DE10341810B4

DE10341810B4 - Brennstoffeinspritzventil und Verfahren zum Betrieb eines Brennstoffeinspritzventils

Info

Publication number: DE10341810B4
Application number: DE10341810.5A
Authority: DE
Inventors: Uwe Liskow
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2003-09-10
Filing date: 2003-09-10
Publication date: 2016-04-07
Anticipated expiration: 2023-09-11
Also published as: FR2859767A1; FR2941270A1; FR2859767B1; FR2941270B1; DE10341810A1

Abstract

Verfahren zum Betrieb eines Brennstoffeinspritzventils und ein Brennstoffeinspritzventil (1) mit einem sich bei Erregung axial ausdehnenden piezoelektrischen Antrieb (2) und einem mit dem Antrieb (2) in Wirkverbindung stehenden Ventilschließkörper (7), der mit einer Ventilsitzfläche (13) zu einem Dichtsitz zusammenwirkt. Der Dichtsitz öffnet sich in der Phase der Ausdehnung des Antriebs (2) und ein Anschlag (5) begrenzt die Bewegung des Ventilschließkorpers (7) in Öffnungsrichtung. Das Verfahren umfaßt die folgenden Verfahrenschritte: – Anlegen einer Erregungsspannung an den Antrieb (2) – Erfassen elektrischer Meßgrößen am Antrieb (2) – Bestimmung der Erregungsminimalspannung, die mindestens notwendig ist, damit der Anschlag (5) die Öffnungsbewegung des Ventilschließkörper (7) begrenzt, anhand der erfaßten elektrischen Meßgrößen – Anpassen der Höhe der Erregungsspannung des Antriebs (2) und/oder des Verlaufs der Erregungsspannung des Antriebs (2) anhand der bestimmten Erregungsminimalspannung.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Beispielsweise ist aus der DE 101 33 265 A1 ein nach außen öffnendes Brennstoffeinspritzventil mit einem piezoelektrischen oder magnetostriktiven Aktor bekannt, welcher in Wirkverbindung mit einer Ventilnadel steht. Die Ventilnadel weist an ihrem abspritzseitigen Ende einen Ventilschließkörper auf, der mit einer Ventilsitzfläche zu einem Dichtsitz zusammenwirkt. Die Ventilnadel steht über einen Aktorkopf mit dem Aktor in Wirkverbindung, wobei eine Trennscheibe als Anschlag dient, durch die der Hubweg des Aktors begrenzt ist.
Aus der DE 199 01 711 A1 geht ein ähnlich aufgebautes, nach innen öffnendes Brennstoffeinspritzventil hervor, wobei auch bei diesem Brennstoffeinspritzventil der Hubweg des Ventilschließkörpers in Öffnungsrichtung nicht genau durch einen Anschlag definiert ist.
Aus der DE 101 40 550 A1 bezieht sich auf ein Verfahren zur Lageerkennung und Lageregelung eines Ventilkörpers eines Einspritzventils, welches in einem Ventilkörper zwischen Anschlägen bewegbar ist, wobei die Vorgaben der Bewegung des Ventilgliedes aus der aktuell erfassten Position des Ventilgliedes ermittelt werden. Die aktuelle Position und die An-/Abfallbewegung des Ventilgliedes werden über Sensorelemente erfasst und an ein Steuergerät übermittelt. Ein das Ventilglied betätigendes Stellglied wird über das Steuergerät derart angesteuert, dass das Ventilglied geschwindigkeits- und verschleißoptimiert bewegt wird, wobei der Anzugsstromverlauf des Stellgliedes Ein-/Abschaltphasen umfasst, deren Dauer und Zeitpunkt abhängig vom Signal des Sensorelementes im Ventilkörper sind.
Aus der DE 199 10 388 C2 geht ein Verfahren zur Überprüfung eines kapazitiven Stellgliedes für die Betätigung eines Kraftstoffeinspritzventils einer Brennkraftmaschine hervor. Dabei wird die ordnungsgemäße Funktion des Kraftstoffeinspritzventils mit einem speziellen Steuersignal geprüft.
Bei der DE 196 52 807 A1 wird bei einem Ansteuervorgang eines kapazitiven Stellgliedes, insbesondere für ein Kraftstoffeinspritzventil, die Ladung eines auf eine vorgegebene Spannung geladenen Kondensators während einer vorgegebenen Ladezeit wenigstens teilweise auf das Stellglied übertragen. Die Abweichung der in der Ladezeit auf das Stellglied übertragenen Energie von einer experimentell ermittelten Kurve vorgegebener, konstanter Energie für den gesamten Temperaturbereich des Stellgliedes wird in den nachfolgenden Ansteuervorgängen inkrementell korrigiert.
Nachteilig bei den aus den obengenannten Druckschriften bekannten Brennstoffeinspritzventilen ist insbesondere, daß der Hub, insbesondere der Maximalhub, des Ventilschließkörpers im Betrieb des Brennstoffeinspritzventils nur ungenau eingestellt werden kann und größeren, von vielen sich während des Betriebs ändernden Größen abhängigen, unerwünschten Schwankungen unterliegt. Beispielsweise kann auch der im Betrieb schwankende Kraftstoffdruck auf den Ventilschließkörper hubverändernd wirken.
Darüber hinaus können Piezo-Aktoren nur mit vergleichsweise hohen Toleranzen im axialen Ausdehnungsvermögen mit vertretbarem wirtschaftlichen Aufwand hergestellt werden. Dies führt zu weiteren Schwankungen des Hubvermögens zwischen verschiedenen Brennstoffeinspritzventilen einer Baureihe und damit zu einer unerwünschten Streuung der dynamischen und statischen Durchflußmenge.
Im weiteren führt die durch den fehlenden Anschlag nicht vorhandene Hubbegrenzung zu einem deutlichen Mehraufwand bei der Inbetriebnahme der dazugehörigen Brennkraftmaschinen bzw. der Kalibrierung der die Brennstoffeinspritzventile bzw. die Aktoren steuernden Steuergeräte. Bei zu magerer Verbrennung besteht außerdem die Gefahr, daß das Steuergerät den Aktorhub maximal vergrößert, um dies zu kompensieren. Ist dabei beispielsweise aber ein Aktor betroffen, der sich in seinen Hubvermögen am oberen Grenzbereich der Toleranz bewegt, so wird beispielsweise eine oft verwendete Wellbalgdichtung übermäßig beansprucht. Dem Steuergerät fehlt durch den fehlenden Anschlag die Möglichkeit festzustellen, ob dies an einem zu niedrigem Hub des Ventilschließkörpers liegt oder beispielsweise an einer temporären Verkokung an der Abspritzöffnung. Durch den fehlenden Anschlag fehlt dem Steuergerät auch die Möglichkeit die Erregung des Aktors in einfacher Weise für die verschiedenen Betriebszustände zu kalibrieren und ggf. nachzuführen.
Bei herkömmlichen Verfahren zum Betrieb herkömmlicher Brennstoffeinspritzventile mit Piezo-Aktor, werden zur Steuerung der Aktorerregung zuvor aufwendig eingelesene und ermittelte Aktor-Parameter verwendet, wie beispielsweise der Hub für eine bestimmte zugeführte Ladung oder für eine angelegte Spannung. Diese Parameter unterliegen im Betrieb Schwankungen, beispielsweise durch Temperatureinflüsse oder variable Gegendrücke. Diese müssen aufwendig kompensiert werden.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den Merkmalen des Anspruchs 17 hat demgegenüber den Vorteil, daß der maximale Hub des Ventilschließkörpers und sowohl die statische als auch die dynamische Durchflußmenge des Brennstoffeinspritzventils in einfacher Weise sehr genau eingestellt werden können. Unzulässig hohe Hübe werden zuverlässig vermieden. Durch den Anschlag ist es außerdem möglich, das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhaft anzuwenden.
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 läßt sich am erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventil vorteilhaft anwenden. Das erfindungsgemäße Verfahren stellt ein einfach, schnell und zuverlässig durchführbares Verfahren zur Kalibrierung und Nachführung der Aktorerregung dar, welches insbesondere die mechanische Belastung des Anschlags reduziert und es möglich macht, auch unter sich ständig ändernden Bedingungen, Teilhübe des Ventilschließkörpers in exakter Weise mit definiertem Hub auszuführen. Außerdem wird es dadurch möglich, Aktoren bzw. Antriebe mit größeren Toleranzen zu verwenden. Die Stärke der Aktorerregung kann auf ein notwendiges Maß begrenzt werden, womit die mechanische und thermische Belastung des Brennstoffeinspritzventils, insbesondere des Aktors bzw. des Antriebs, sinkt.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterentwicklungen des im Anspruch 1 angegebenen Verfahrens zum Betrieb eines Brennstoffeinspritzventils bzw. des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils gemäß Anspruch 17 möglich.
In einer ersten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils begrenzt der Anschlag die Bewegung des Antriebs in Öffnungsrichtung. Dadurch wird auch der maximale Hub des Antriebs genau begrenzt.
In einer weiteren Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils ist die Ventilnadel an einem Federteller fixiert, insbesondere stoffschlüssig. Das Brennstoffeinspritzventil kann dadurch besonders einfach aufgebaut werden.
Weiterhin ist es vorteilhaft, den Anschlag an einem Düsenkörper des Brennstoffeinspritzventils anzuordnen bzw. auszubilden. Dadurch kann das Brennstoffeinspritzventil besonders einfach und kompakt aufgebaut werden.
Vorteilhaft ist es weiterhin, wenn der Federteller durch den Antrieb bis zum Anschlag bewegt werden kann. Dadurch kann der Ventilschließkörper durch den Antrieb sicher bis zum Anschlag bewegt werden.
In einer ersten vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betrieb eines Brennstoffeinspritzventils wird der Spannungsverlauf am Antrieb und/oder der Verlauf der Stromaufnahme des Antriebs erfaßt. Dadurch ist es möglich das Verhalten des Antriebs genau zu erfassen.
Vorteilhaft ist es zudem, anhand der Spannungs- und Stromverläufe den Verlauf der elektrischen Kapazität des Antriebs zu bestimmen. Das Verhalten des Antriebs kann dadurch leichter bestimmt werden.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird durch einen Vergleich der erfaßten bzw. ermittelten Meßwerte mit zuvor vorgegebenen Werten festgestellt, ob der Ventilschließkörper bei der jeweils angelegten Erregungsspannung durch den Anschlag begrenzt wird und die zuvor vorgegebenen Werte werden in einem Speicher vorgehalten. Das Verfahren kann in dieser Weise flexibler gestaltet werden.
Vorteilhafterweise wird anhand der Steigung bzw. der Änderung der Steigung des Verlaufs einer oder mehrerer erfaßter bzw. bestimmter elektrischer Meßgrößen festgestellt, ob die Bewegung des Ventilschließkörpers durch den Anschlag begrenzt wird.
Vorteilhaft ist es zudem, der Erregungsspannung des Antriebs ein Wechselspannungs-Meßsignal zu überlagern und die Phasenlage, die Änderung der Phasenlage, die Frequenz und/oder die Änderung der Frequenz des Wechselspannungs-Meßsignals zu erfassen. Das Verhalten des Antriebs kann dadurch noch genauer erfaßt werden.
Weiterhin ist es vorteilhaft, anhand der Phasenlage, der Änderung der Phasenlage, der Frequenz und/oder der Änderung der Frequenz festzustellen, ob die Bewegungen des Ventilschließkörpers durch den Anschlag begrenzt werden.
In einer weiteren Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird, falls die Bewegung des Ventilschließkörpers durch den Anschlag begrenzt wird, die Erregungsspannung bzw. die Intensität der Antriebserregung schrittweise, insbesondere nach jeder Antriebserregung zu Erzielung des maximalen Hubs, vermindert, bis die Bewegungen des Ventilschließkörpers durch den Anschlag nicht mehr begrenzt werden, wobei dann, insbesondere bei der darauffolgenden Antriebserregung zur Erzielung des maximalen Hubs, die Erregungsspannung bzw. die Intensität der Antriebserregung, um zumindest einen Schritt solange erhöht wird, bis die Bewegungen des Ventilschließkörpers wieder durch den Anschlag begrenzt werden. Wird der Ventilschließkörper durch den Anschlag nicht begrenzt, so wird die Erregungsspannung bzw. die Intensität der Antriebserregung schrittweise, insbesondere nach jeder Antriebserregung zu Erzielung des maximalen Hubs, erhöht, bis die Bewegungen des Ventilschließkörpers durch den Anschlag begrenzt werden. Das Verfahren kann in dieser Weise sich im Betrieb ändernden Bedingungen angepaßt werden. Dieser vorteilhafte Verfahrensschritt wird vorteilhafterweise insbesondere nach einer bestimmten Anzahl von Antriebserregungen zur Erzielung des maximalen Hubs wiederholt und/oder nach einer bestimmten Änderung der Temperatur des Antriebs und/oder des Brennstoffeinspritzventils.
Vorteilhafterweise wird die durch den iterativen Verfahrensschritt ermittelte Erregungsspannung bzw. die Intensität der Antriebserregung in einem Speicher, insbesondere als Wertepaar bzw. Wertekombination zusammen mit der bei der Ermittlung vorherrschenden momentanen Antriebstemperatur und/oder der Brennstoffeinspritzventiltemperatur, gespeichert. Die ideale Erregungsspannung bzw. die ideale Intensität der Antriebserregung kann in dieser Weise für viele Betriebszustände des Brennstoffeinspritzventils für wiederkehrende gleiche Betriebszustände eingestellt werden.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
1 eine vereinfachte schematische axiale Schnittdarstellung durch das Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beispielhaft beschrieben.
Ein in 1 in einer axialen Schnittdarstellung gezeigtes erfindungsgemäßes Brennstoffeinspritzventil 1 dient insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum einer gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschine.
In einem einseitig geschlossenen zylinderförmigen Gehäuse 4 sind ein Antrieb 2, welcher aus einem piezoelektrischen, elektrostriktiven oder magnetostriktiven Aktor 28 und einem Koppler 29, der insbesondere temperaturbedingte Längenänderungen des Aktors 28 ausgleicht und hubübersetzend wirken kann, besteht, ein Düsenkörper 6 und eine Ventilnadel 8 koaxial angeordnet. In anderen Ausführungsbeispielen kann der Antrieb 2 ohne den Koppler 29 ausgeführt sein. Der zylinderförmige Düsenkörper 6 greift in das abspritzseitig geöffnete Gehäuse 4 etwa mit der Hälfte seiner Länge ein. Der Düsenkörpers 6 ist hermetisch dicht mit dem abspritzseitigen Ende des Gehäuses 4 verbunden. Im Düsenkörpers 6 ist abspritzseitig eine Ventilsitzfläche 13 in einer zentriert angeordneten Abspritzöffnung 12 angeordnet. An dem der Abspritzöffnung 12 abgewandten Ende des Düsenkörpers 6 ist eine Öffnung 16 zentriert angeordnet. Die Abspritzöffnung 12 und die Öffnung 16 werden von der Ventilnadel 8 durchgriffen. Am abspritzseitigen Ende der Ventilnadel 8 ist ein Ventilschließkörper 7 angeordnet, der zusammen mit der Ventilsitzfläche 13 zu einem Dichtsitz zusammenwirkt. Zwischen der Öffnung 16 und der Abspritzöffnung 12 ist ein Brennstoffraum 17 angeordnet. Dem Brennstoffraum 17 wird über eine seitlich in den Brennstoffraum 17 mündende Brennstoffzuführung 22 Brennstoff druckbehaftet zugeführt. Der in das Gehäuse 4 eingreifende Teil des Düsenkörpers 6 weist eine durchmesserreduzierende Schulter 11 auf, die den Durchmesser des Düsenkörpers 6 entgegen der Abspritzrichtung stufenartig reduziert.
Der Antrieb 2 ist im oberen Teil des Gehäuses 4 angeordnet und stützt sich am Grund des einseitig geschlossenen, hohlzylindrischen Gehäuses 4 ab. Der Antrieb 2 wirkt mit seinem abspritzseitigen Ende über die Ventilnadel 8 auf einen Federteller 10. Der Federteller 10 ist an dem aus der Öffnung 16 ragenden Teil der Ventilnadel 8 beispielsweise stoffschlüssig fixiert. Der Federteller 10 bzw. die Ventilnadel 8 sind durch ein Federelement 20 gegen den Antrieb 2 vorspannt. Das spiralförmig ausgebildete Federelement 20 ist dabei zwischen dem Federteller 10 und der Schulter 11 eingespannt. Um das Federelement 20 ist ein in diesem Ausführungsbeispiel wellrohrförmiger, aus Stahl bestehender flexibler Abschnitt 27 angeordnet, welcher hermetisch dicht mit dem einen Ende am Federteller 10 und mit dem anderen Ende an der Schulter 11 beispielsweise stoffschlüssig gefügt ist. Der Brennstoff wird dadurch zuverlässig vom Aktor 28 ferngehalten. In anderen Ausführungsbeispielen kann das Federelement 20 auch außerhalb des flexiblen Abschnitts 27 liegen.
Wird der Antrieb 2, bzw. der Aktor 28, über einen elektrischen Anschluß 3 erregt, so dehnt er sich schnell aus. Die Ventilnadel 8 wird über den Federteller 10 entgegen der Vorspannkraft des Federelements 20 axial in Abspritzrichtung bewegt. Dadurch öffnet der Dichtsitz und der über den Brennstoffkanal 22 und den Brennstoffraum 17 druckbehaftet zugeleitete Brennstoff wird über die Abspritzöffnung 12 in den nicht dargestellten Brennraum abgespritzt.
Durch einen an einem zum Antrieb 2 weisenden Ende des Düsenkörpers 6 ausgebildeten Anschlag 5, wird der Hub des Antriebs 2, der Ventilnadel 8 bzw. des Ventilschließkörpers 7 in Öffnungsrichtung des Brennstoffeinspritzventils 1 genau und sicher begrenzt. Der Antrieb 2, bzw. Aktor 28, ist dabei so dimensioniert, daß er mit der über den elektrischen Anschluß 3 zuführbaren maximalen Erregung den Federteller 10 sicher auf den Anschlag 5 führen kann.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird an den Antrieb 2 eine Erregungsspannung angelegt. Die Höhe der Erregungsspannung richtet sich nach dem gewünschten Hub des Ventilschließkörpers 7 bzw. der gewünschten Durchflußmenge pro Einspritzvorgang durch die Abspritzöffnung 12. Wird der maximale Hub gewünscht, wird der Antrieb 2 mit einer bestimmten Erregungsspannung erregt. Die dabei verwendete Erregungsspannung kann vorgegeben sein. Beispielsweise kann bei neuen Brennstoffeinspritzventilen, bei welchen der Antrieb 2 zum ersten mal erregt wird, die Erregungsspannung zuvor beispielsweise in Abhängigkeit des verwendeten Aktortyps bzw. Antriebstyps oder in Abhängigkeit zuvor ermittelter Aktordaten bzw. Antriebsdaten festgelegt sein. Die Erregungsspannung bzw. die Höhe der Erregungsspannung ist dabei beispielsweise so gewählt, daß der Hub durch den Anschlag 5 begrenzt wird.
Vorteilhafterweise wird der Erregungsspannung ein Wechselspannungs-Meßsignal überlagert. Während der Aktorerregung werden elektrische Meßgrößen des Antriebs 2, insbesondere der Verlauf der Spannung am Antrieb 2 und der Verlauf der Stromaufnahme des Antriebs 2 erfasst. Die Phasenlage, die Änderung der Phasenlage, die Frequenz und/oder die Änderung der Frequenz des Wechselspannungs-Meßsignals werden vorteilhafterweise ebenfalls erfasst. Aus den erfassten Meßgrößen können andere Meßgrößen bestimmt werden, vorteilhafterweise der Verlauf der Kapazität des Antrieb 2 bzw. Aktors 28 während der Erregung und/oder Entladung. Vorteilhafterweise werden Temperaturdaten des Brennstoffeinspritzventils, wie beispielsweise die Aktortemperatur, Antriebstemperatur oder die Temperatur im Bereich des Düsenkörpers 6, zeitdiskret oder kontinuierlich an jeweils einer oder mehreren Stellen erfasst oder durch eine Modellbildung in einem nicht dargestellten Motorsteuergerät errechnet.
Die erfassten bzw. ermittelten Meßgrößen werden dazu verwendet, festzustellen, ob der Anschlag 5 die Öffnungsbewegung des Ventilschließkörpers 7 begrenzt, also ob beispielsweise im gezeigten Ausführungsbeispiel von 1 der Federteller 10 während der Aktorerregung gegen den Anschlag 5 schlägt. Dazu werden die erfassten bzw. ermittelten Meßgrößen mit zuvor vorgegebenen Werten verglichen und/oder eine Änderung der Steigung bzw. des Verlaufs einer oder mehrerer Meßgrößen wird zur Feststellung, ob der Anschlag 5 erreicht wurde, verwendet. Vorteilhafterweise werden die zuvor vorgegebenen Werte in einem Speicher vorgehalten. Vorteilhafterweise können auch Veränderungen im Wechselspannungs-Meßsignal, wie beispielsweise Frequenzänderungen oder Änderungen der Phasenlage, zur Bestimmung, ob der Anschlag 5 die Öffnungsbewegung des Ventilschließkörpers 7 begrenzt, herangezogen werden.
Bei der erstmaligen Erregung des Antriebs 2, nach einer zuvor bestimmten Betriebszeit, nach einer vorherbestimmten Anzahl von Antriebserregungen, nach einer vorherbestimmten Anzahl von Antriebserregungen zur Erzielung des maximalen Hubs, Temperaturänderungen von Bauteilen des Brennstoffeinspritzventils, insbesondere des Aktors, Antriebs und/oder anderen Änderungen von Parametern, wird der folgende Verfahrensschritt ausgeführt:
Wird bei einer Antriebserregung zur Erzielung des maximalen Hubs festgestellt, daß die Öffnungsbewegung des Ventilschließkörpers 7 durch den Anschlag 5 begrenzt wird, so wird die Erregungsspannung bzw. die Intensität der Erregung des Antriebs 2 schrittweise vermindert, bis der Anschlag 5 die Öffnungsbewegung nicht mehr begrenzt. Dann wird zu den folgenden Antriebserregungen zur Erzielung des Maximalhubs die Antriebserregung schrittweise solange erhöht, bis der Anschlag 5 die Öffnungsbewegung wieder begrenzt.
Wird bei einer Antriebserregung zur Erzielung des maximalen Hubs festgestellt, daß die Öffnungsbewegung des Ventilschließkörpers 7 durch den Anschlag 5 nicht begrenzt wird, so wird die Erregungsspannung bzw. die Intensität der Erregung des Antriebs 2 schrittweise erhöht, bis der Anschlag 5 die Öffnungsbewegung wieder begrenzt.
Die jeweils am Ende verwendete Erregungsspannung bzw. die Intensität der Antriebserregung mit der erreicht wird, daß der Anschlag 5 die Öffnungsbewegung wieder begrenzt, wird in einem Speicher gespeichert, vorteilhafterweise als Wertepaar bzw. Wertekombination zusammen mit beispielsweise der Aktortemperatur, Antriebstemperatur, Temperaturen von Bauteilen des Brennstoffeinspritzventils oder anderen den Anschlagpunkt verändernden Parametern.
Aus den als Wertekombination gespeicherten Daten können, bei bekanntem Verhalten des Aktors 28 bzw. des Antriebs 2, Erregungsspannungen für eine nur teilweise Öffnung des Brennstoffeinspritzventils, also für den Teilhubbetrieb, gewonnen werden.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird der Anschlag 5 im Betrieb von mechanischen Dauerbelastungen entlastet und aus der jeweils notwendigen Erregungsspannung bzw. Intensität der Antriebserregung kann, bei bekanntem Verhalten des Aktors 28 bzw. des Antriebs 2, die Genauigkeit der nur teilweisen Öffnung eines Brennstoffeinspritzventils verbessert werden.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt und kann z. B. auch für nach innen öffnende oder servogesteuerte Brennstoffeinspritzventile verwendet werden.

Claims

Verfahren zum Betrieb eines Brennstoffeinspritzventils (1), insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, mit einem sich bei Erregung axial ausdehnenden piezoelektrischen, elektrostriktiven oder magnetostriktiven Antrieb (2) und einem mit dem Antrieb (2) in Wirkverbindung stehenden Ventilschließkörper (7), der mit einer Ventilsitzfläche (13) zu einem Dichtsitz zusammenwirkt, wobei sich der Dichtsitz in der Phase der Ausdehnung des Antriebs (2) öffnet und wobei ein Anschlag (5) die Bewegung des Ventilschließkörpers (7) in Öffnungsrichtung begrenzt und den maximalen Hub des Ventilschließkörpers festlegt, mit folgenden Verfahrensschritten: – Anlegen einer Erregungsspannung an den Antrieb (2), – Erfassen elektrischer Messgrößen am Antrieb (2), – Bestimmung der Erregungsminimalspannung, die mindestens notwendig ist, damit der Anschlag (5) die Öffnungsbewegung des Ventilschließkörper (7) begrenzt, anhand der erfassten elektrischen Messgrößen, – Anpassen der Höhe der Erregungsspannung des Antriebs (2) und/oder des Verlaufs der Erregungsspannung des Antriebs (2) anhand der zuvor bestimmten Erregungsminimalspannung.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungsverlauf am Antrieb (2) und/oder der Verlauf der Stromaufnahme des Antriebs (2) erfasst werden.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass anhand der Spannungs- und Stromverläufe ein Verlauf der elektrischen Kapazität des Antriebs (2) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Feststellung, ob der Ventilschließkörper (7) bei der jeweils angelegten Erregungsspannung durch den Anschlag (5) begrenzt wird, die erfassten bzw. ermittelten Messwerte mit vorgegebenen Werten verglichen werden.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebenen Werte in einem Speicher vorgehalten werden.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Feststellung, ob die Öffnungsbewegung des Ventilschließkörpers (7) durch den Anschlag (5) begrenzt wird, anhand der Änderung der Steigung des Verlaufs einer oder mehrerer bestimmter elektrischer Messgrößen erfolgt.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Erregungsspannung des Antriebs (2) ein Wechselspannungs-Messsignal überlagert wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenlage, die Änderung der Phasenlage, die Frequenz und/oder die Änderung der Frequenz des Wechselspannungs-Messsignals erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Feststellung, ob die Öffnungsbewegung des Ventilschließkörpers (7) durch den Anschlag (5) begrenzt wird, anhand der Phasenlage bzw. der Änderung der Phasenlage und/oder der Frequenz bzw. der Änderung der Frequenz des Wechselspannungs-Messsignals erfolgt.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (2), wenn er zum ersten Mal erregt wird, mit einer zuvor festgelegten Erregungsspannung bzw. Intensität erregt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zuvor festgelegte Erregungsspannung bzw. Intensität sicher dazu führt, dass die Öffnungsbewegung des Ventilschließkörpers (7) durch den Anschlag (5) begrenzt wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass, falls die Öffnungsbewegung des Ventilschließkörpers (7) durch den Anschlag (5) begrenzt wird, die Erregungsspannung bzw. Intensität der Antriebserregung schrittweise, insbesondere nach jeder Antriebserregung zur Erzielung des maximalen Hubs, vermindert wird, bis die Öffnungsbewegung des Ventilschließkörpers (7) durch den Anschlag (5) nicht mehr begrenzt wird und dann zur Erzielung des maximalen Hubs die Erregungsspannung bzw. die Intensität der Antriebserregung wieder solange schrittweise erhöht wird, bis die Öffnungsbewegung des Ventilschließkörpers (7) durch den Anschlag (5) wieder begrenzt wird und dass, falls die Öffnungsbewegung des Ventilschließkörpers (7) durch den Anschlag (5) nicht begrenzt wird, die Erregungsspannung bzw. Intensität der Antriebserregung schrittweise nach jeder Antriebserregung zur Erzielung des maximalen Hubs erhöht wird, bis die Öffnungsbewegung des Ventilschließkörpers (7) durch den Anschlag (5) wieder begrenzt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die am Ende erreichte Erregungsspannung bzw. Intensität der Antriebserregung in einem Speicher gespeichert wird.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Brennstoffeinspritzventils (1), des Antriebs (2) und/oder die Temperatur des Aktors (28) erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die am Ende erreichte Erregungsspannung bzw. Intensität der Antriebserregung als Wertepaar bzw. Wertekombination zusammen mit der Aktortemperatur, Antriebstemperatur und/oder der Brennstoffeinspritzventiltemperatur im Speicher gespeichert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, gekennzeichnet durch, die Wiederholung der Verfahrensschritte nach den Ansprüchen 13 bis 15 nach einer bestimmten Anzahl von Antriebserregungen, mit denen der maximale Hub erzielt werden soll und/oder nach einer bestimmten Änderung der Temperatur des Aktors (28), des Antriebs (2) und/oder des Brennstoffeinspritzventils (1) erfolgt.
Brennstoffeinspritz-System mit einem Brennstoffeinspritzventil (1), insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, mit einem sich bei Erregung axial ausdehnenden piezoelektrischen, elektrostriktiven oder magnetostriktiven Antrieb (2) und einem mit dem Antrieb (2) in Wirkverbindung stehenden Ventilschließkörper (7), der mit einer Ventilsitzfläche (13) zu einem Dichtsitz zusammenwirkt, wobei sich der Dichtsitz in der Phase der Ausdehnung des Antriebs (2) öffnet, und einem Steuergerät wobei im Brennstoffeinspritzventil (1) zumindest ein Anschlag (5) vorgesehen ist, der die Bewegung des Ventilschließkörpers (7) in Öffnungsrichtung begrenzt und den maximalen Hub des Ventilschließkörpers (7) genau festlegt, und wobei das Steuergerät derart ausgebildet ist, dass es folgende Verfahrensschritte durchführt: – Anlegen einer Erregungsspannung an den Antrieb (2), – Erfassen elektrischer Messgrößen am Antrieb (2), – Bestimmung der Erregungsminimalspannung, die mindestens notwendig ist, damit der Anschlag (5) die Öffnungsbewegung des Ventilschließkörper (7) begrenzt, anhand der erfassten elektrischen Messgrößen, – Anpassen der Höhe der Erregungsspannung des Antriebs (2) und/oder des Verlaufs der Erregungsspannung des Antriebs (2) anhand der zuvor bestimmten Erregungsminimalspannung.
Brennstoffeinspritz-System nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung des Antriebs (2) durch den Anschlag (5) in Öffnungsrichtung begrenzt ist.
Brennstoffeinspritz-System nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilschließkörper (7) am abspritzseitigen Ende einer Ventilnadel (8) ausgebildet ist.
Brennstoffeinspritz-System nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilnadel (8) an einem Federteller (10) fixiert ist.
Brennstoffeinspritz-System nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlag (5) an einem Düsenkörper (6) ausgebildet ist.
Brennstoffeinspritz-System nach einem der Ansprüche 17 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass das der Antrieb (2) einen Koppler (29) und einen Aktor (28) aufweist, wobei der Koppler (29) insbesondere temperaturbedingte Längenänderungen des Aktors (28) ausgleicht.
Brennstoffeinspritz-System nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Koppler (29) zwischen dem Aktor (28) und der Ventilnadel (8) angeordnet ist.