DE102016208294A1

DE102016208294A1 - Verfahren zum Betreiben eines Piezoaktors

Info

Publication number: DE102016208294A1
Application number: DE102016208294.9A
Authority: DE
Inventors: Andreas Rau
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2016-05-13
Filing date: 2016-05-13
Publication date: 2017-11-16

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Betreiben eines Piezoaktors eines Injektors einer Brennkraftmaschine beschrieben. Das Stromprofil während eines Ladevorgangs und/oder eines Entladevorgangs zuerst monoton ansteigt und anschließend monoton abfällt.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren nach Gattung der unabhängigen Ansprüche.
Aus der DE 10 2014 205 539 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben eines Piezoaktors eines Injektors einer Brennkraftmaschine bekannt. Der Piezoaktor wird mittels eines Stroms geladen und/oder entladen. Der Mittelwert des Stroms, mit dem der Piezoaktor geladen bzw. entladen wird, besitzt einen abfallenden Verlauf. Dies hat den Nachteil, dass durch den großen Anfangsstrom das Ventil sehr früh öffnet, was zu einer schlechten Kleinstmengenfähigkeit führt und zudem in der Öffnungsphase des Ventils der Strom abnimmt, was zu einer schlechteren Ventilleistung führt, was sich in einer erhöhten Sensibilität gegenüber Toleranzen und Driften von Aktorhub und Schaltventilsitzdurchmesser zeigt.
Es sind auch Stromverläufe vorstellbar, bei denen der Mittelwert des Stroms während der Ansteuerung ansteigt. Ein solches Stromprofil mit einem geringeren Anfangsstrom hat zur Folge, dass das Ventil später öffnet und damit die Kleinstmengenfähigkeit verbessert wird. Zudem steigt in der Öffnungsphase des Ventils der Strom an und führt zu einer sehr guten Ventilperformance mit einer geringen Empfindlichkeit gegenüber Aktorhub und Ventilhub. Nachteilig bei dieser Art der Ansteuerung ist jedoch, dass das Ventil mit sehr großer Geschwindigkeit den Hubanschlag erreicht. Dadurch werden starke Aktorschwingungen angeregt. Diese führen zu einer erhöhten Belastung und beeinträchtigen die Genauigkeit der Kraftstoffzumessung bei kurzen Abständen zwischen den Einspritzungen. Weiterhin wird die Detektion von Drucksignalen oder Spannungssignalen zur Mengenregelung erschwert.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass eine gute Kleinstmengenfähigkeit erzielt wird und gleichzeitig eine gute Ventilperformance erreicht wird. Ferner wird die Geschwindigkeit, mit der die Ventilnadel den Anschlag erreicht, vermindert, wodurch Aktorschwingungen deutlich reduziert werden können.
Durch die erfindungsgemäße Art der Ansteuerung ergibt sich ein Stromprofil das anfangs ansteigt, um die Kleinstmengenfähigkeit zu verbessern und eine gute Öffnungsperformance zu erhalten. Im weiteren Verlauf des Lade- bzw. Entladevorgangs fällt das Stromprofil dann wieder ab, um ein möglichst sanftes Erreichen des Ventilhubanschlages zu erreichen und damit überschüssige Schwingungsenergie in der Schaltkette zu minimieren. Das Stromprofil bei einem Ladevorgang und/oder einem Entladevorgang besitzt somit ein annährend dreieckförmiges Stromprofil.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung einen neuen Programmcode zusammen mit Verarbeitungsanweisungen zum Erstellen eines auf einem Steuergerät ablauffähigen Computerprogramms, insbesondere Sourcecode mit Compilier- und/oder Verlinkungsanweisungen, wobei der Programmcode das Computerprogramm zur Ausführung aller Schritte eines der beschriebenen Verfahren ergibt, wenn er gemäß der Verarbeitungsanweisungen in ein ablauffähiges Computerprogramm umgewandelt wird, also insbesondere kompiliert und/oder verlinkt wird. Dieser Programmcode kann insbesondere durch Quellcode gegeben sein, welche beispielsweise von einem Server im Internet herunterladbar ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
1 die wesentlichen Elemente einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
2 verschiedene über der Zeit aufgetragene Signale und
3 verschiedene über der Zeit aufgetragene Signale bei der erfindungsgemäßen Ansteuerung.
Ausführungsformen der Erfindung
In der 1 sind die wesentlichen Elemente der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Mit 100 ist ein Injektor bezeichnet, der Kraftstoff einer Brennkraftmaschine zumisst. Dieser Injektor 100 beinhaltet im Wesentlichen eine Ventilnadel 102 sowie einen Piezoaktor 104. Der Injektor und damit der Piezoaktor steht in dem dargestellten Ausführungsbeispiel über zwei Leitungen mit einem Steuergerät 110 in Verbindung. Dieses Steuergerät 110 beinhaltet eine Endstufe 112, eine Steuereinheit 114. Die Endstufe 112 beinhaltet verschiedene nicht dargestellte Schaltelemente, mittels derer der Stromfluss durch den Piezoaktor 104 gesteuert werden kann. Die Endstufe steuert den Stromfluss durch den Piezoaktor abhängig von dem Signal, das die Steuereinheit 114 der Endstufe bereitstellt. Die Steuereinheit 114 berechnet das Ansteuersignal für die Endstufe 112 in Abhängigkeit verschiedener interner Größen sowie den Ausgangssignalen verschiedener Sensoren 120.
Abhängig von den Sensorsignalen und verschiedenen Größen berechnet die Steuereinheit 114 ein Ansteuersignal für die Endstufe 112. Dieses Ansteuersignal bestimmt den Öffnungszeitpunkt und den Schließzeitpunkt der Ventilnadel und damit den Einspritzbeginn und die eingespritzte Kraftstoffmenge. Die Endstufe 112 steuert abhängig von diesem Signal den Stromfluss durch den Piezoaktor 104 an. Abhängig von dem Stromfluss wird der Piezoaktor aufgeladen bzw. entladen. Üblicherweise ist vorgesehen, dass im geladenen Zustand der Piezoaktor die Ventilnadel 102 in ihre geöffnete Position bringt und damit eine Einspritzung ermöglicht wird. D. h. mit dem Ladevorgang wird der Beginn der Einspritzung gesteuert. Bei dem Entladevorgang wird das Ende der Einspritzung gesteuert.
Üblicherweise sind zwischen dem Piezoaktor 104 und der Ventilnadel 102 verschiedene hydraulische Elemente angeordnet. Dabei kann vorgesehen sein, dass der Piezoaktor lediglich über einen hydraulischen Koppler die Ventilnadel beeinflusst. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass noch weitere hydraulische Elemente zwischen Piezoaktor 104 und Ventilnadel 102 geschaltet sind. Dies bedeutet, der Piezoaktor steuert die Ventilnadel 102 direkt oder indirekt an.
In der 2 sind verschiedene Signale über der Zeit aufgetragen. In 1 ist der Strom I beim Ladevorgang bzw. beim Entladevorgang aufgetragen. In 2b ist der Mittelwert IM des Stroms und in 2c ist der Hub H des Aktors bzw. der Ventilnadel dargestellt. In 2 sind die Signale einer Einrichtung gemäß dem Stand der Technik dargestellt, bei dem der Mittelwert des Stroms während eines Ladevorgangs bzw. eines Entladevorgangs nahezu konstant ist.
Üblicherweise wird der Stromfluss durch den Piezoaktor während eines Lade- bzw. Entladevorgangs mehrmals unterbrochen und wieder freigegeben. D. h. es folgt ein periodischer Stromfluss in den Piezoaktor. Der in 2a dargestellte Stromverlauf ist stark vereinfacht dargestellt. Üblicherweise erfolgen zahlreiche Ein- und Ausschaltvorgänge während eines Ladevorgangs bzw. eines Entladevorgangs.
In der Teilfigur 2b ist der Mittelwert bzw. die Einhüllende des Stromverlaufs dargestellt. Bei dieser Ausführungsform gemäß dem Stand der Technik besitzt der Mittelwert bzw. die Einhüllende des Stromverlaufs bei jedem Ladevorgang bzw. jedem Entladevorgang einen konstanten Wert ein. Diese Einhüllende bzw. der Mittelwert des Betrags des Stroms wird im Folgenden als Stromprofil bezeichnet.
Bei dem Stand der Technik gemäß der DE 102014205539A1 ist ein fallender Verlauf des Stromprofils vorgesehen. Dabei kann der Stromverlauf monoton oder sogar streng monoton fallen.
Das erfindungsgemäße Stromprofil ist in 3 dargestellt. Dabei ist in 3a das Stromprofil, das heißt der Mittelwert des Stroms oder die Einhüllende des Stroms in den Piezoaktor dargestellt. In 3b ist der Hub H des Aktors bzw. der Ventilnadel dargestellt. Durch dieses erfindungsgemäße dreieckförmige Stromprofil können gleichzeitig die Vorteile des ansteigenden und des abfallenden Stromprofil erreicht werden. Besonders vorteilhaft ist es, dass die Schwingungen des Aktors stark reduziert werden.
Bei dem dargestellten dreieckförmigen Stromprofil handelt es sich um eine besonders vorteilhafte Ausführungsform. Diese kann aber abgewandelt werden. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass lediglich zu Beginn ein ansteigendes Stromprofil und am Ende ein abfallendes Stromprofil verwendet wird. Zwischen den Phasen mit ansteigendem Stromprofil und dem abfallenden Stromprofil kann ein konstantes Stromprofil, wie in 2 dargestellt ist, verwendet werden.
Wesentlich ist, dass bei einem Ladevorgang bzw. einem Entladevorgang in einer ersten Phase der Mittelwert bzw. die Einhüllende des Betrags des Stroms einen monoton steigenden Verlauf aufweist und dass in einer zweiten Phase der Mittelwert bzw. die Einhüllenden des Betrags des Stroms einen monoton fallenden Verlauf aufweist.
Dabei können die beiden Phasen unmittelbar aneinander anschließen. Alternativ kann sich zwischen den beiden Phasen eine dritte Phase mit beliebigem Stromprofil befinden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102014205539 A1 [0002, 0017]

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Piezoaktors eines Injektors einer Brennkraftmaschine, wobei der Piezoaktor mittels eines Stroms geladen und/oder entladen wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stromprofil während eines Ladevorgangs und/oder eines Entladevorgangs zuerst monoton ansteigt und anschließend monoton abfällt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Stromprofil einen dreieckförmigen Verlauf besitzt.
Computerprogramm, das ausgebildet ist, alle Schritte eines der Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2 auszuführen.
Maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 3 gespeichert ist.
Steuergerät, das ausgebildet ist, alle Schritte eines der Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2 auszuführen.
Programmcode zusammen mit Verarbeitungsanweisungen zum Erstellen eines auf einem Steuergerät ablauffähigen Computerprogramms, wobei der Programmcode das Computerprogramm nach Anspruch 3 ergibt, wenn sie gemäß der Verarbeitungsanweisungen in ein ablauffähiges Computerprogramm umgewandelt werden.