DE10038995A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung der Kraftstoffzumessung in einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Abstract

Es werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung der Kraftstoffzumessung in eine Brennkraftmaschine beschrieben. Ein Ventil dient zur Steuerung des Kraftstoffflusses in die Brennkraftmaschine, wobei das Ventil mittels eines Stellelements so angesteuert wird, daß es in einer ersten Position den Kraftstofffluß unterbindet und daß es in einer zweiten Position den Kraftstofffluß völlig freigibt. In bestimmten Betriebszuständen wird das Stellelement derart angesteuert, daß das Ventil wenigstens eine Zwischenposition einnimmt.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung der Kraftstoffzumessung in eine Brennkraftma­ schine.

Verfahren und Vorrichtungen zur Steuerung der Kraftstoffzu­ messung in eine Brennkraftmaschine sind bekannt. Häufig wird zur Steuerung der Kraftstoffzumessung ein Ventil eingesetzt, daß den Kraftstofffluß in die Brennkraftmaschine steuert. In einer ersten Position des Ventils unterbindet die dieses den Kraftstofffluß. In einer zweiten Position gibt das Ventil den Kraftstofffluß völlig frei.

Desweiteren sind Piezoaktoren bekannt, mit denen solche Ven­ tile steuerbar sind.

Bei einer Pumpe-Düse-Einheit (PDE) bilden die Einspritzpumpe und die Einspritzdüse eine bauliche Einheit. Diese wird von der Motornockenwelle angetrieben. Zu jeder Pumpe-Düse- Einheit gehört ein schnell schaltendes Ventil, daß den Ein­ spritzbeginn und das Einspritzende steuert. Bei geöffnetem Ventil fördert die PDE Kraftstoff zurück in den Zulauf.

Schließt das Ventil, so mißt die PDE dem entsprechenden Mo­ torzylinder Kraftstoff zu. Der Schließzeitpunkt des Ventils bestimmt den Einspritzbeginn, die Schließdauer, d. h. die Dauer des geschlossenen Zustandes des Ventils, bestimmt die Einspritzmenge.

In ähnlicher Weise ist ein sogenanntes Pumpe-Leitungs-Düse- System (PLD) ausgebildet. Wie die PDE verfügt die Pumpe- Leitungs-Düse über eine Einspritzpumpe je Motorzylinder, die von einer Welle des Motors, beispielsweise der Nockenwelle, angetrieben wird. Mit einem Ventil wird der Einspritzzeit­ punkt und die Einspritzmenge gesteuert. Dabei sind die Pumpe und die Düse über eine Leitung miteinander verbunden.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Verfah­ ren und einer Vorrichtung zur Steuerung der Kraftstoffzumes­ sung in eine Brennkraftmaschine eine möglichst genaue Kraft­ stoffzumessung zu erzielen. Diese Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Ansprüchen gekennzeichneten Merkmale ge­ löst.

Vorteile der Erfindung

Mit der erfindungsgemäßen Vorgehensweise kann eine sehr ge­ naue Kraftstoffeinspritzung erzielt werden. Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfin­ dung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Zeichnung

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen näher erläutert. Es zeigen die Fig. 1 und 2 zwei Ausgestaltungen einer Pumpe-Düse- Einheit und die Fig. 3, 4 und 5 verschiedene über der Zeit aufgetragene Signale.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen

In Fig. 1 ist eine Pumpe-Düse-Einheit schematisch darge­ stellt. Im folgenden werden die wesentlichen Elemente be­ schrieben. Die Pumpe-Düse-Einheit 100 umfaßt im wesentlichen ein Stellelement 105, das über eine Verbindung 102, die ge­ strichelt dargestellt ist, ein Ventil 110 derart beeinflußt, daß es wenigstens eine erste geschlossene und eine zweite geöffnete Position einnimmt. Das Ventil 110 ist zwischen ei­ nem Kraftstoffzulauf 115, der auch als Niederdruckbereich bezeichnet werden kann, und einer Leitung 120 angeordnet. Der Niederdruckbereich beinhaltet im wesentlichen einen Kraftstoffvorratsbehälter, der auch als Tank bezeichnet wird, von dem der Kraftstoff über ein Filter und eine Kraft­ stoffförderpumpe zu dem Ventil 110 gelangt.

Die Leitung 120 verbindet einen Elementraum 130, in dem ein Pumpenkolben 135 beweglich angeordnet ist, der von einer An­ triebseinheit 140 bewegt wird, mit einer Einspritzdüse 150. Die Antriebseinheit 140 wird vorzugsweise unmittelbar oder über einen Kipphebel von der Nockenwelle der Brennkraftma­ schine angetrieben. Die Einspritzdüse 150 beinhaltet im we­ sentlichen eine Düsenfeder 152 und eine Düsennadel 154. Das Stellelement 105 wird von einem Steuergerät 160 mit Ansteu­ ersignalen beaufschlagt. Als Stellelemente werden üblicher­ weise Magnetsteller und besonders vorteilhaft Piezo-Aktoren eingesetzt.

Befindet sich das Ventil 110 in seinem geschlossenen Zu­ stand, und bewegt sich der Pumpenkolben 135 derart, daß der Elementraum 130 verkleinert wird, so steigt der Druck in der Leitung 120 und damit in der Einspritzdüse an. Ab einem be­ stimmten Wert des Drucks wird die Düsennadel 154 entgegen der Federkraft der Düsenfeder 152 bewegt und gibt die Ein­ spritzöffnung 156 frei, so daß Kraftstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine gelangt. Befindet sich das Ventil 110 in seiner geöffneten Position, so ist kein Druckaufbau mög­ lich und es findet keine Kraftstoffeinspritzung statt.

Durch Öffnen und Schließen des Ventils 110 kann der Hoch­ druckbereich, der durch den Elementraum, die Leitung 120 und den mit Kraftstoff gefüllten Bereich der Einspritzdüse ge­ bildet wird, mit dem Niederdruckbereich verbunden werden. Ab dem Zeitpunkt des Schließens des Ventils 110 beginnt der Druckaufbau im Hochdruckbereich und die Kraftstoffeinsprit­ zung setzt ein. Beim Öffnen des Ventils 110 baut sich der Druck in der Leitung 120 ab und die Einspritzung endet. Dies bedeutet, der Öffnungs- und Schließzeitpunkt des Ventils 110 bestimmt den Einspritzbeginn, das Einspritzende und damit die Einspritzdauer.

Das Stellelement 105 wird von einem Steuergerät 160 abhängig vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine, der mit ver­ schiedenen Sensoren erfaßt wird, derart gesteuert, daß das Ventil zum gewünschten Zeitpunkt öffnet oder schließt und damit die Einspritzung zum gewünschten Zeitpunkt beginnt und zum gewünschten Zeitpunkt endet.

In Fig. 2 ist eine zweite Ausführungsform einer Pumpe-Düse- Einheit dargestellt. Diese unterscheidet sich im wesentli­ chen von der Ausführungsform der Fig. 1, daß das Ventil 110 den Elementraum 130 unmittelbar mit dem Kraftstoffzulauf 115 verbindet. Beiden Ausführungsformen gemeinsam ist es, daß das Ventil 110 den Hochdruckbereich mit dem Niederdruckbe­ reich verbindet.

Üblicherweise wird das Ventil 110 derart angesteuert, daß es entweder seine geöffnete oder seine geschlossene Position einnimmt. Diese Art der Ansteuerung ist insbesondere bei Mehrfacheinspritzungen problematisch, da beim Öffnen des Ventils der Druck im Hochdruckbereich sehr schnell auf den Druck im Niederdruckbereich abgebaut wird. Dies führt bei­ spielsweise dazu, daß die Düsennadel sehr schnell in ihre geschlossene Position übergeht. Bei einer erneuten Ansteue­ rung muß der Druck im Hochdruckbereich erneut aufgebaut wer­ den. Dies ist insbesondere dann problematisch, wenn die Ein­ spritzung in wenigstens zwei Teileinspritzungen aufgeteilt wird. Beispielsweise kann es vorgesehen sein, daß vor der Haupteinspritzung eine Voreinspritzung erfolgt. Um einen po­ sitiven Effekt auf das Verhalten der Brennkraftmaschine zu haben, müssen die beiden Teileinspritzungen, beispielsweise die Voreinspritzung und die Haupteinspritzung, in einem be­ stimmten Abstand aufeinanderfolgen. Aufgrund des völligen Druckabbaus beim Öffnen des Ventils können nicht alle Zeit­ abstände realisiert werden, da eine Mindestzeit für den Druckaufbau erforderlich ist.

Desweiteren ist es bei solchen Systemen nicht oder nur sehr schwer möglich, den Druck im Hochdruckraum zu beeinflussen. Eine solche Beeinflussung ist insbesondere in den Pausen zwischen zwei Einspritzungen schwierig.

Erfindungsgemäß ist daher vorgesehen, daß die Ansteuerung des Stellelements derart erfolgt, daß das Ventil neben sei­ nen zwei Endpositionen geöffnet und geschlossen zusätzlich wenigstens eine Zwischenpositionen einnimmt. Besonders ein­ fach zu realisieren ist dies, wenn als Stellelement ein Pie­ zo-Aktor verwendet wird. Bei solchen Piezo-Aktor ist die Po­ sition bzw. die Ausdehnung des Piezo-Aktor unmittelbar pro­ portional zu der am Piezo-Aktor anliegenden Spannung. Da­ durch ist es möglich, daß das Stellelement verschiedene Po­ sitionen einnehmen kann. Dadurch wird es ermöglicht, daß auch das Ventil 110 in definierte Positionen gebracht wird.

In Fig. 3 sind verschiedene Signale über der Zeit t aufge­ tragen. In der ersten Teilfigur 3a ist die Spannung U, die am Piezo-Aktor 105 anliegt, aufgetragen. Die Teilfigur 3b zeigt den Zustand des Ventils 110 über der Zeit t. Die Teil­ figur 3c zeigt den Zustand der Düsennadel 154 abhängig von der Zeit t. Die Teilfigur 3d zeigt den Verlauf des Druckes P an der Düsennadel bzw. im Hochdruckbereich.

Zum Zeitpunkt t1 beginnt die Ansteuerung der Pumpe-Düse- Einheit. Dies bedeutet, vom Zeitpunkt t1 bis zum Zeitpunkt 2 wird vom Steuergerät 160 ein solches Signal vorgegeben, daß das Ventil 110 schließt. Dies wird dadurch erreicht, daß die Spannung am Piezo-Aktor 105 von einem Minimalwert, der vor­ zugsweise Null ist auf einen zweiten Wert ansteigt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt dieser Anstieg li­ near. Der Anstieg der Spannung am Piezo-Aktor 105 hat zur Folge, daß das Ventil 110 sich langsam von seiner offenen in seine geschlossene Position bewegt. Die Düsennadel zeigt noch keine Reaktion, sie bleibt in ihrer geschlossenen Posi­ tion. Der Druck im Hochdruckbereich steigt langsam an.

Im Zeitraum zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 erfolgt die Ansteuerung des Piezo-Aktors 105 derart, daß das Ventil 110 in seiner geschlossenen Position bleibt, d. h. die Spannung U am Piezo-Aktor bleibt auf ihrem hohen Wert. Dies hat zur Folge, daß das Ventil 110 in seiner geschlossenen Position bleibt. Der Druck P im Hochdruckbereich steigt weiter an. Zum Zeitpunkt t3 bzw. kurz vor dem Zeitpunkt t3 erreicht der Druck P einen solchen Wert, daß die Düsennadel langsam von ihrem Ventilsitz abhebt und die Kraftstoffeinspritzung frei­ gibt. Dies führt zu einem kurzzeitigen Abfall des Drucks.

Ab dem Zeitpunkt t3 wird die Spannung bis zum Zeitpunkt t4 auf einen Zwischenwert zurückgenommen, dies hat zur Folge, daß das Ventil 110 sich in Richtung einer ersten Zwischenpo­ sition bewegt. Demzufolge fällt der Druck P im Elementraum ab und die Düsennadel bewegt sich in ihre Schließrichtung.

Im Zeitraum zwischen den Zeitpunkten t4 und t5 wird das Ven­ til 110 in der ersten Zwischenposition gehalten. Dies wird dadurch erreicht, daß die Spannung U am Piezo-Aktor auf sei­ nem Zwischenwert gehalten wird. Dies bewirkt, daß das Ventil 110 sich ebenfalls in seiner ersten Zwischenposition befin­ det. Der Druck P im Elementraum baut sich langsam ab und die Düsennadel erreicht ihre geschlossene Position und bleibt in ihrer geschlossenen Position.

Ist der Öffnungsquerschnitt des Ventils in dieser Phase zu groß, dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn das Ventil in diesem Zeitabschnitt völlig öffnet, so kommt es zu einer sogenannten Überentlastung und der Druck im Hochdruckbereich sinkt unter den Dampfdruck ab.

Die Spannung und damit die Position des Ventils und/oder die Zeitdauer zwischen den Zeitpunkten t4 und t5 wird so ge­ wählt, daß keine Überentlastung eintritt. Dadurch wird er­ reicht, daß beim Beginn der nächsten Einspritzung definierte Verhältnisse vorliegen. Dadurch können Streuungen der Kraft­ stoffmenge bei gleicher Ansteuerdauer deutlich reduziert werden.

Zwischen dem Zeitpunkt t5 und t6 wird das Steuerventil 110 wieder geschlossen, d. h. die Spannung am Piezo-Aktor 105 steigt wieder auf seinen Maximalwert an. Dies hat zur Folge, daß das Ventil 110 in seinen geschlossenen Zustand übergeht. Der Druck P im Druckbereich beginnt wieder anzusteigen.

Im Zeitraum zwischen den Zeitpunkten t6 bis t7 wird das Ven­ til 110 in seiner geschlossenen Position gehalten. D. h. die Spannung am Piezo-Aktor bleibt auf ihrem maximalen Wert. Das Ventil 110 verbleibt in seiner geschlossenen Position. In­ folgedessen steigt der Druck P im Hochdruckbereich stark an. Eine gewisse Zeit nach dem Zeitpunkt t6 hat der Wert des Drucks einen solchen Wert erreicht, daß die Düsennadel 154 sich beginnt zu bewegen und kurz danach den völlig geöffne­ ten Zustand erreicht.

Bei der besonders vorteilhaften Ausführungsform, die in Fig. 3 dargestellt ist, wird zwischen dem Zeitpunkt t7 und t8 die Spannung U am Piezo-Aktor nach Erreichen der geöffneten Position der Düsennadel um einen kleinen Wert zurückgefah­ ren. Dies hat zur Folge, daß das Ventil 110 nicht völlig ge­ öffnet ist. Dies bedeutet, daß Ventil 110 wird in einer zweiten Zwischenposition gehalten, die sich nur unwesentlich von der geschlossenen Position unterscheidet. Dies bedeutet, es kann eine geringe Menge an Flüssigkeit entweichen. Beson­ ders vorteilhaft ist der Querschnitt derart gewählt, daß kein weiterer Anstieg des Druckes erfolgt. Dies bedeutet, daß der Druck während des Zeitraumes t7 bis t8 nahezu kon­ stant bleibt, d. h. daß es sich ein Druckplateau ergibt.

Bei einer vereinfachten Ausführungsform kann in dem Zeitraum t7 bis t8 entsprechend wie im Zeitraum zwischen t6 und t7 der Maximalwert der Spannung vorgegeben werden, wobei das Ventil 110 in diesem Zeitraum in seiner geschlossenen Posi­ tion verbleibt. Dadurch können höhere Druckwerte erreicht werden.

Im Zeitraum zwischen den Zeitpunkten t8 und t9 wird die Spannung auf einen dritten Zwischenwert abgesenkt. Dies be­ deutet, daß das Ventil 110 in eine dritte Zwischenposition übergeht. Dies hat zur Folge, daß der Druck P abfällt und daß bei einem bestimmten Druck die Düsennadel in ihren ge­ schlossenen Zustand übergeht. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Wert dieser Spannung abhängig vom Betriebszustand vorgebbar ist. Dadurch kann erreicht werden, daß der Druck­ abbaurate, das heißt die Druckänderung innerhalb einer be­ stimmten Zeit, abhängig vom Betriebszustand der Brennkraft­ maschine vorgebbar ist.

Im Zeitraum zwischen den Zeitpunkten t9 und t10 wird das Ventil 110 in der dritten Zwischenposition gehalten.

Ab dem Zeitpunkt t10 wird der Piezo-Aktor derart angesteu­ ert, daß das Ventil 110 öffnet, d. h. die Spannung wird auf ihren Ausgangswert zurückgenommen. Dies hat zur Folge, daß das Ventil in seine völlig geöffnete Position übergeht. Der Druck P fällt auf den Druckwert im Niederdruckbereich ab, und die Düsennadel verbleibt in ihrer geschlossenen Positi­ on.

Die beschriebene Ansteuerung beinhaltet eine Haupteinsprit­ zung als zweite Teileinspritzung und eine Voreinspritzung als erste Teileinspritzung. Dabei handelt es sich um eine abgesetzte Voreinspritzung ohne eine sogenannte Überentla­ stung während der Einspritzpause. Dies wird dadurch er­ reicht, daß das Ventil zwischen den zwei Teileinspritzungen derart angesteuert wird, daß es in einer ersten Zwischenpo­ sition verbleibt.

Als Alternative kann auch vorgesehen sein, daß eine angela­ gerte Voreinspritzung erfolgt, bei der die Voreinspritzung unmittelbar in die Haupteinspritzung übergeht.

Desweiteren ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß vorzugsweise während der Haupteinspritzung eine Begrenzung des Drucks im Hochdruckbereich erfolgt. Besonders vorteilhaft ist es, wenn im Teillastbereich, d. h. bei kleinen Drehzahlen und/oder bei kleinen eingespritzten Kraftstoffmengen ein großer Ein­ spritzdruck gewählt wird, d. h. daß während einer Einsprit­ zung im Teillastbereich in dem Zeitraum t7 bis t8 das Ventil in seiner völlig geschlossenen Position verbleibt. Bei Gro­ ßen Drehzahlen und/oder großen Einspritzmengen wird eine Be­ grenzung des Einspritzdrucks gewählt, d. h. daß in dem Zeit­ raum t7 bis t8 befindet sich das Ventil in der zweiten Zwi­ schenposition. Hierdurch können mechanische Belastungen der Pumpe und des Antriebs vermindert werden.

Das Ventil wird während der Einspritzung derart angesteuert, daß es in einer zweiten Zwischenposition verbleibt. Vorzugs­ weise wird die Zwischenposition bzw. die erforderliche Span­ nung am Piezo-Aktor abhängig vom Lastzustand, insbesondere abhängig von der Drehzahl und/oder einer die einzuspritzende Kraftstoffmenge charakterisierenden Größe, vorgegeben. Dies hat eine verbesserte Gemischaufbereitung und damit verrin­ gerte Emissionen zur Folge.

Die Druckabbaurate ist durch Vorgabe der ersten bzw. der dritten Zwischenposition des Ventils einstellbar. Diese Ein­ stellung erfolgt vorzugsweise abhängig vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine. Dies kann sowohl beim Ende der Vor­ einspritzung als auch am Ende der Haupteinspritzung erfol­ gen.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn bei Vollast, d. h. bei großer Drehzahl und/oder großer eingespritzter Kraftstoff­ menge ein schneller Druckabbau erfolgt, d. h. daß die Span­ nung auf einen kleinen Wert oder auf den Minimalwert abge­ senkt wird, dadurch geht das Ventil schnell in seine geöff­ nete Position über. Bei Teillast wird dagegen eine kleinere Druckabbaurate vorgegeben, d. h. bei Teillast wird im Zeit raum t8 bis t10 eine höhere Spannung eingestellt, d. h. das Ventil verbleibt eher in seiner geschlossenen Position.

Dies bedeutet, daß das Ventil 110 am Ende der Einspritzung derart angesteuert wird, daß es in einer dritten Zwischenpo­ sition verbleibt. Vorzugsweise wird die Zwischenposition, bzw. die Spannung mit der der Piezo-Aktor beaufschlagt wird, abhängig von einer gewünschten Druckabbaurate eingestellt.

Dadurch, daß während des Öffnens des Ventils der Druckabbau steuerbar ist, können die Geräusche, die vorzugsweise durch die Pumpe erzeugt werden, deutlich reduziert werden.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn noch weitere Teilein­ spritzungen erfolgen, d. h. daß mehrere Voreinspritzungen vorgesehen sind, bzw. daß die Haupteinspritzung in mehrere Teileinspritzungen aufgeteilt wird. Besonders vorteilhaft ist es auch, wenn noch wenigstens eine Nacheinspritzung er­ folgt, die im Anschluß an die Haupteinspritzung erfolgt.

Die Zeitabstände t4 bis t5 bzw. t7 bis t8 und t9 bis t10 werden vorzugsweise abhängig von der Drehzahl, dem Beginn der Einspritzung und/oder anderen Betriebskenngrößen vorge­ geben.

Weitere Varianten des Ansteuerprofils für den Piezo-Aktor sind in Fig. 4 dargestellt.

In Fig. 4a ist eine herkömmliche Ansteuerung ohne Zwischen­ position dargestellt, d. h. die Spannung wird für die Vorein­ spritzung auf ihren Maximalwert hochgefahren und dann auf den Minimalwert abgesenkt. Für die Haupteinspritzung wird die Spannung wieder auf den Maximalwert erhöht und am Ende der Haupteinspritzung auf den Minimalwert abgesenkt.

In Teilfigur 4b ist der Verlauf eine angelagerten Vorein­ spritzung dargestellt. D. h. zu Beginn der Voreinspritzung wird die Spannung auf einen Zwischenwert angehoben und an­ schließend mit Beginn der Haupteinspritzung mit dem Maximal­ wert geführt. Der Zwischenwert liegt nur knapp unter dem Ma­ ximalwert. Am Ende der Einspritzung wird die Spannung auf den Minimalwert zurückgesetzt.

In Teilfigur 4c ist eine entsprechende Ansteuerung mit einer Nacheinspritzung dargestellt. Diese unterscheidet sich im wesentlichen von der Ansteuerung gemäß der Fig. 3 darin, daß bei der Haupteinspritzung keine Absenkung im Zeitraum zwischen den Zeitpunkten 7 und t8 erfolgt, sondern daß le­ diglich eine flexible Druckabbaurate eingestellt wird. In kurzem Abstand nach der Haupteinspritzung erfolgt dann eine weitere Ansteuerung zur Erzielung der Nacheinspritzung.

Die erfindungsgemäße Vorgehensweise ist nicht auf die Ver­ wendung bei Pumpe-Düse-Einheiten beschränkt. Sie kann auch bei anderen Einspritzsystemen, bei denen ein Ventil zur Steuerung des Drucks im Hochdruckbereich verwendet wird, eingesetzt werden. Insbesondere ist die erfindungsgemäße Vorgehensweise zur Steuerung eines Pumpe-Leitungs-Düse­ systems geeignet.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform ist in Fig. 5 dargestellt. Dort ist eine sogenannte Boot-Einspritzung dar­ gestellt. Bei einer Boot-Einspritzung ist der Einspritzdruck während der Einspritzung annähernd konstant. Vorzugsweise wird eine angelagerte Voreinspritzung, die unmittelbar in die Haupteinspritzung übergeht, wobei der der Einspritzdruck während der angelagerten Voreinspritzung konstant ist, als Boot-Einspritzung bezeichnet.

In der ersten Teilfigur 5a ist die Spannung U, die am Piezo- Aktor 105 anliegt, aufgetragen. Die Teilfigur 5b zeigt den Zustand des Ventils 110 über der Zeit t. Die Teilfigur 5c zeigt den Zustand der Düsennadel 154 abhängig von der Zeit t. Die Teilfigur 5d zeigt den Verlauf des Druckes P in der Düsennadel bzw. im Hochdruckbereich.

Zum Zeitpunkt t1 beginnt die Ansteuerung der Pumpe-Düse- Einheit. Dies bedeutet, vom Zeitpunkt t1 bis zum Zeitpunkt 2 wird vom Steuergerät 160 ein solches Signal vorgegeben, daß das Ventil 110 schließt. Dies wird dadurch erreicht, daß die Spannung am Piezo-Aktor 105 von einem Minimalwert, der vor­ zugsweise Null ist auf einen zweiten Wert ansteigt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt dieser Anstieg li­ near. Der Anstieg der Spannung am Piezo-Aktor 105 hat zur Folge, daß das Ventil 110 sich langsam von seiner offenen in seine geschlossene Position bewegt. Die Düsennadel zeigt noch keine Reaktion, sie bleibt in ihrer geschlossenen Posi­ tion. Der Druck im Hochdruckbereich steigt an.

Im Zeitraum zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 erfolgt die Ansteuerung des Piezo-Aktors 105 derart, daß das Ventil 110 für eine vorgebbare Zeitdauer in seiner geschlossenen Posi­ tion bleibt, d. h. die Spannung U am Piezo-Aktor bleibt auf ihrem hohen Wert. Dies hat zur Folge, daß das Ventil 110 in seiner geschlossenen Position bleibt. Der Druck P im Hoch­ druckbereich steigt weiter an. Zum Zeitpunkt t3 bzw. kurz vor dem Zeitpunkt t3 erreicht der Druck P einen solchen Wert, daß die Düsennadel 154 in ihre geöffnete Position übergeht und die Kraftstoffeinspritzung freigibt.

Ab dem Zeitpunkt t3 wird die Spannung bis zum Zeitpunkt t4 auf einen Zwischenwert zurückgenommen, dies hat zur Folge, daß das Ventil 110 sich in Richtung der erste Zwischenposi­ tion bewegt. Dies hat zur Folge, dass eine kleine Kraft­ stoffmenge über das Ventil 110 abfließt.

Im Zeitraum zwischen den Zeitpunkten t4 und t5 wird das Ven­ til 110 in der Zwischenposition gehalten. Dies wird dadurch erreicht, daß die Spannung U am Piezo-Aktor auf seinem Zwi­ schenwert gehalten wird.

Die durch das Ventil 110 abfliessende Kraftstoffmenge hängt von mehreren Parametern ab. Dies sind unter anderem die Drehzahl N der Brennkraftmaschine, die Kraftstoffmenge QH, die über die Düsenöffnung 156 abfließt, die Nockenform C1000, die von der Winkellage der Einspritzung abhängt, und der Querschnitt A, den das Ventil in seiner Zwischenposition freigibt. Bei dem Querschnitt A und der Kraftstoffmenge QH handelt es sich um nahezu konstante Größen. Wogegen die Drehzahl starken Änderungen unterworfen ist.

Durch Auslegung des Systems kann bei einer Drehzahl erreicht werden, dass eine solche Kraftstoffmenge abfließt, dass der Druck konstant bleibt. Dies hat zur Folge, dass ab der Öff­ nung der Düsennadel 154 mit kleinem, nahezu konstantem Druck Kraftstoff zugemessen wird. Eine solche angelagerte Ein­ spritzung wird auch als Boot-Einspritzung und die Zeitdauer in der das Ventil seine Zwischenposition einnimmt als Boot- Phase bezeichnet. Im wesentlichen entspricht die Zeit zwi­ schen den Zeitpunkten t3 und t4 der Boot-Phase.

Problematisch ist, dass der Druck bei einer bestimmten Aus­ legung nur in einem Betriebszustand konstant bleibt. Bei größeren Drehzahlen steigt der Druck in der Bootphase an. Bei kleineren Drehzahlen fällt der Druck ab. Wird die Zeit­ dauer zwischen den Zeitpunkten t2 und t3, in denen das Ven­ til 110 geschlossen ist zu kurz gewählt, so kann der Fall eintreten, dass der Druck während der Boot-Phase soweit ab­ fällt, dass die Düsennadel 154 wieder schließt und die Ein­ spritzung unterbrochen wird. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die Drehzahl kleine Werte annimmt und/oder bei einer ungünstigen Auslegung des Systems, insbesondere bei einer ungünstigen Dimensionierung des Querschnitts A.

Erfindungsgemäß ist deshalb vorgesehen, dass die Zeitdauer, in der das Ventil geschlossen ist betriebspunktabhängig vor­ geben wird. Dies erfolgt vorzugsweise derart, dass der Druck in dieser Phase soweit ansteigt, dass er in der Boot-Phase nicht soweit abfällt, dass die Düsennadel schließt.

Ferner ist es möglich durch die Vorgabe der Schließdauer des Ventils 110, das heißt dem Abstand zwischen t2 und t3, den Druck P und damit die Einspritzmenge und/oder die Einspritz­ rate in der Bootphase auf vorgebbare Werte einzustellen. Vorzugsweise wird deshalb die Zeitdauer zwischen den Zeit­ punkten t2 und t3, in der das Ventil 110 vor der Boot-Phase geschlossen ist, abhängig von wenigstens der Drehzahl der Brennkraftmaschine vorgegeben. Ferner kann diese Zeitdauer abhängig von einer Größe, die den Einspritzbeginn charakte­ risiert vorgegeben werden. Dadurch kann der Einfluss der Nockenform C1000 berücksichtigt werden.

Zwischen dem Zeitpunkt t5 und t6 wird das Steuerventil 110 wieder geschlossen, d. h. die Spannung am Piezo-Aktor 105 steigt wieder auf seinen Maximalwert an. Dies hat zur Folge, daß das Ventil 110 in seinen geschlossenen Zustand übergeht. Der Druck P im Hochdruckbereich beginnt wieder anzusteigen.

Im Zeitraum zwischen den Zeitpunkten t6 bis t7 wird das Ven­ til 110 in seiner geschlossenen Position gehalten. D. h. die Spannung am Piezo-Aktor bleibt auf ihrem maximalen Wert. Das Ventil 110 verbleibt in seiner geschlossenem Position. In­ folgedessen steigt der Druck P im Hochdruckbereich stark an.

Bei der besonders vorteilhaften Ausführungsform wird zwi­ schen dem Zeitpunkt t7 und t8 die Spannung U am Piezo-Aktor nach Erreichen der geöffneten Position der Düsennadel um ei­ nen kleinen Wert zurückgefahren. Dies hat zur Folge, daß das Ventil 110 nicht völlig geöffnet ist. Dies bedeutet, daß Ventil 110 wird in der zweiten Zwischenposition gehalten, die sich nur unwesentlich von der geschlossenen Position un­ terscheidet. Dies bedeutet, es kann eine geringe Menge an Flüssigkeit entweichen. Besonders vorteilhaft ist der Quer­ schnitt derart gewählt, daß kein weiterer Anstieg des Druc­ kes erfolgt. Dies bedeutet, daß der Druck während des Zeit­ raumes t7 bis t8 nahezu konstant bleibt, d. h. daß es sich ein Druckplateau ergibt. Auch dieser Abschnitt kann als Boot-Einspritzung bezeichnet werden.

Bei einer vereinfachten Ausführungsform kann in dem Zeitraum t7 bis t8 entsprechend wie im Zeitraum zwischen t6 und t7 der Maximalwert der Spannung vorgegeben werden, wobei das Ventil 110 in diesem Zeitraum in seiner geschlossenen Posi­ tion verbleibt. Dadurch können höhere Druckwerte erreicht werden.

Im Zeitraum zwischen den Zeitpunkten t8 und t9 kann die Spannung auf einen dritten Zwischenwert abgesenkt werden. Dies bedeutet, daß das Ventil 110 in eine dritte Zwischenpo­ sition übergeht. Dies hat zur Folge, daß der Druck P abfällt und daß bei einem bestimmten Druck die Düsennadel in ihren geschlossenen Zustand übergeht. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Wert dieser Spannung abhängig vom Betriebszu­ stand vorgebbar ist. Dadurch kann erreicht werden, daß der Druckabbaurate, das heißt die Druckänderung innerhalb einer bestimmten Zeit, abhängig vom Betriebszustand der Brenn­ kraftmaschine vorgebbar ist.

Im Zeitraum zwischen den Zeitpunkten t9 und t10 wird das Ventil 110 in der dritten Zwischenposition gehalten.

Ab dem Zeitpunkt t10 wird der Piezo-Aktor derart angesteu­ ert, daß das Ventil 110 öffnet, d. h. die Spannung wird auf ihren Ausgangswert zurückgenommen. Dies hat zur Folge, daß das Ventil in seine völlig geöffnete Position übergeht. Der Druck P fällt auf den Druckwert im Niederdruckbereich ab, und die Düsennadel verbleibt in ihrer geschlossenen Positi­ on.

Erfindungsgemäß wird das Stellelement derart angesteuert wird, daß der Kraftstoffdruck während wenigsten einer Phase der Einspritzung konstant bleibt. Vorzugsweise ist liegt ei­ ne der Phase am Beginn der Einspritzung nachdem ein bestimm­ ter Druck erreicht ist. Eine zweite Phase liegt am Ende der Einspritzung, damit der Druck auf einen konstanten Wert be­ grenzt wird. Dies bedeutet daß der Kraftstoffruck wenigstens zu Beginn der Einspritzung in dem Zeitabschnitt zwischen den Zeitpunkten t4 und t5 und/oder am Ende der Einspritzung zwi­ schen den Zeitpunkten tt7 und t8 konstant bleibt.

Dadurch ist es möglich, dass das Einspritzsystem auf größere Druckanstiege und/oder größere Drücke ausgelegt wird. Vor­ teilhaft ist hierbei, dass in bestimmten Betriebszuständen, bei denen der Druck langsam ansteigt, beispielsweise bei kleinen Drehzahlen, können schnellere Druckanstiege und/oder höhere Drücke als bei üblicher Auslegung des Systems er­ reicht werden. In anderen Betriebszuständen, bei denen der Druck schnell und/oder auf hohe Werte ansteigt, beispiels­ weise bei hohen Drehzahlen, können die Druckwerte mittels der sogenannten Boot-Einspritzung am Ende der Zumessung auf vorgebbare Werte begrenzt werden.

Durch die Boot-Einspritzung am Ende der Einspritzung kann der Anstieg des Drucks am Ende der Einspritzung, der bei nockengetriebenen Systemen, wie beispielsweise bei Pumpe- Düse-Systemen, auf Grund der Nockenform unvermeidlich ist, reduziert werden.

Besonders vorteilhaft ist es, daß das Stellelement derart angesteuert wird, daß das Ventil in einer Phase zu Beginn der Einspritzung für eine vorgebbare Zeit geschlossen bleibt. Dadurch kann ein schneller Druckanstieg erreicht werden. Diese Phase wird vorzugsweise durch die Zeitpunkte t2 und t3 definiert. Von Vorteil ist es, wenn anschließend an diese Phase, das Stellelement derart angesteuert wird, daß der Kraftstoffdruck konstant bleibt.

Claims (11)

1. Verfahren zur Steuerung der Kraftstoffzumessung in eine Brennkraftmaschine, mit einem Ventil zur Steuerung des Kraftstoffflußes in die Brennkraftmaschine, wobei das Ventil mittels eines Stellelements so angesteuert wird, daß es in einer ersten Position den Kraftstofffluß unter­ bindet und daß es in einer zweiten Position den Kraft­ stofffluß völlig freigibt, dadurch gekennzeichnet, daß in bestimmten Betriebszuständen das Stellelement derart an­ gesteuert wird, daß das Ventil wenigstens eine Zwischen­ position einnimmt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil zwischen zwei Teileinspritzungen derart ange­ steuert wird, daß es in einer ersten Zwischenposition verbleibt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil während einer Einspritzung derart ange­ steuert wird, daß es in einer zweiten Zwischenposition verbleibt.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil am Ende einer Einspritzung derart ange­ steuert wird, daß es in einer dritten Zwischenposition verbleibt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Zwischenposition abhängig von einer gewünschten Druckabbaurate eingestellt wird.

6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenposition abhängig von we­ nigstens einer den Betriebszustand der Brennkraftmaschine charakterisierenden Größe eingestellt wird.

7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellelement als Piezo-Aktor aus­ gebildet ist.

8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellelement derart angesteuert wird, daß der Kraftstoffdruck während wenigsten einer Phase der Einspritzung konstant bleibt.

9. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellelement derart angesteuert wird, daß das Ventil in einer Phase zu Beginn der Ein­ spritzung für eine vorgebbare Zeit geschlossen bleibt.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellelement derart angesteuert wird, daß anschlie­ ßend an die Phase, in der das Ventil geschlossen bleibt, das Stellelement derart angesteuert wird, daß der Kraft­ stoffdruck konstant bleibt.

11. Vorrichtung zur Steuerung der Kraftstoffzumessung in eine Brennkraftmaschine, mit einem Ventil zur Steuerung des Kraftstoffflußes in die Brennkraftmaschine, wobei das Ventil mittels eines Stellelements so angesteuert wird, daß es in einer ersten Position den Kraftstofffluß unter­ bindet und daß es in einer zweiten Position den Kraft­ stofffluß völlig freigibt, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, die in bestimmten Betriebszustän­ den das Stellelement derart ansteuern, daß das Ventil we­ nigstens eine Zwischenposition einnimmt.