DE102012215777A1 - Fluid metering valve used as fuel injection valve of fuel injection system for combustion engine used in motor car, has electrical switch that is closed at predetermined adjusting opening stroke of control module - Google Patents
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Abstract
Description
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung geht aus von einem Ventil zum Zumessen von Fluid, insbesondere zum dosierten Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum eines Verbrennungsmotors, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wobei der für ein strömendes oder fließendes Medium stehende übergeordnete Begriff Fluid in Übereinstimmung mit der Strömungslehre für Gase und Flüssigkeiten verwendet wird. The invention relates to a valve for metering fluid, in particular for the metered injection of fuel into the combustion chamber of an internal combustion engine, according to the preamble of
Ein bekanntes Kraftstoffeinspritzventil für Kraftstoffeinspritzanlagen von Verbrennungsmotoren (
Bei einem ebenfalls bekannten Einspritzventil (
Bei diesen bekannten Kraftstoffeinspritzventilen wird zur hochgenauen Zumessung des Kraftstoffs der piezoelektrische Aktor mit einem ventilindividuell festgelegten Steuersignal einer elektrischen Steuergröße, Strom oder Spannung, so angesteuert, dass ein gewünschter Nennhub der Ventilnadel ausgelöst und damit die gewünschte Kraftstoffmenge für den Motorbetrieb eingespritzt wird. Infolge von z.B. Verschleiß und Änderung des Hubs des piezoelektrischen Aktors verändert sich während der Betriebsdauer des Ventils auch der Hub der Ventilnadel bzw. das Hubintegral. Dadurch verändert sich auch die zugemessene Kraftstoffmenge. Die Änderung des Hubs ist dabei u. a. gekennzeichnet durch eine Änderung des mittleren Nennhubs, auch Hubplateau genannt, oder des zeitlichen Hubverlaufs der Ventilnadel, hier z.B. Verzögerungszeit und Hubgradient. Die Ausprägung der Hubänderung der Ventilnadel sowie die dafür erforderliche Betriebsdauer und Betriebsbedingungen sind ventilindividuell und somit nicht hinreichend genau empirisch zu bestimmen. Bislang werden die Hubänderung und die damit verbundene Durchflussänderung des Kraftstoffs motorisch über das zylinderindividuelle Verdrehmoment des Verbrennungsmotors oder über den Lambda-Wert bestimmt. Für beide Verfahren müssen zusätzliche definierte Motorbetriebspunkte gefahren werden. Diese führen jedoch zu einer Erhöhung der Abgas- und Verbrauchswerte. Die Genauigkeit der Verfahren liegt aufgrund der nur indirekten Bestimmung der Regelgrößen bei ca. 5%.In these known fuel injection valves for highly accurate metering of the fuel, the piezoelectric actuator with a valve individually set control signal of an electrical control variable, current or voltage, so controlled that a desired rated lift of the valve needle triggered and thus the desired amount of fuel for engine operation is injected. As a result of e.g. Wear and change of the stroke of the piezoelectric actuator also changes during the operating time of the valve, the stroke of the valve needle and the Hubintegral. This also changes the metered amount of fuel. The change of the stroke is u. a. characterized by a change in the mean rated stroke, also called Hubplateau, or the temporal stroke course of the valve needle, here e.g. Delay time and stroke gradient. The manifestation of the stroke change of the valve needle as well as the operating time and operating conditions required for it are valve-individual and therefore can not be determined empirically with sufficient accuracy. So far, the stroke change and the associated flow change of the fuel are determined by the engine via the cylinder-specific torque of the internal combustion engine or via the lambda value. For both methods, additional defined engine operating points must be run. However, these lead to an increase in the exhaust gas and consumption values. The accuracy of the method is due to the only indirect determination of the controlled variables at about 5%.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Das erfindungsgemäße Ventil zum Zumessen von Fluid mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass mittels des elektrischen Schalters Veränderung des Hubs des Steuermoduls während der Betriebszeit des Ventils in Intervallen erfasst und ventilindividuell nachgeregelt werden können. Das Steuermodul schließt bei Ausführen eines Justier-Öffnungshubs, der größer ist als sein Öffnungshub und kleiner als sein maximal möglicher Hub im Normalbetrieb des Ventils, den elektrischen Schalter, so dass ein auswertbares Schließsignal zur Verfügung steht. Der „Normalbetrieb des Ventils“ ist bei Einsatz des Ventils als Kraftstoffeinspritzventil in Kraftstoffeinspritzanlagen von Verbrennungsmotoren durch die vom Verbrennungsmotor durchlaufenen Betriebsbereiche Leerlauf, Teillast und Volllast festgelegt, wobei zumindest bei Volllast das Ventil mit maximalem Öffnungshub arbeitet. Im Normalbetrieb des Ventils wird in vorzugsweise regelmäßigen Intervallen das Steuermodul zum Ausführen des Justier-Öffnungshubs angesteuert, so dass der elektrische Schalter schließt. Basierend auf der Auswertung des Schließsignals kann dann der Hub des Steuermoduls für den Normalbetrieb nachjustiert werden.The valve according to the invention for metering fluid with the features of
Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Ventils möglich.The measures listed in the further claims advantageous refinements and improvements of the
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der elektrische Schalter in einem fluidfreien Abschnitt des Ventilgehäuses angeordnet. Durch diese konstruktive Maßnahme ist eine einfache Integration des Schalters innerhalb des Ventilgehäuses ohne zusätzlichen Aufwand für eine gesonderte elektrische Isolierung gegenüber dem Fluid möglich. According to an advantageous embodiment of the invention, the electrical switch is arranged in a fluid-free section of the valve housing. By this design measure, a simple integration of the switch within the valve housing without additional effort for a separate electrical isolation from the fluid is possible.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist das Steuermodul eine den Schließ- und Öffnungshub ausführende Ventilnadel, eine die Ventilnadel zum Schließhub antreibende Ventilschließfeder und einen die Ventilnadel zum Öffnungshub antreibenden elektrischen Aktor auf. Der Schließkontakt des elektrischen Schalters ist an der Ventilnadel oder alternativ an einem einen Axialhub ausführenden Teil des Aktors angeordnet. Um möglichst viele Einflussfaktoren, die zu einer Hubänderung der Ventilnadel und damit zu einem Hubverlust führen, zu erfassen, ist der elektrische Schalter möglichst nahe an der sog. Hubdrosselung des hydraulischen Durchflusses im Ventil anzuordnen, die üblicherweise über den Hub der Ventilnadel am Ventilsitz erfolgt. Bevorzugt wird daher die Anordnung des Schließkontakts an der Ventilnadel. Um den konstruktiven Aufwand jedoch gering zu halten, ist die Anordnung des Schließkontakts an dem beweglichen Teil des Aktors akzeptabel, insbesondere deshalb, weil die dabei auftretenden Ungenauigkeiten vernachlässigbar klein sind. According to an advantageous embodiment of the invention, the control module has a closing and opening stroke exporting valve needle, a valve needle for closing stroke driving valve closing spring and a valve needle for opening stroke driving electrical actuator. The closing contact of the electrical switch is arranged on the valve needle or alternatively on an axial stroke-executing part of the actuator. In order to detect as many influencing factors as possible, which lead to a stroke change of the valve needle and thus to a stroke loss, the electrical switch is to be arranged as close as possible to the so-called stroke throttling of the hydraulic flow in the valve, which usually takes place via the stroke of the valve needle on the valve seat. Preference is therefore given to the arrangement of the closing contact on the valve needle. However, in order to keep the design effort low, the arrangement of the closing contact on the movable part of the actuator is acceptable, in particular because the inaccuracies occurring are negligible.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist ein zum Ansteuern des Steuermoduls am Ventilgehäuse vorhandener elektrischer Anschlussstecker, der zwei mit dem Aktor verbundene Kontaktstifte aufweist, mit einem weiteren Kontaktstift ausgestattet, der mit der zum Gegenkontakt des elektrischen Schalters führenden Zuleitung verbunden ist. Das vom elektrischen Schalter ausgegebene Schließsignal wird dann über den dritten Kontaktstift einem mit dem Anschlussstecker verbundenen Steuergerät zugeführt und dort ausgewertet.According to an advantageous embodiment of the invention, a for driving the control module on the valve housing existing electrical connector, which has two contact pins connected to the actuator, equipped with a further contact pin which is connected to the feed line leading to the mating contact of the electrical switch. The output from the electrical switch closing signal is then supplied via the third contact pin connected to the connector control unit and evaluated there.
Alternativ ist gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung die zur Übertragung des Schließsignals an das Steuergerät mit dem Gegenkontakt verbundene Zuleitung über einen Widerstand an den das höhere Potenzial aufweisenden Kontaktstift des Anschlusssteckers geführt. Die Größe des Widerstands ist dabei kleiner als 100Ω. Der beim Schließen des elektrischen Schalters auftretende plötzliche Spannungsabfall wird von dem mit dem Anschlussstecker verbundenen Steuergerät detektiert.Alternatively, according to an advantageous embodiment of the invention, the transmission line connected to the control unit to the counter contact via a resistor to the higher potential having contact pin of the connector plug out. The size of the resistor is less than 100Ω. The sudden voltage drop occurring when the electrical switch is closed is detected by the control unit connected to the connector.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist der elektrische Aktor als den Axialhub ausführendes Teil eine zwischen zwei Endstücken axial eingespannte über zwei anliegend Elektroden kontaktierbare Piezokeramik auf, die sich über das eine Endstück am Ventilgehäuse und über das andere Endstück an dem von der Zumessöffnung abgekehrten Ende der Ventilnadel abstützt, wobei vorzugsweise die Abstützung eines der Endstücke über einen hydraulischen Koppler vorgenommen ist. Die Piezokeramik besteht in üblicher Weise aus einer Vielzahl von aneinanderliegenden piezoelektrischen Keramikelementen. Der Aktor ist zusammen mit einem vom ventilnadelseitigen Endstück sich fortsetzenden Abschnitt der Ventilnadel und der Ventilschließfeder in einem im Ventilgehäuse festgelegten Rohr fluiddicht aufgenommen. Der Gegenkontakt ist an der Innenwand des Rohrs gegenüber dem Rohr elektrisch isoliert angeordnet, während der Schließkontakt an der Ventilnadel oder vorzugsweise aus Gründen der konstruktiven Vereinfachung am ventilnadelseitigen Endstück angeordnet ist. Steht die mit dem Gegenkontakt verbundene elektrische Zuleitung über einen Widerstand mit dem positives Potenzial führenden Kontaktstift des Anschlusssteckers in Verbindung, so wird vorteilhaft der Widerstand an eine mit diesem Kontaktstift verbundene Kontaktfläche eines auf dem Endstück festgelegten Anschlussglieds angeschlossen, dessen beiden Kontaktflächen mit den Elektroden der Piezokeramik verbunden sind. Durch diese letztgenannte konstruktive Ausbildung ist der gesamte Detektionsmechanismus für den Justier-Öffnungshub des Steuermoduls in dem fluidfreien Rohr integriert, was fertigungstechnisch von besonderem Vorteil ist. According to an advantageous embodiment of the invention, the electric actuator as Axialhub exporting part has an axially clamped between two end pieces via two adjacent electrodes contactable piezoceramic, which extends over the one end on the valve body and the other end to the end facing away from the orifice Valve needle is supported, wherein preferably the support of one of the end pieces is made via a hydraulic coupler. The piezoceramic consists in the usual way of a plurality of adjacent piezoelectric ceramic elements. The actuator is fluid-tightly received together with a portion of the valve needle and the valve closing spring continuing from the valve needle-side end piece in a tube fixed in the valve housing. The mating contact is arranged on the inner wall of the tube with respect to the electrically insulated tube, while the closing contact on the valve needle or preferably for reasons of design simplicity on the valve needle end piece is arranged. If the electrical supply line connected to the mating contact is connected to the positive potential-carrying contact pin of the connection plug via a resistor, the resistor is advantageously connected to a contact surface, connected to this contact pin, of a connection element fixed on the end piece, whose two contact surfaces are connected to the electrodes of the piezoceramic are connected. By this latter design training the entire detection mechanism for the adjustment opening stroke of the control module is integrated in the fluid-free tube, which is manufacturing technology of particular advantage.
Die Erfindung betrifft im weiteren ein Verfahren zum Betreiben des erfindungsgemäßen Ventils als Kraftstoffeinspritzventil in einer Kraftstoffeinspritzanlage eines Verbrennungsmotors in einem Kraftfahrzeug, bei dem mittels eines in bekannter Weise mit dem Anschlussstecker verbundenen Motorsteuergeräts im Motorbetrieb der elektrische Aktor zum Auslösen von für die genaue Kraftstoffzumessung erforderlichen Öffnungshüben der Ventilnadel über den Anschlussstecker mit Steuersignalen einer elektrischen Steuergröße, wie Strom oder Spannung, angesteuert wird. Bei dem hier vorgestellten Verfahren wird zunächst im Neuzustand des Ventils ein den Justier-Öffnungshub der Ventilnadel zum Schließen des elektrischen Schalters auslösendes Steuersignal der Steuergröße an den Anschlussstecker gelegt. Im Motorsteuergerät wird das Schließsignal des Schalters detektiert und als Kennwerte für den Neuzustand des Ventils die Zeitspanne zwischen dem Anlegen des Steuersignals und der Detektion des Schließsignals und /oder die Amplitude des Steuersignals im Zeitpunkt der Detektion des Schließsignals gemessen und als Neu-Kennwerte abgespeichert. Während des Motorbetriebs wird dann in vorzugsweise festen Intervallen ein den Justier-Öffnungshub der Ventilnadel zum Schließen des elektrischen Schalters auslösendes Steuersignal der Steuergröße an den Anschlussstecker gelegt, das Schließsignal des elektrischen Schalters detektiert und als Kennwerte für den Verschleiß des Ventils die Zeitspanne zwischen dem Anlegen des Steuersignals und der Detektion des Schließsignals und /oder die Amplitude des Steuersignals im Zeitpunkt der Detektion des Schließsignals als Ist-Kennwerte gemessen. Im Motorsteuergerät werden die Ist-Kennwerte mit den Neu-Kennwerten verglichen und die Differenz in eine Hubänderung der Ventilnadel umgerechnet. Zur Kompensation dieser Hubänderung werden im Motorbetrieb die Steuersignale der elektrischen Steuergröße oder die Öffnungsdauer des Ventils entsprechend angepasst. Die Intervalle werden willkürlich gewählt und in das Motorsteuergerät einprogrammiert. Sie betragen z.B. 1000 km Fahrleistung des Kraftfahrzeugs. The invention further relates to a method for operating the valve according to the invention as a fuel injection valve in a fuel injection system of an internal combustion engine in a motor vehicle, in which by means of a connected in a known manner with the connector engine control unit in engine operation of the electric actuator for triggering required for the exact fuel metering opening strokes Valve needle via the connector with control signals of an electrical control variable, such as current or voltage, is controlled. In the method presented here, a control signal of the control variable triggering the adjustment opening stroke of the valve needle to close the electrical switch is first applied to the connector plug in the new condition of the valve. In the engine control unit, the closing signal of the switch is detected and measured as characteristic values for the new condition of the valve, the time period between the application of the control signal and the detection of the closing signal and / or the amplitude of the control signal at the time of detection of the closing signal and stored as new characteristics. During engine operation, a control signal of the control variable triggering the adjustment opening stroke of the valve needle for closing the electrical switch is then applied to the connection plug at preferably fixed intervals, the closing signal of the control signal electrical switch detected and measured as characteristic values for the wear of the valve, the time period between the application of the control signal and the detection of the closing signal and / or the amplitude of the control signal at the time of detection of the closing signal as actual characteristics. In the engine control unit, the actual characteristic values are compared with the new characteristic values and the difference is converted into a stroke change of the valve needle. To compensate for this stroke change, the control signals of the electrical control variable or the opening duration of the valve are adjusted accordingly during engine operation. The intervals are chosen arbitrarily and programmed into the engine control unit. They are, for example, 1000 km driving performance of the motor vehicle.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Die Erfindung ist anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:The invention is explained in more detail in the following description with reference to exemplary embodiments illustrated in the drawings. Show it:
Das in
Das Steuermodul
Bei einem solchen Ventil wird die jeweils zugemessene Fluidmenge durch die Größe des Öffnungshubs des Steuermoduls und/oder Öffnungsdauer der Zumessöffnung bestimmt. Während der Betriebsdauer kann sich z.B. durch Verschleiß der Hub des Steuermoduls bzw. das Hubintegral verändern, so dass Ungenauigkeiten in der Fluidzumessung auftreten. Um diese Veränderungen in der Fluidzumessung während des laufenden Betriebs des Ventils kompensieren zu können, ist im Hubweg des Steuermoduls
Zur Übertragung des Schließsignals des elektrischen Schalters
In einem in
In Verbindung mit dem elektrischen Schalter
Grundsätzlich wird mittels des mit dem Anschlussstecker
Im Neuzustand des Ventils wird ein solches Steuersignal der Steuergröße an den Anschlussstecker
Während des Motorbetriebs wird dann in Intervallen ein zum Ausführen des Justier-Öffnungshubs erforderliches Steuersignal der Steuergröße an den Anschlussstecker
Die Intervalle, zu denen das Motorsteuergerät während des Motorbetriebs den Sollwert der Steuergröße an den Anschlussstecker
Der erfindungsgemäße elektrische Schalter kann in gleicher Weise auch bei Zumessventilen eingesetzt werden, bei denen die Ventilnadel des elektrischen Steuermoduls mit einem elektromagnetischer Aktor zum Öffnungshub angetrieben wird. In diesem Fall ist der Schließkontakt
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |