DE10016474A1 - Fuel injection valve control method for direct injection IC engine has control voltage for piezoelectric actuator corrected in dependence on detected temperature - Google Patents
Fuel injection valve control method for direct injection IC engine has control voltage for piezoelectric actuator corrected in dependence on detected temperatureInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Ansteuerung eines Einspritzventils mit einem piezoelektrischen Aktor nach der Gattung des Hauptanspruchs. Einspritzventile werden beispielsweise zur Kraftstoffeinspritzung in Verbrennungsmotoren verwendet. Insbesondere bei der Hochdruckeinspritzung in einem Common-Rail-System besteht das Problem, dass die einzuspritzende Kraftstoffmenge mit hoher Genauigkeit dosiert werden muss, um insbesondere auch strenge Abgasforderungen zu erfüllen. Einspritzventile mit einem piezoelektrischen Aktor sind per se bekannt. Der piezoelektrische Aktor bewegt in der Regel die Düsennadel nicht direkt, sondern über einen hydraulischen Koppler. Dieser Koppler hat im Wesentlichen zwei Eigenschaften: Er verstärkt den Hub für die Düsennadel und entkoppelt das Steuerventil von der statischen Temperaturdehnung des Aktors. Neben dieser statischen Temperaturdehnung ändert sich aber auch das Hubvermögen des Aktors mit der Temperatur. Dies führt dazu, dass die Ansteuerspannung für eine optimale Ansteuerung des piezoelektrischen Aktors von dessen Temperatur abhängig ist.The invention is based on a control method of an injection valve with a piezoelectric actuator according to the genus of the main claim. Injectors will be for example for fuel injection in Internal combustion engines used. Especially with the High pressure injection in a common rail system the problem that the amount of fuel to be injected with high accuracy must be metered, in particular also to meet strict emissions requirements. Injectors with a piezoelectric actuator are known per se. The piezoelectric actuator usually moves the nozzle needle not directly, but via a hydraulic coupler. This coupler has two main characteristics: it increases the stroke for the nozzle needle and decouples it Control valve from the static temperature expansion of the Actuator. In addition to this static temperature expansion changes but also the lifting capacity of the actuator with the Temperature. This leads to the control voltage for optimal control of the piezoelectric actuator from whose temperature is dependent.
Um einen zusätzlichen Temperatursensor einzusparen, hat man bisher für die Bestimmung der Temperatur des Aktors dessen Kapazität herangezogen bzw. die Eigenerwärmung des Aktors aus der Wärmemenge bestimmt, die ihm aufgrund der Ansteuerung zugeführt wurde. Neuere Untersuchungen haben jedoch gezeigt, dass die Eigenerwärmung des Aktors einen relativ geringen Beitrag zur Aktortemperatur leistet.To save an additional temperature sensor, one has So far for the determination of the temperature of the actuator Capacity used or the actuator's self-heating determined from the amount of heat given him due to the Control was supplied. Have more recent research However, it is shown that the actuator's own heating up makes a relatively small contribution to the actuator temperature.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Ansteuerung eines Einspritzventils mit einem piezoelektrischen Aktor gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass zur Temperaturbestimmung nicht die Eigenerwärmung herangezogen wird. Vielmehr wird die Umgebungstemperatur erfasst und somit die Temperatur des Aktors zur Korrektur seiner Ansteuerspannung abgeschätzt. Dadurch erhält man vorteilhaft einen viel genaueren Temperaturwert, mit dem die Dosierung der Einspritzmenge verbessert werden kann. Ein zusätzlicher Temperatursensor ist nicht erforderlich.The inventive method for controlling a Injector with a piezoelectric actuator according to the has characteristic features of the main claim in contrast the advantage that for temperature determination self-heating is not used. Rather it will the ambient temperature and thus the temperature of the Actuator estimated to correct its control voltage. This advantageously gives you a much more accurate one Temperature value with which the injection quantity is dosed can be improved. An additional temperature sensor not necessary.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Verfahrens möglich.By those listed in the dependent claims Measures are advantageous training and Improvements to the method specified in the main claim possible.
Da in der Regel der Motorblock mit dem Kühlwasser oder auch seinem Öl eine gute Wärmeleitung aufweist, kann vorteilhaft mit einem bereits vorhandenen Sensor die entsprechende Temperatur direkt gemessen und für die Bewertung der Aktortemperatur und zur Korrektur der Ansteuerspannung ausgewertet werden.As a rule, the engine block with the cooling water or too its oil has good heat conduction can be advantageous the corresponding one with an existing sensor Temperature measured directly and for the evaluation of the Actuator temperature and to correct the control voltage be evaluated.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich vorteilhaft bei Verwendung eines Einspritzventils für ein Common-Rail-System für die Diesel- oder Benzindirekteinspritzung. Insbesondere bei diesen Systemen ist wegen der erforderlichen Hochdruckeinspritzung und zur Erfüllung von Abgasvorschriften eine besonders genaue Dosierung der einzuspritzenden Kraftstoffmenge erforderlich.The method according to the invention is advantageously suitable for Use of an injection valve for a common rail system for diesel or gasoline direct injection. In particular in these systems is because of the required High pressure injection and to meet Exhaust gas regulations a particularly precise dosage of amount of fuel to be injected.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung ein Einspritzventil, Fig. 2 zeigt eine Anordnung von Einspritzventilen an einem Verbrennungsmotor und Fig. 3 zeigt eine Auswerteschaltung.An embodiment of the invention is shown in the drawing and explained in more detail in the following description. Fig. 1 shows a schematic representation of an injection valve, Fig. 2 shows an arrangement of injection valves of an internal combustion engine, and Fig. 3 shows an evaluation circuit.
Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung ein Einspritzventil 1 mit einer zentralen Bohrung. Im oberen Teil ist ein Stellkolben 3 mit einem piezoelektrischen Aktor 2 eingebracht, wobei der Stellkolben 3 mit dem Aktor 2 fest verbunden ist. Der Stellkolben 3 schließt nach oben hin einen hydraulischen Koppler 4 ab, während nach unten eine Öffnung mit einem Verbindungskanal zu einem ersten Sitz 6 vorgesehen ist, in dem ein Kolben 5 mit einem Verschließglied 12 angeordnet ist. Das Verschließglied 12 ist dabei so ausgebildet, dass es den ersten Sitz 6 verschließt, wenn der Aktor 2 in Ruhephase ist. Bei Betätigung des Aktors 2, d. h. beim Anlegen einer Ansteuerspannung Ua an den Klemmen +, -, betätigt der Aktor 2 den Stellkolben 3 und drückt über den hydraulischen Koppler 4 den Kolben 5 mit dem Verschließglied 12 in Richtung auf einen zweiten Sitz 7. Unterhalb des zweiten Sitzes ist in einem entsprechenden Kanal eine Düsennadel 11 angebracht, die den Auslauf im Hochdruckkanal (Common-Rail-Druck) 13 schließt oder öffnet, je nach dem, welche Ansteuerspannung Ua und welcher Druck Pr im Hochdruckbereich anliegt. Der Hochdruck wird durch das einzuspritzende Medium, beispielsweise Kraftstoff für einen Verbrennungsmotor über einen Zulauf 9 zugeführt. Über eine Zulaufdrossel 8 und eine Ablaufdrossel 10 wird die Zuflußmenge und -zeit des Mediums in Richtung auf die Düsennadel 11 und den hydraulischen Koppler 4 gesteuert. Der hydraulische Koppler 4 hat dabei die Aufgabe, einerseits den Hub des Kolbens 5 zu verstärken und andererseits das Steuerventil von der statischen Temperaturdehnung des Aktors 2 zu entkoppeln. Fig. 1 shows a schematic representation of an injection valve 1 with a central bore. An actuating piston 3 with a piezoelectric actuator 2 is introduced in the upper part, the actuating piston 3 being firmly connected to the actuator 2 . The actuating piston 3 closes off a hydraulic coupler 4 at the top, while at the bottom there is an opening with a connecting channel to a first seat 6 , in which a piston 5 with a closing member 12 is arranged. The closing member 12 is designed such that it closes the first seat 6 when the actuator 2 is in the idle phase. When the actuator 2 is actuated, ie when a control voltage Ua is applied to the terminals +, -, the actuator 2 actuates the actuating piston 3 and presses the piston 5 with the closing member 12 in the direction of a second seat 7 via the hydraulic coupler 4 . A nozzle needle 11 , which closes or opens the outlet in the high-pressure channel (common rail pressure) 13 , is attached below the second seat in a corresponding channel, depending on the control voltage Ua and the pressure Pr present in the high-pressure area. The high pressure is supplied through the medium to be injected, for example fuel for an internal combustion engine, via an inlet 9 . The inflow quantity and time of the medium in the direction of the nozzle needle 11 and the hydraulic coupler 4 are controlled via an inlet throttle 8 and an outlet throttle 10 . The hydraulic coupler 4 has the task on the one hand to increase the stroke of the piston 5 and on the other hand to decouple the control valve from the static temperature expansion of the actuator 2 .
Im folgenden wird die Funktionsweise dieses Einspritzventils näher erläutert. Bei jeder Ansteuerung des Aktors 2 wird der Stellkolben 3 in Richtung des hydraulischen Kopplers 4 bewegt. Dabei bewegt sich auch der Kolben 5 mit dem Verschließglied 12 in Richtung auf den zweiten Sitz 7 zu. Über eine Leckspalte wird dabei ein Teil des im hydraulischen Koppler 4 befindlichen Mediums, beispielsweise der Kraftstoff, herausgedrückt. Zwischen zwei Einspritzungen muß daher der hydraulische Koppler 4 wieder befüllt werden, um seine Funktionssicherheit zu erhalten.The mode of operation of this injection valve is explained in more detail below. Each time actuator 2 is actuated, actuating piston 3 is moved in the direction of hydraulic coupler 4 . The piston 5 also moves with the closing member 12 in the direction of the second seat 7 . Part of the medium in the hydraulic coupler 4 , for example the fuel, is pressed out via a leakage gap. The hydraulic coupler 4 must therefore be refilled between two injections in order to maintain its functional reliability.
Über den Zulaufkanal 9 herrscht ein hoher Druck, der beim Common-Rail-System beispielsweise zwischen 200 und 1600 bar betragen kann. Dieser Druck wirkt gegen die Düsennadel 11 und hält sie geschlossen, so dass kein Kraftstoff austreten kann. Wird nun in Folge der Ansteuerspannung Ua der Aktor 2 betätigt und damit das Verschlußglied 12 in Richtung des zweiten Sitzes bewegt, dann baut sich der Druck im Hochdruckbereich ab und die Düsennadel 11 gibt den Einspritzkanal frei.A high pressure prevails over the inlet channel 9 , which in the common rail system can be, for example, between 200 and 1600 bar. This pressure acts against the nozzle needle 11 and keeps it closed, so that no fuel can escape. If, as a result of the control voltage Ua, the actuator 2 is actuated and the closure member 12 is thus moved in the direction of the second seat, then the pressure in the high pressure area is reduced and the nozzle needle 11 releases the injection channel.
Fig. 2 zeigt in schematischer Darstellung eine Anordnung von vier Einspritzventilen 1, die reihenförmig für die vier im Zylinder eines Verbrennungsmotors 20 angeordnet sind. Fig. 2 shows a schematic representation of an arrangement of four injectors 1 that are arranged in a row for the four cylinders in an internal combustion engine 20.
Desweiteren ist ein Temperatursensor 21 angeordnet, der mit den Einspritzventilen 1 thermisch gekoppelt ist. Dieser Temperatursensor 21 ist vorzugsweise ein Temperatursensor zur Bestimmung der Motortemperatur, der sogenannten "Stegtemperatur", des Kühlwassers, der Öltemperatur, des Kraftstoffes oder dergleichen. Seine Temperaturwerte spiegeln die Temperatur des Motorblocks wieder, die wegen der guten Wärmeleitung im Wesentlichen der Temperatur des Einspritzventils 1 und damit des Aktors 2 entsprechen.Furthermore, a temperature sensor 21 is arranged, which is thermally coupled to the injection valves 1 . This temperature sensor 21 is preferably a temperature sensor for determining the engine temperature, the so-called “web temperature”, the cooling water, the oil temperature, the fuel or the like. Its temperature values reflect the temperature of the engine block, which essentially correspond to the temperature of the injection valve 1 and thus of the actuator 2 due to the good heat conduction.
Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild einer Auswerteschaltung zur Temperaturkorrektur der Ansteuerspannung Ua. Block 31 erzeugt eine Ansteuerspannung, die bei einem Common-Rail- System beispielsweise vom Raildruck Pr abhängig ist. Diese Spannung wird einem Element 33 zugeführt und dort mit einem Korrekturfaktor multipliziert. Dieser Korrekturfaktor ergibt sich aus der Kennlienie 32, die die gemessene Temperatur Tmess als Eingangsgröße aufweist. An Punkt 34 steht dann die korrigierte Ansteuerspannung Ua zur Verfügung. Fig. 3 is a block diagram showing an evaluation circuit for temperature correction of the drive voltage U a. Block 31 generates a control voltage that is dependent, for example, on rail pressure Pr in a common rail system. This voltage is fed to an element 33 and multiplied there by a correction factor. This correction factor results from the characteristic curve 32 , which has the measured temperature Tmeas as an input variable. The corrected control voltage U a is then available at point 34 .
Statt eines Multiplizierer 33 ist alternativ auch ein Addierer vorsehbar. In diesem Fall würde eine Ansteuerspannungskoxrektur additiv bzw. subtraktiv durchgeführt.Instead of a multiplier 33 , an adder can alternatively also be provided. In this case, a drive voltage correction would be carried out additively or subtractively.
Durch diese Fremdbestimmung der Temperatur wird vorteilhaft erreicht, dass zur Bestimmung der Aktortemperatur kein zusätzlicher Sensor erforderlich ist.This external determination of the temperature is advantageous achieved that no for determining the actuator temperature additional sensor is required.
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