DE102004053349A1

DE102004053349A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Ansteuerung eines Kraftstoffinjektors einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102004053349A1
Application number: DE102004053349A
Authority: DE
Inventors: Christian Hauser; Udo Dr. Reiländer; Heinz Lixl
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2004-11-04
Filing date: 2004-11-04
Publication date: 2006-05-18

Abstract

Um bei einer Ansteuerung eines mittels eines elektrischen Aktors betriebenen Injektors (22) zur Kraftstoffeinspritzung während Einspritzintervallen einer Brennkraftmaschine, bei welcher die Einspritzung während eines Einspritzintervalls durch wenigstens eine Einzeleinspritzung (M1, M2) erfolgt und eine Einzeleinspritzung (M1, M2) jeweils durch Zuführen eines Einzelansteuerpulses (P1, P2) zu dem Aktor ausgelöst wird, eine größere Unabhängigkeit des Einspritzverhaltens von der "Vorgeschichte" (Lastkollektiv) des Aktorbetriebs zu ermöglichen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass vor wenigstens einer Einzeleinspritzung (M1, M2) eines Einspritzintervalls dem Aktor wenigstens ein Konditionierpuls (PC) zugeführt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Ansteuerung eines Kraftstoffinjektors einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. 12.

Ein derartiges Verfahren sowie eine derartige Vorrichtung sind beispielsweise aus der DE 199 30 309 A1 bekannt. Diese Veröffentlichung beschäftigt sich mit der Problematik von Fertigungstoleranzen und -streuungen, die dazu führen, dass bei einem Einspritzsystem die Einspritzmenge unerwünschterweise von Injektor zu Injektor unterschiedlich ist. Um die Streuung der Injektoren im Einspritzverhalten zu verringern, wird gemäß dieses Stands der Technik eine Regelung der Einspritzmenge vorgeschlagen, wobei eine an einem Piezoelement-Aktor erfasste Spannung ausgewertet und zur Ermittlung einer tatsächlichen Einspritzmenge herangezogen wird.

Ein ähnliches Einspritzsystem ist in der DE 199 30 530 A1 beschrieben. In dieser Veröffentlichung wird ausgeführt, dass Fertigungstoleranzen, insbesondere bei einem Steuerventil und bei einem Piezoelement eines piezobetätigten Servo-Einspritzventils, sowie Streuungen in den elektrischen Eigenschaften einer Ansteuerschaltung des Piezoelements unerwünschterweise eine Variation des Einspritzverlaufes von Injektor zu Injektor hervorrufen können. Um eine genaue Einstellung des Einspritzverlaufes zu ermöglichen, wird eine Regelung der Kraftstoffeinspritzung bei einem Servo-Einspritzventil vorgeschlagen, bei welchem eine Stelleinrich tung so ausgebildet ist, dass ein variabel einstellbarer Hub eines Ventilkörpers eines Steuerventils ermöglicht ist.

Bei betriebsinternen Versuchen der Anmelderin hat sich herausgestellt, dass es insbesondere bei Verwendung eines piezoelektrischen Aktors als Stellglied eines Kraftstoffinjektors zu Unterschieden in den erzielbaren Einspritzraten und Einspritzmengen in Abhängigkeit der "Vorgeschichte" beim Betrieb des Aktors kommen kann. Diese unerwünschte Variation des Einspritzverhaltens eines Injektors tritt selbst dann auf, wenn die Aktivierung des Aktors in gut reproduzierbarer Weise erfolgt, wie es z. B. bei einem piezoelektrischen Aktor durch Regelung der eingespeicherten elektrischen Energie realisiert werden kann. Die unerwünschte Variation wird vermutlich durch eine Hysterese sowie vor allem durch ein zeitvariantes Kriech- bzw. Driftverhalten hervorgerufen, wobei für piezoelektrische Aktoren auch Änderungen in der Polarisation eine Rolle spielen dürften, die durch die großen und zeitvarianten mechanischen Druckbelastungen hervorgerufen werden. Wenn der Injektor mittels eines piezoelektrischen Aktors zur Einspritzung von Kraftstoff in Einspritzsequenzen umfassend mehrere Einzeleinspritzungen betrieben wird, so hängen die erzielbaren Einspritzraten von den jeweils vorangegangenen Lastkollektiven ab.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei der Ansteuerung eines mittels eines elektrischen Aktors betriebenen Injektors eine größere Unabhängigkeit des Einspritzverhaltens von der Vorgeschichte des Aktorbetriebs zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren nach Anspruch 1 bzw, einer Vorrichtung nach Anspruch 12. Die abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass vor wenigstens einer Einzeleinspritzung eines Einspritzintervalles dem Aktor wenigstens ein Konditionierpuls zugeführt wird. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit ferner zur Bereitstellung von Konditionierpulsen ausgebildet ist, die vor wenigstens einer Einzeleinspritzung eines Einspritzintervalles dem Aktor zuführbar sind.

Wesentlich ist gemäß der Erfindung, dass vor einer oder mehreren Einzeleinspritzungen dem elektrischen Aktor jeweils wenigstens ein Puls zugeführt wird, welcher das durch das vorangegangene Lastkollektiv entstandene "Gedächtnis" des Aktors beeinflusst. Diese Pulse konditionieren den Aktor gewissermaßen vor der entsprechenden Einzeleinspritzung und werden daher hier auch als "Konditionierpulse" bezeichnet. Die Zufuhr der Konditionierpulse versetzt den Aktor vor den betreffenden Einzeleinspritzungen in einen besser definierten Anfangszustand, der weniger oder nicht von einem vorangegangenen Lastkollektiv abhängt. Eine reproduzierbar vorgenommene Ansteuerung zur Auslösung einer Einzeleinspritzung führt daher im Betrieb des Injektors zu einer Verringerung des unerwünschten Variationsausmaßes im Einspritzverhalten.

Durch die bei der Erfindung vorgesehene Zufuhr von Konditionierpulsen ist an sich ein erhöhter Energieaufwand bei der Ansteuerung des Injektors zu erwarten. Es darf als überraschender Vorteil der Erfindung bezeichnet werden, dass ein solcher erhöhter Energieaufwand keineswegs zwingend ist. So hat es sich beispielsweise bei der Verwendung eines piezoelektrischen Aktors herausgestellt, dass mit der erfindungsgemäßen Ansteuerung bei gleichem Energiehaushalt die gleichen Einspritzraten bzw. Einspritzmengen darstellbar sind. Dies liegt daran, dass der durch eine Konditionierung des Aktors bewirkte Zustand des Aktors einen Anfangszustand für eine nachfolgende Einzeleinspritzung darstellen kann, der die Ansteuereffizienz des Aktors im Vergleich zum nichtkonditionierten Fall verbessert. Mit der erfindungsgemäßen Konditionierung können also nicht nur vergleichsweise "gleiche" Vorbedingungen sondern auch vergleichsweise "gute" Vorbedingungen für eine oder mehrere nachfolgende Einzeleinspritzungen geschaffen werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird als Aktor ein piezoelektrischer Aktor verwendet. Piezoelektrische Aktoren besitzen vorteilhaft eine sehr hohe Dynamik, was insbesondere zur Optimierung des Verbrennungsprozesses durch Einspritzung kleinster Kraftstoffmengen zur Voreinspritzung (Piloteinspritzung) und/oder Nacheinspritzung neben einer oder mehreren eigentlichen Einspritzungen (Haupteinspritzungen) nutzbar ist.

Insbesondere bei einer Verwendung eines Aktors mit vergleichsweise geringem Hub, wie z. B. dem erwähnten piezoelektrischen Aktor, ist eine Ausführungsform von Vorteil, bei welcher der Injektor ein mittels des elektrischen Aktors betätigtes hydraulisches Steuerventil zur Veränderung eines Kraftstoffdrucks in einem Steuerraum umfasst und das Einspritzventil abhängig von diesem Kraftstoffdruck hydraulisch betätigt wird. Damit lässt sich in vergleichsweise einfacher Weise eine Hubübersetzung bzw. ein vom Aktorhub unabhängiger Einspritzventilhub realisieren.

Bevorzugt erfolgt die Einspritzung während eines Einspritzintervalles in einer so genannten Einspritzsequenz umfassend mehrere Einzeleinspritzungen wie z. B. die oben erwähnten Vor-, Nach- und Haupteinspritzungen. Der Begriff "Einspritzintervall" bezeichnet hierbei denjenigen Zeitraum im (zyklischen) Betrieb der Brennkraftmaschine, in welchem der Brennkammer Kraftstoff zuzuführen ist. Eine oder mehrere Haupteinspritzungen erfolgen bei einer Brennkraftmaschine herkömmlicher Bauart typischerweise bei einem Kurbelwinkel von 0° OT, wohingegen eine oder mehrere gegebenenfalls vorgesehene Voreinspritzungen und/oder Nacheinspritzungen merklich vor bzw. nach der oder den Haupteinspritzungen erfolgen. Ein weiteres typisches Charakteristikum der Vor- und Nacheinspritzungen ist deren im Vergleich zu einer Haupteinspritzung wesentlich geringerer Maximalwert der Einzeleinspritzmenge. Dies bedingt wiederum einen im Vergleich zu Vor- und Nacheinspritzungen typischerweise erheblich größeren Maximalwert der Einspritzventilöffnungsdauer (Einspritzdauer) bei Haupteinspritzungen.

Wenngleich die Konditionierpulse mehr oder weniger beliebig im zeitlichen Verlauf des Einspritzbetriebs angeordnet sein können und insbesondere auch vor jeder Einzeleinspritzung vorgesehen sein können, so gibt es diesbezüglich abhängig von der konkreten Konstruktion der Brennkraftmaschine und der konkreten Wahl der Einspritzparameter (Anzahl und Art von Einzeleinspritzungen während eines Einspritzintervalles, Zeitpunkte des Beginns und des Endes der Einzeleinspritzungen, Einzeleinspritzmengen, Aktorbauart etc.) zumeist besonders günstige Zeitpunkte für die Konditionierpulse.

Für viele Anwendungsfälle hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn ein Konditionierpuls vor der ersten Einzeleinspritzung einer Einspritzsequenz vorgesehen ist. Damit werden bereits zu Beginn des betreffenden Einspritzintervalles die gewünschten Vorbedingungen für den Aktor geschaffen und sind somit für die gesamte Einspritzsequenz wirksam. Außerdem ist eine Konditionierung vor der ersten Einzeleinspritzung besonders vorteilhaft für den in der Praxis häufig vorkommenden Fall, dass die erste Einzeleinspritzung eine Voreinspritzung mit vergleichsweise geringer und somit vergleichsweise empfindlich auf das vorangegangene Lastkollektiv reagierender Einspritzmenge ist.

Sofern die Einspritzsequenz wenigstens eine Nacheinspritzung vorsieht, so ist in einer bevorzugten Ausführungsform ein Konditionierpuls vor der ersten Nacheinspritzung der Einspritzsequenz vorgesehen. Wieder besitzt die Konditionierung in diesem Fall eine erhöhte Bedeutung auf Grund der typischerweise kleinen Einspritzmenge bei einer Nacheinspritzung. Darüber hinaus ist diese Anordnung eines Konditionierpulses in der Zeitspanne zwischen der letzten Haupteinspritzung und der ersten Nacheinspritzung insofern besonders bedeutsam als die bei der oder den Haupteinspritzungen eingespritzte Kraftstoffmenge im Betrieb einer größeren (angesteuerten) Variation unterliegt, deren Auswirkung auf die nachfolgende Nacheinspritzung bzw. Nacheinspritzungssequenz durch die Konditionierung effizient verringert werden kann. Im Hinblick auf die größere Variationsbandbreite der Einspritzmenge bei einer Haupteinspritzung ist es generell von Vorteil, wenn nach jeder Hautpeinspritzung wenigstens ein Konditionierpuls angeordnet wird.

Die Aussage, wonach ein Konditionierpuls dem Aktor "vor einer Einzeleinspritzung" zugeführt wird, lässt zunächst offen, zu welchem Zeitpunkt der Konditionierpuls innerhalb der Zeitspanne zwischen der vorausgegangenen Einzeleinspritzung und der betreffenden Einzeleinspritzung vorgesehen ist. Dies ist jedoch für die meisten Anwendungsfälle bedeutsam für die mit einer Konditionierung erzielte Wirkung. So kann es beispielsweise vorkommen, dass der Aktor über eine mehr oder weniger kurze Zeitspanne unmittelbar nach dessen Konditionierung aus dem konditionierten Zustand "wegdriftet". Um diese in der Regel unerwünschte und zumeist undefinierte Veränderung des Aktorzustands vor der nachfolgenden Einzeleinspritzung ("zu beeinflussendes Ereignis") zu vermieden, kann beispielsweise vorgesehen sein, dass ein vor einer bestimmten Einzeleinspritzung vorgesehener Konditionierpuls vollständig in einem Zeitintervall liegt, welches innerhalb der letzten 60%, bevorzugt innerhalb der letzten 40% einer Zeitspanne von dem Ende der vorausgegangenen Einzeleinspritzung bis zum Beginn der betreffenden Einzeleinspritzung liegt. Damit steht dem Aktor vergleichsweise wenig Zeit für ein Wegdriften aus dem konditionierten Zustand zur Verfügung.

Im einfachsten Fall ist die Form eines Konditionierpulses im Wesentlichen rechteckig und unveränderlich von Konditionierpuls zu Konditionierpuls. Bei der Konditionierung eines piezoelektrischen Aktors können die entsprechenden Piezospannungsverläufe und/oder Piezoladungsverläufe im Wesentlichen rechteckig oder trapezförmig sein.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist jedoch vorgesehen, dass die Form des Konditionierpulses im Einspritzbetrieb variiert wird, insbesondere abhängig von wenigstens einem Motorbetriebsparameter. Damit lässt sich die Konditionierung dem jeweils aktuellen Motorbetriebszustand anpassen und somit auch optimieren. Eine solche angesteuerte Variation der Konditionierpulsform kann in einfacher Weise durch Berücksichtigung der betreffenden Motorbetriebsparameter als Eingangsgrößen eines Kennfelds zur Bereitstellung der Konditionierpulsform (und/oder von Konditionierpuls-Auslösesignalen) reali siert werden. Alternativ oder zusätzlich kann der bereitgestellten Konditionierpulsform eine Berechnung zugrunde liegen, z. B. im Rahmen einer ohnehin vorgesehenen Einspritzmengenberechnung in Abhängigkeit von Motorbetriebsparametern.

Beispiele für geeignete Motorbetriebsparameter sind die Motordrehzahl, der Einspritzdruck (z. B. Speicherdruck bei einem Speichereinspritzsystem), die Motortemperatur etc.

Derartige Motorbetriebsparameter können hierbei auch Betriebsparameter des verwendeten Einspritzsystems umfassen. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist beispielsweise vorgesehen, dass die Form eines Konditionierpulses abhängig von den Eigenschaften eines oder mehrerer unmittelbar vorausgegangener Einzeleinspritzung variiert wird.

Die angesteuerte Variation der Konditionierpulsform im Rahmen der Erfindung ist keineswegs auf die eigentliche Pulsverlaufsform beschränkt sondern kann auch die Zeitpunkte des Beginns und des Endes eines Konditionierpulses sowie die Amplitude betreffen. Bei einem im Wesentlichen rechteckigen Konditionierpuls kann z. B. die Variation der Länge und/oder Amplitude vorgesehen sein.

Die Konditionierpulse dienen zur Konditionierung des Aktors vor einer Einzeleinspritzung und sollten keine Öffnung des Einspritzventils bewirken, die zur Einspritzung einer Kraftstoffmenge führen könnte, die einen unerwünschten nennenswerten Einfluss auf den Verbrennungsprozess besitzt. Bevorzugt bewirkt der Konditionierpuls keine Öffnung des Einspritzventils. Dies schließt jedoch keineswegs aus, dass ein Konditionierpuls eine Vollauslenkung des Aktors hervorruft, da der Injektor bauartbedingt eine solche Vollauslenkung ohne nen nenswerte Einspritzung und insbesondere auch ohne Öffnung des Einspritzventils vorsehen kann. Bei den eingangs erwähnten Servo-Injektoren, wie sie z. B. aus der DE 199 30 309 A1 und der DE 199 30 530 A1 bekannt sind, führt eine nur sehr kurzzeitige Vollauslenkung des Piezoaktors zwar zu einer Betätigung des Steuerventils und somit zu einem Abfall des Kraftstoffdrucks in einem Steuerraum, nicht jedoch zu einer öffnenden Betätigung des eigentlichen Kraftstoff-Einspritzventils. Die Öffnung des Einspritzventils setzt neben einem gewissen Mindesthub des Aktors (z. B. typisch etwa 80% der Vollauslenkung) ein gewisses zeitliches Andauern des Pulses voraus. Die Einspritzventilöffnung (wie auch das Schließen des Einspritzventils) sind gegenüber dem ansteuernden Puls zeitlich verzögert. Daher kann insbesondere bei dieser Injektorbauart eine Vollauslenkung des elektrischen Aktors zur Konditionierung vorgesehen sein ohne damit zwingend eine Einspritzung auszulösen. Eine Vollauslenkung oder wenigstens weitgehende (z. B. mehr als 80%) Auslenkung des Aktors durch einen Konditionierpuls ist oftmals sogar günstig, da die Konditionierwirkung damit besonders groß werden kann. Mit einer Vollauslenkung kann unter Umständen "das gesamte Gedächtnis" der Aktorstruktur gelöscht bzw. erneuert werden. Wenn mit einem Konditionierpuls nicht die Vollauslenkung des Aktors hervorgerufen wird, so kann demgegenüber das Gedächtnis der Aktorstruktur zumindest soweit beeinflusst werden, dass die betreffenden nachfolgenden Einzeleinspritzmengen den Sollwerten (z. B. einer Einspritzmengenregelung) angeglichen werden können. Durch derartige geringere Aktorauslenkungen kann beispielsweise ein piezoelektrischer Aktor sehr effizient bezüglich des so genannten Aktorkriechens in dem resultierenden Einspritzverhalten verbessert werden.

Bei einer Injektorbauart, für welche erst nach Überschreitung einer Mindestauslenkung des Aktors ein Öffnen des Einspritzventils bewerkstelligt werden kann, ist es in vielen Anwendungsfällen vorteilhaft, wenn ein Konditionierpuls in seinem Verlauf wenigstens einen Maximalwert erreicht, der nur geringfügig unterhalb dieser Betätigungsschwelle liegt (z. B. mindestens 80% des zur Einspritzventilöffnung führenden Ansteuersignalwerts). Vorteilhaft können derartige unter der Betätigungsschwelle bleibende Konditionierpulse vergleichsweise lang andauernd vorgesehen sein. Insbesondere können sich solche Konditionierpulse dann über einen Großteil der Zeitspanne zwischen unmittelbar benachbarten Einzelansteuerpulsen erstrecken.

Die erfindungsgemäße Ansteuervorrichtung umfasst Mittel zur Ausführung des oben erläuterten Ansteuerverfahrens.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es stellen schematisch dar:
1 ein Speichereinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine, und
2 zeitliche Verläufe eines Ansteuerstroms (2a) für einen im System nach 1 verwendeten piezoelektrischen Aktor, einer daraus sich ergebenden Ansteuerspannung (2b) des Piezoaktors und einer daraus sich ergebenden Kraftstoffeinspritzrate (2c).
1 zeigt eine Einspritzanlage 10 für eine Brennkraftmaschine (nicht dargestellt), umfassend einen Druckspeicher 12 zum Speichern von mittels einer Hochdruckpumpe 14 aus einem Kraftstofftank 16 in den Druckspeicher 12 gefördertem Kraftstoff (z. B. Diesel) und eine über eine Druckleitungsanordnung 18 mit dem Druckspeicher 12 verbundene Injektoranordnung 20 zum Einspritzen des Kraftstoffs in Brennkammern der Brennkraftmaschine. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel besteht die Injektoranordnung 20 aus vier Injektoren 22, die über vier separate Druckleitungen aus dem hierfür gemeinsam vorgesehenen Druckspeicher 12 mit Kraftstoff versorgt werden und jeweils als piezobetätigtes Servoeinspritzventil ausgebildet sind. Ferner erkennt man zwei Kraftstofffilter 24 und 26 zur Grob- und Feinfilterung des Kraftstoffs, der über eine Vorförderpumpe 28 zu einem Eingang der Hochdruckpumpe 14 gefördert wird, eine Hochdruckleitung 30 zur Förderung des unter Systemdruck gesetzten Kraftstoffs von der Hochdruckpumpe 14 in den Druckspeicher 12, einen Hochdrucksensor 32 zur Messung des Drucks im Druckspeicher 12, eine von der Hochdruckpumpe 14 ausgehende Kraftstoffrückleitung 34 zur Abfuhr von überschüssigem Kraftstoff von der Pumpe 14 zu einer Leckagesammelleitung 36 und somit weiter zurück in den Kraftstofftank 16, sowie ein elektronisches Motorsteuergerät ECU mit einer Reihe von Eingangsanschlüssen 38 und einer Reihe von Ausgangsanschlüssen 40, mittels welcher in an sich bekannter Weise insbesondere Betriebsparameter der Brennkraftmaschine und der Einspritzanlage über die Eingangsanschlüsse 38 erfasst und ausgewertet werden und Signale an den Ausgangsanschlüssen 40 bereitgestellt werden, mit welchen die elektrischen und elektronischen Komponenten des Systems gesteuert werden, z. B. die dargestellten Komponenten 28, 14, 20. Bedingt durch die Konstruktion der Injektoren 22 wird im Betrieb ein Teil des über die Druckleitungsanordnung 18 zugeführten Kraftstoffes über eine Leckageleitungsanordnung 42 wieder abgeführt.
Jeder Injektor 22 ist von der an sich bekannten Bauart, wie sie z. B. in den oben erwähnten Veröffentlichungen DE 199 30 309 A1 und DE 199 30 530 A1 beschrieben ist, und weist einen Steuerraum sowie einen Düsenraum auf, die beide über die jeweilige Druckleitung mit Kraftstoff aus dem Druckspeicher 12 versorgt werden, wobei dieser Kraftstoff unter dem von der Hochdruckpumpe 14 bereitgestellten, hohen Systemdruck steht. Ein Einspritzvorgang wird jeweils initiiert durch Druckverringerung im Steuerraum des jeweiligen Injektors 22, welcher zu diesem Zweck mit einem piezoelektrisch betätigten Steuerventil zum Freisetzen von Kraftstoff aus dem Steuerraum in eine Leitung der Leckageleitungsanordnung 42 versehen ist.
Die Ansteuerung des in einem Injektor 22 untergebrachten piezoelektrischen Aktors erfolgt in an sich bekannter Weise mittels einer Endstufe, die einen Teil des Motorsteuergeräts ECU bildet und zu vorbestimmten Zeitpunkten Spannungspulse erzeugt und über eine Ansteuerleitungsanordnung 44 an die betreffenden Injektoren 22 ausgibt. Im Betrieb der Einspritzanlage 10 kann mit einem solchen Spannungspuls (oder äquivalent: mit einem Paar von Strompulsen entgegengesetzter Polarität) der eine im Wesentlichen kapazitive Last darstellende Piezoaktor zeitweise aufgeladen und somit betätigt werden. Der Piezoaktor kann dann über eine Wirkverbindung ein Stellglied des Steuerventils betätigen, wodurch es zu dem erwähnten Druckabfall im Steuerraum kommt und das zeitweise Öffnen des hydraulisch betätigten Einspritzventils bewirkt wird.
Die Einspritzung von Kraftstoff erfolgt während konstruktionsbedingt vorgesehenen Einspritzintervallen der Brennkraftmaschine, wobei die Einspritzung während eines dieser Einspritzintervalle jeweils durch mehrere Einzeleinspritzungen erfolgt, die in der erläuterten Weise durch jeweils einen Einzelansteuerpuls ausgelöst werden.
Bei den Einzeleinspritzungen handelt es sich um eine oder mehrere Voreinspritzungen, eine oder mehrere Haupteinspritzungen und eine oder mehrere Nacheinspritzungen, die zusammen eine so genannte Einspritzsequenz bilden. Die Einspritzsequenz (Anzahl und Art der Einzeleinspritzungen) kann von Motor zu Motor verschieden sein und auch für einen bestimmten Motor abhängig vom Betriebszustand variiert werden.
2 veranschaulicht anhand einer Zeitverlaufsdarstellung beispielhaft einen Teil (z. B. den Beginn) einer solchen Einspritzsequenz, in welchem eine Voreinspritzung und eine Haupteinspritzung stattfindet.
2b zeigt den zeitlichen Verlauf der an einem Piezoaktor eines Injektors 22 angelegten Piezospannung U(t). Man erkennt in diesem Verlauf einen Einzelansteuerpuls P1 zur Auslösung einer Voreinspritzung sowie einen Einzelansteuerpuls P2 zur Auslösung einer Haupteinspritzung.
Diese Einzelansteuerpulse P1 und P2 werden jeweils durch eine geregelte Aufladung und Entladung des Piezoaktors mit geeignet von dem Motorsteuergerät ECU gebildeten Strompulsen bewirkt, die in der Darstellung des Piezostroms I(t) von 2a ersichtlich sind und für die Voreinspritzung zu Zeitpunkten t11 und t12 erfolgen und für die Haupteinspritzung zu Zeitpunkten t21 und t22 erfolgen.
Aus der Darstellung der Kraftstoffeinspritzrate Mf(t) nach 2c ist ersichtlich, dass die Einzelansteuerpulse P1 und P2 nach einer gewissen zeitlichen Verzögerung zu entsprechen den Einspritzratenpulsen M1 (Voreinspritzung) und M2 (Haupteinspritzung) führen. Die bei jeder dieser Einzeleinspritzungen M1, M2 eingespritzte Kraftstoffmenge entspricht der Fläche unter den Pulsen M1 und M2.
Typische Parameter einer in 2 lediglich beispielhaft und nur teilweise dargestellten Einspritzsequenz können wie folgt vorgesehen sein:

– Voreinspritzung(en): Einspritzung von 1–2mm³ Kraftstoff in einem Zeitraum von 190–230μs
– Haupteinspritzung(en): Einspritzung von 1–60mm³ Kraftstoff in einem Zeitraum von 200μs–1ms
– Nacheinspritzung(en): Einspritzung von 1–8mm³ Kraftstoff in einem Zeitraum von 200–400μs

Diese Werte sind lediglich beispielhaft zu verstehen und können in der Praxis erheblich variieren.
Der konkrete Verlauf des Piezostroms I(t) bzw. der Piezospannung U(t) wird von dem Motorsteuergerät ECU in an sich bekannter Weise zur Auslösung der Einzeleinspritzungen anhand des aktuellen Motorbetriebszustands und weiterer Eingabegrößen (z. B. Gaspedalstellung) mittels Berechnungen und/oder einem gespeicherten Kennfeld vorgegeben. Wenngleich die hier verwendeten piezoelektrischen Aktoren sehr rasch ansprechen, so unterliegen diese Aktoren einem zeitvarianten Ansprechverhalten auf Grund von Hysterese- und Kriech- bzw. Drifteffekten. Darüber hinaus unterliegen die piezoelektrischen Aktoren zeitvarianten Änderungen in der Polaristation der Piezokeramik auf Grund der auftretenden, variierenden mechanischen Druckbelastung (z. B. variierender Druck im Druckspeicher 12). Im Ergebnis kann somit selbst mit einer genau reproduzierenden Ansteuerung des Piezoaktors eine nicht genau vorhersehbare Aktorauslenkung und somit Einspritzmenge hervorgerufen werden. Insbesondere hängt der bei einer Einzeleinspritzung erzielte Einspritzratenverlauf bzw. die Einspritzmenge von den Eigenschaften des vorangegangenen Aktorlastkollektivs ab. Diese nachteiligen Variationseffekte können durch eine geeignete Regelung zwar verringert werden. Dies jedoch nicht besonders rasch und somit kaum vollständig.
Zur Verringerung der Abhängigkeit des Einspritzverhaltens von dem vorangegangenen Lastkollektiv werden die Piezoaktoren der dargestellten Einspritzanlage 10 von Zeit zu Zeit "konditioniert". Damit können die Injektoren 22 vor einer Einzeleinspritzung in einen besser definierten (reproduzierbaren) und darüber hinaus hinsichtlich des Wirkungsgrades verbesserten Anfangszustand versetzt werden.
Eine solche Konditionierung des Piezoaktors vor einer Voreinspritzung und vor einer Haupteinspritzung ist auch in 2 dargestellt (vgl. 2b). Jeweils vor den Einzelansteuerpulsen P1 und P2 sind Konditionierpulse PC vorgesehen, die durch entsprechende Paare von Strompulsen zu Zeitpunkten tc1, tc2 (vgl. 2a) vorgesehen sind. Bei dem dargestellten Beispiel sind die Konditionierspannungspulse PC wie die eigentlichen Ansteuerpulse P1, P2 im Wesentlichen rechteckig, besitzen jedoch eine vergleichsweise geringe Amplitude, so dass diese Konditionierpulse PC keine Öffnung des Einspritzventils (und eine daraus resultierende Einspritzung) bewirken. Letzteres ist aus 2c ersichtlich (Einspritzrate Mf(t) nichtverschwindend nur bei M1 und M2).
Das Motorsteuergerät ECU erzeugt neben den eigentlichen Einzelansteuerpulsen zur Auslösung von Vor-, Haupt- und Nacheinspritzungen auch die Konditionierpulse PC, und zwar abhängig von Motorbetriebsparametern, die als Mess- oder Berechungsgrößen dem Motorsteuergerät zur Verfügung stehen.
Durch die Vorkonditionierung können die durch die Betriebsvorgeschichte beeinflussten Effekte sowie die durch die Last bedingten Depolarisations- und Kriecheffekte minimiert werden. Damit können insbesondere bereits vor der ersten Einzeleinspritzung in einem Einspritzszenario reproduzierbare Verhältnisse geschaffen werden. Damit ist es mit größerer Genauigkeit möglich, die gewünschten Einspritzraten einzustellen. Die Anzahl, Anordnung und Gestalt des oder der Konditionierpulse können dabei fest vorgegeben oder variabel vorgesehen sein.

Claims

Verfahren zur Ansteuerung eines mittels eines elektrischen Aktors betriebenen Injektors (22) zur Einspritzung von Kraftstoff in eine Brennkammer einer Brennkraftmaschine während Einspritzintervallen der Brennkraftmaschine, wobei die Einspritzung während eines Einspritzintervalles durch wenigstens eine Einzeleinspritzung (M1, M2) erfolgt und eine Einzeleinspritzung (M1, M2) jeweils ausgelöst wird durch Zuführen eines ein zeitweises Öffnen eines Einspritzventils des Injektors (22) bewirkenden Einzelansteuerpulses (P1, P2) zu dem Aktor, dadurch gekennzeichnet, dass vor wenigstens einer Einzeleinspritzung (M1, M2) eines Einspritzintervalles dem Aktor wenigstens ein Konditionierpuls (PC) zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei als Aktor ein piezoelektrischer Aktor verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Injektor (22) ein mittels des elektrischen Aktors betätigtes hydraulisches Steuerventil zur Veränderung eines Kraftstoffdrucks in einem Steuerraum umfasst und das Einspritzventil abhängig von diesem Kraftstoffdruck hydraulisch betätigt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Einspritzung während eines Einspritzintervalles in einer Einspritzsequenz umfassend mehrere Einzeleinspritzungen (M1, M2) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei ein Konditionierpuls (PC) vor der ersten Einzeleinspritzung (M1) einer Einspritzsequenz vorgesehen ist.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Einspritzsequenz wenigstens eine Haupteinspritzung (M2) und wenigstens eine Voreinspritzung (M1) und/oder Nacheinspritzung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei ein Konditionierpuls (PC) vor der ersten Nacheinspritzung einer Einspritzsequenz vorgesehen ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei ein vor einer bestimmten Einzeleinspritzung (M2) vorgesehener Konditionierpuls (PC) vollständig in einem Zeitintervall liegt, welches innerhalb der letzten 60%, bevorzugt innerhalb der letzten 40% einer Zeitspanne von dem Ende der vorausgegangenen Einzeleinspritzung (t12) bis zum Beginn der betreffenden Einzeleinspritzung (t21) liegt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Form eines Konditionierpulses (PC) im Wesentlichen rechteckig ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Form eines Konditionierpulses (PC) abhängig von wenigstens einem Motorbetriebsparameter variiert wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Form eines Konditionierpulses (PC) abhängig von den Eigenschaften einer oder mehrerer unmittelbar vorausgegangener Einzeleinspritzungen (M1, M2) variiert wird.
Vorrichtung (ECU, 44) zur Ansteuerung eines mittels eines elektrischen Aktors betriebenen Injektors (22) zur Einspritzung von Kraftstoff in eine Brennkammer einer Brennkraftmaschine während Einspritzintervallen der Brennkraftmaschine, wobei die Einspritzung während eines Einspritzintervalles durch wenigstens eine Einzeleinspritzung (M1, M2) erfolgt und eine Einzeleinspritzung (M1, M2) jeweils ausgelöst wird durch Zuführen eines ein zeitweises Öffnen eines Einspritzventils des Injektors (22) bewirkenden, von einer Steuereinheit (ECU) bereitgestellten Einzelansteuerpulses (P1, P2) zu dem Aktor, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (ECU) ferner zur Bereitstellung von Konditionierpulsen (PC) ausgebildet ist, die vor wenigstens einer Einzeleinspritzung (M1, M2) eines Einspritzintervalles dem Aktor zuführbar sind.