeginnes a series injection.
  • the pressure profile in the spring chamber is further observed. From the last iteration step, in which a nozzle needle closing the previous injection was still visible in the characteristic pressure curve, the smallest spray distance is obtained.

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Abstract

Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung des minimalen hydraulischen Spritzabstandes eines Piezo-Servo-Injektors Es werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung des minimalen hydraulischen Spritzabstandes eines Piezo-Servo-Injektors beschrieben. Anhand des charakteristischen Druckverlaufes im Steuer-Federraum des Injektors wird der Schließzeitpunkt der Düsennadel des Injektors ermittelt. Durch schrittweises Verringern des Spritzabstandes einer Folgeeinspritzung durch sukzessive zeitliche Vorverlegung des An- steuerbeginns einer Folgeeinspritzung und weiteres Beobachten des Druckverlaufs im Steuer-Federraum wird der kleinste Spritzabstand aus dem letzten Iterationsschritt, bei dem ein Düsennadelschließen der vorhergehenden Einspritzung im charakteristischen Druckverlauf noch zu erkennen war, erhalten. Mit diesem Verfahren ist eine besonders genaue Ermittlung des minimalen Spritzabstandes möglich.

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung des minimalen hydraulischen Spritzabstandes eines Piezo-Servo-Inj ektors
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung des minimalen hydraulischen Spritzabstandes eines
Piezo-Servo-Inj ektors . Aufeinanderfolgende Einspritzungen eines Inj ektors beeinflussen sich gegenseitig, insbesondere bei einem kleinen zeitlichen Abstand. Wenn man kleinstmögliche Spritzabstände realisieren möchte, muss der Aktuator eines Injektors mit Servoventil für einen Folgepuls bereits geladen werden, bevor die Düsennadel des vorherigen Pulses wieder geschlossen ist.
Durch eine konservative sichere Kalibrierung des kleinsten hydraulischen Spritzabstandes kann eine Verschmelzung zweier aufeinander folgender Einspritzungen verhindert werden. So eine Absicherung ist jedoch nicht optimal, da dadurch unnötig Po¬ tential für kleinere Dwell-Zeiten (einspritzfreie Zeiten) vergeben wird. Darüber hinaus besteht hierbei die Gefahr, dass es immer noch trotz getrennter Ansteuerpulse zu einer Verschmelzung zweier Einspritzraten in einer Einzeleinspritzung kommen kann.
Um die immer strengeren Anforderungen hinsichtlich kleinster realisierbarer Spritzabstände einhalten zu können, sind neue Konzepte erforderlich, die die Komponentenstreuung und Alte- rungseffekte erkennen und kompensieren.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, das eine besonders genaue Ermittlung des minimalen hydraulischen Spritzabstandes er- möglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der angegebenen Art gelöst, das die folgenden Schritte umfasst: Ermitteln des Schließzeitpunktes der Düsennadel des Injektors anhand des charakteristischen Druckverlaufes im Steu¬ er-Federraum des Injektors; schrittweises Verringern des Spritzabstandes einer Folgeein¬ spritzung durch sukzessive zeitliche Vorverlegung des Ansteuerbeginns einer Folgeeinspritzung und dabei weiteres Be¬ obachten des Druckverlaufes im Steuer-Federraum; und Erhalten des kleinsten Spritzabstandes aus dem letzten Ite¬ rationsschritt, bei dem ein Düsennadelschließen der vorhergehenden Einspritzung im charakteristischen Druckverlauf noch zu erkennen war. Das erfindungsgemäße Verfahren betrifft einen Pie- zo-Servo-Inj ektor, bei dem ein Piezo-Aktuator durch das Anlegen einer Spannung ausgelängt wird und hierdurch auf ein Steuerventil ( Servoventil ) einwirkt, das eine Düsennadel zum Einspritzen von Kraftstoff steuert. Im Einzelnen wirkt hierbei der Pie- zo-Aktuator auf einen Steuerkolben ein, der einen Steuer-Federraum öffnet, über den die Düsennadel beaufschlagt wird. In Gegenrichtung bewirkt eine im Steuer-Federraum angeordnete Feder ein Schließen des Steuer-Federraumes. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird nunmehr der
Schließzeitpunkt der Düsennadel des Injektors anhand des charakteristischen Druckverlaufes im Steuer-Federraum des Injektors ermittelt. Bei der Schließbewegung der Düsennadel tritt nämlich eine erkennbare Druckabsenkung im Steuer-Federraum ein, die durch eine Beschleunigung der Düsennadel kurz vor dem Auftreffen auf den Nadelsitz verursacht wird. Im Moment des Schließens bzw. Abbremsen der Düsennadel im Sitz wird im Steuer-Federraum eine Druckspitze generiert. Diese charakteristischen Punkte werden erfindungsgemäß erfasst, und hieraus wird der Schließzeitpunkt der Düsennadel ermittelt. In einem weiteren Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Spritzabstand einer Folgeeinspritzung durch sukzessive zeitliche Vorverlegung des Ansteuerbeginns einer Folgeein¬ spritzung schrittweise verringert. Hierbei wird der Druckverlauf im Steuer-Federraum weiter beobachtet. Aus dem letzten Iterationsschritt, bei dem ein Düsennadelschließen der vorhergehenden Einspritzung im charakteristischen Druckverlauf noch zu erkennen war, wird der kleinste Spritzabstand gewonnen. Erfindungsgemäß wird somit durch Erkennen von physikalischen Verläufen (Druck im Steuer-Federraum) im Bereich des Nadelschließens der kleinste hydraulische Spritzabstand ermittelt. Dadurch können die Auswirkungen verschiedener Alterungseffekte (Leerhub-Änderungen, Änderung der Nadelsitzgeometrie) , die für den Schließzeitpunkt der Nadel relevant sind, berücksichtigt werden. Zum einen können hierdurch kleinste Dwell-Zeiten kalibriert werden. Zum anderen kann die Systemperformance über die Lebenszeit des Injektors sichergestellt werden. Durch die erfindungsgemäß durchgeführte Ermittlung des minimalen hydraulischen Spritzabstandes (d. h. des minimalen Abstandes zwischen zwei Spritzvorgängen, der ohne gegenseitige Beeinflussung der beiden Einspritzungen möglich ist) können beispielsweise entsprechende Adaptionen in Bezug auf Komponen- tenstreuungen und Alterungseffekte durchgeführt werden. So kann beispielsweise der erhaltene kleinste Spritzabstand für nachfolgende Mehrfacheinspritzungen zugrunde gelegt werden.
In Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Druckverlauf im Steuer-Federraum mittels des Piezo-Aktuators nach bekannter Signalauswertung gemessen. Dies kann beispielsweise auf eine Art und Weise durchgeführt werden, wie sie in der DE 102008 023373 AI beschrieben ist. Gemäß diesem Konzept wird basierend auf einer Piezo-Modellierung der Verlauf der Piezo-Kraft beschrieben. Die Lage des Maximums dieses Verlaufs beschreibt die zeitliche Servoventilöffnung, wobei dieser Betrag mit der Kraft korreliert, die für die Ventilöffnung nötig ist. Durch diese Information kann im Bereich minimaler hydraulischer Spritzabstände der vorstehend genannte charakteristische Druckverlauf im Steuer-Federraum reflektiert werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann im Rahmen einer Kalibrierung des Injektors durchgeführt werden. So kann das Verfahren als Bestandteil einer Vermessung des Injektors in einem Messaufbau durchgeführt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren kann aber auch im Betrieb eines zugehörigen Verbrennungsmotors durch dynamische Verlagerung einer regulären Folgeeinspritzung durchgeführt werden. Auf diese Weise lässt sich beispielsweise eine Min-Dwell-Regelung realisieren, d. h. eine Regelung zum Erhalt eines minimalen Abstandes zwischen zwei Einspritzvorgängen ohne gegenseitige Beeinflussung beider Vorgänge. Insbesondere kann hierbei der minimale Spritzabstand im lau¬ fenden Betrieb des Injektors ohne einen Adaptionspuls bestimmt werden. Hierbei wird die Position einer regulären Einspritzung, die so nah wie möglich, also mit dem kleinsten Spritzabstand, abgesetzt werden soll, dynamisch geändert. Die vorstehend beschriebenen physikalischen Zusammenhänge werden dann während der Bestromungsphase des Piezo-Aktuators ausgewertet.
Auch kann das erfindungsgemäße Verfahren im Rahmen eines Adaptionslaufes durchgeführt werden. Dann wird der Betrieb mit den adaptierten Werten bis zum nächsten Adaptionslauf durchgeführt, der wiederkehrend jeweils nach bestimmter Betriebszeit (beispielsweise alle 1.000 km) oder an bestimmten Betriebs¬ punkten, beispielsweise immer beim Fahrzeugstart, durchgeführt wird .
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung, die zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens ausgebildet ist. Der hier verwendete Begriff „Steuer-Federraum" soll sowohl einen einzigen Raum zur Beaufschlagung der Düsennadel, der mit einem Steuerventilelement (Servoventilelement) offenbar und
schließbar ist und in dem eine Feder angeordnet ist, als auch einen Federraum, in dem Steuerventilelement und Feder angeordnet sind, und einen nachgeordneten Steuerraum zur Beaufschlagung der Düsennadel umfassen. Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeis¬ pieles in Verbindung mit der Zeichnung im Einzelnen erläutert.
Es zeigen: Figur 1 einen Ausschnitt aus einem Injektor, wobei
links der Injektor geschlossen und rechts der Injektor geöffnet dargestellt ist; und
Figur 2 ein Diagramm, das den Federraumdruckverlauf zeigt.
Figur 1 zeigt einen Ausschnitt eines Injektors, mit dem das erfindungsgemäße Verfahren zur Ermittlung des minimalen hydraulischen Spritzabstandes durchgeführt wird. Es handelt sich hierbei um einen Piezo-Servo-Inj ektor, der einen nichtdarge- stellten Piezo-Aktuator aufweist, welcher auf einen Steuerkolben 1 eines Steuerventils 2 oder Servoventils einwirkt. Durch eine durch die Auslängung und Kontraktion des Piezo-Aktuators be¬ wirkte Bewegung des Steuerkolbens 1 öffnet und schließt das Steuerventil 2 eine Federkammer 3, in der sich eine Feder befindet, die das Steuerventil 2 in entgegengesetzter Richtung beaufschlagt. Der Federkammer 3 nachgeordnet ist eine Steu¬ erkammer 4, über die eine Düsennadel 5 druckbeaufschlagt wird, um einen entsprechenden Einspritzvorgang durchzuführen.
Die linke Abbildung von Figur 1 zeigt den Injektor im geschlossenen Zustand, in dem keine Einspritzung stattfindet und das Steuerventil geschlossen ist, während die rechte Abbildung den Injektor im geöffneten Zustand bei offenem Steuerventil zeigt, wobei eine Einspritzung durchgeführt wird.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird nunmehr der
Schließzeitpunkt der Düsennadel 5 des Injektors anhand des charakteristischen Druckverlaufes im Steuer-Federraum des Injektors ermittelt, wobei in diesem Ausführungsbeispiel der Federraumdruckverlauf erfasst wird. Figur 2 zeigt in einem Diagramm den Federraumdruckverlauf über die Zeit. Man erkennt, dass bei der Schließbewegung der Dü¬ sennadel eine erkennbare Druckabsenkung DA im Federraum eintritt, die durch eine Beschleunigung der Düsennadel kurz vor dem Auftreffen auf den Nadelsitz verursacht wird. Im Moment des Schließens bzw. Abbremsens der Düsennadel im Sitz wird im Federraum eine Druckspitze DS generiert.
Die entsprechenden charakteristischen Punkte werden erfindungsgemäß erfasst, woraus der Schließzeitpunkt der Düsennadel ermittelt wird.
In einem weiteren Schritt wird der Spritzabstand einer Fol¬ geeinspritzung durch sukzessive zeitliche Vorverlegung ZV des Ansteuerbeginnes einer Folgeeinspritzung schrittweise ver- ringert. Hierbei wird der Druckverlauf im Federraum weiter beobachtet. Aus dem letzten Iterationsschritt, bei dem ein Düsennadelschließen der vorhergehenden Einspritzung im charakteristischen Druckverlauf noch zu erkennen war, wird der kleinste Spritzabstand gewonnen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Ermittlung des minimalen hydraulischen Spritzabstandes eines Piezo-Servo-Inj ektors mit den folgenden Schritten:
Ermitteln des Schließzeitpunktes der Düsennadel des Injektors anhand des charakteristischen Druckverlaufes im Steuer-Federraum des Injektors; schrittweises Verringern des Spritzabstandes einer Folgeeinspritzung durch sukzessive zeitliche Vorverlegung des Ansteuerbeginns einer Folgeeinspritzung und dabei weiteres Beobachten des Druckverlaufes im Steu¬ er-Federraum; und
Erhalten des kleinsten Spritzabstandes aus dem letzten Iterationsschritt, bei dem ein Düsennadelschließen der vorhergehenden Einspritzung im charakteristischen Druckverlauf noch zu erkennen war.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erhaltene kleinste Spritzabstand für nachfolgende Mehrfacheinspritzungen zugrunde gelegt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckverlauf im Steuer-Federraum mittels des Piezo-Aktuators nach bekannter Signalauswertung gemessen wird.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es im Rahmen einer Kali¬ brierung des Injektors durchgeführt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass es als Bestandteil einer Vermessung des Injektors in einem Messaufbau durchgeführt wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass es im Betrieb eines zugehörigen Verbrennungsmotors durch dynamische Verlagerung einer regulären Folgeeinspritzung durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass hiermit eine
Min-Dwell-Regelung durchgeführt wird.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche.
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