DE60015922T2

DE60015922T2 - Steuerverfahren und Vorrichtung zur Mehrstellungventilbetätigung in einem Kraftstoffeinspritzsystem

Info

Publication number: DE60015922T2
Application number: DE2000615922
Authority: DE
Inventors: Johannes-Joerg Rueger; Udo Schulz; Patrick Mattes
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2000-04-01
Filing date: 2000-04-01
Publication date: 2005-03-31
Anticipated expiration: 2020-04-02
Also published as: EP1138920A1; EP1138920B1; DE60015922D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren wie im Oberbegriff des Anspruchs 1 definiert sowie eine Vorrichtung wie im Oberbegriff des Anspruchs 23 definiert, d.h. ein Steuerverfahren und eine Steuervorrichtung für ein Mehrstellungsventil innerhalb eines Kraftstoffeinspritzsystems.
Kraftstoffeinspritzsysteme sind wesentliche Bauteile von Verbrennungsmotoren. Sie können entweder mit einzelnen oder gemeinsam genutzten Kraftstoffzufuhrleitungen für jede Kraftstoffeinspritzdüse vorgesehen sein (wobei die zweite Alternative auch Sammelrohrsysteme [Common-Rail-Systeme), kurz: CR-Systeme, genannt wird). In jedem Fall werden Kraftstoffeinspritzungen mittels Öffnen und Schließen von Kraftstoffeinspritzdüsen in einer vordefinierten Weise gesteuert.
Im Falle eines Kraftstoffeinspritzsystems mit Mehrstellungsventilen werden die Mehrstellungsventile verwendet, um das Öffnen und Schließen der Kraftstoffeinspritzdüsen durchzuführen. Ein piezoelektrisches Element kann verwendet werden, um das Mehrstellungsventil zu betätigen.
5 ist eine schematische Darstellung eines Kraftstoffeinspritzsystems, in dem ein piezoelektrisches Element 2010 als ein Betätiger verwendet wird. Wie aus 1 ersichtlich, wird das piezoelektrische Element 2010 elektrisch erregt, um sich in Reaktion auf eine gegebene Aktivierungsspannung auszudehnen und zusammenzuziehen. Das piezoelektrische Element 2010 ist mit einem Kolben 2015 gekoppelt. Im ausgedehnten Zustand bewirkt das piezoelektrische Element 2010, daß der Kolben 2015 in den Hydraulikadapter 2020 hineinragt, der ein Hydraulikfluid, beispielsweise Kraftstoff, enthält. Als eine Folge der Ausdehnung des piezoelektrischen Elements wird das Doppelstellungssteuerventil 2025 hydraulisch vom Hydraulikadapter 2020 weggeschoben, und das Ventilküken 1000 wird aus der ersten geschlossenen Position oder dem Sitz 1 herausgehoben. Die Kombination des Doppelstellungssteuerventils 2025 und der Hohlbohrung 2050 wird oft als ein Doppelstellungs-Doppelsitzventil bezeichnet, weil das Küken 1000 des Doppelstellungssteuerventils, wenn das piezoelektrische Element 2010 in einem nicht erregten Zustand ist, in einer ersten geschlossenen Position 1 verbleibt. Andererseits, wenn sich das piezoelektrische Element 2010 vollständig ausgedehnt hat, verbleibt das Ventilküken 1000 in einer zweiten geschlossenen Position oder einem Sitz 2. Die letztere Position des Ventilkükens 1000 ist in 5 mittels Schattenlinien schematisch dargestellt.
Das Kraftstoffeinspritzsystem umfaßt eine
Einspritznadel 2070, die eine Einspritzung von Kraftstoff aus einer druckbeaufschlagten Kraftstoffversorgungsleitung 2060 mit einem Druck p in den (nicht dargestellten) Zylinder zuläßt. Wenn das piezoelektrische Element 2010 nicht erregt wird, oder wenn es sich vollständig ausgedehnt hat, verbleibt das Doppelstellungssteuerventilküken 1000 in seiner ersten geschlossenen Position 1 bzw. in seiner zweiten geschlossenen Position 2. In beiden Fällen hält der Hydraulikrohrdruck p die Einspritznadel 2070 in einer geschlossenen Position. Somit tritt das Kraftstoffgemisch nicht in den (nicht dargestellten) Zylinder ein. Umgekehrt, wenn das piezoelektrische Element 2010 so erregt wird, daß sich das Doppelstellungssteuerventilküken 1000 in der sogenannten Mittelposition M im Verhältnis zur Hohlbohrung 2050 befindet, ergibt sich ein Druckabfall in der druckbeaufschlagten Kraftstoffversorgungsleitung 2060. Dieser Druckabfall hat eine Druckdifferenz in der druckbeaufschlagten Kraftstoffversorgungsleitung 2060 zwischen der Oberseite und dem Boden der Einspritznadel 2070 zur Folge, so daß die Einspritznadel 2070 angehoben wird, um eine Kraftstoffeinspritzung in den (nicht dargestellten) Zylinder zuzulassen. Die Mittelposition M ist in 5 mittels Schattenlinien schematisch dargestellt.
Somit wird die Kraftstoffeinspritzung in dem hier erörterten Beispiel dadurch gesteuert, daß Spannungen an den piezoelektrischen Betätiger angelegt werden, der sich selbst in Abhängigkeit von der angelegten Spannung ausdehnt oder zusammenzieht. Als Folge davon (aber möglicherweise unter weiterer Verwendung von Übertragungselementen) bewegt sich das Ventilküken 1000 über eine entsprechende Distanz Δ1 zwischen dem ersten Sitz 1 und der offenen Position M bzw. eine Distanz Δ2 zwischen der offenen Position M bzw. dem zweiten Sitz 2. Eine ausführlichere Beschreibung eines entsprechenden Systems ist in der deutschen Patentanmeldung DE 197 42 073 A1 , die als dem Stand der Technik am nächsten kommend angesehen wird, und der deutschen Patentanmeldung DE 1976 29 844 A1 enthalten. Diese Patentanmeldungen beschreiben piezoelektrische Elemente mit Doppelstellungs-Doppelsitzventilen zur Steuerung von Einspritznadeln in einem Kraftstoffeinspritzsystem.
Für solche Anwendungen ist es allgemein von Bedeutung, vordefinierte Mengen von eingespritztem Kraftstoff mit hoher Genauigkeit zu erzielen. Es ist somit von Bedeutung, eine genaue Steuerung des Systems zur Verfügung zu haben. Auftretende Systembedingungen können jedoch diesem Ziel entgegenstehen.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Steuerverfahren und eine verbesserte Steuervorrichtung für ein Mehrstellungsventil innerhalb eines Kraftstoffeinspritzsystems bereitzustellen.
Diese Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird durch eine Aufgabe des Verfahrensanspruchs 1 erfüllt, d.h. durch ein Steuerverfahren für ein Mehrstellungsventil innerhalb eines Kraftstoffeinspritzsystems, dadurch gekennzeichnet, daß das Mehrstellungsventil durch eine Steuereinheit gemäß einem vordefinierten Steuerplan gesteuert wird. Mindestens ein Systemparameter wird überwacht. Der vordefinierte Steuerplan, und damit die Steuerung des Mehrstellungsventils, wird modifiziert, falls einer oder mehrere der überwachten Systemparameter vordefinierten Bedingungen entsprechen.
Diese Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird weiterhin durch eine Aufgabe des Vorrichtungsanspruchs 23 erfüllt, d.h. durch eine Steuervorrichtung für ein Mehrstellungsventil innerhalb eines Kraftstoffeinspritzsystems, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuereinheit zur Steuerung des Mehrstellungsventils gemäß einem vordefinierten Steuerplan vorgesehen ist. Überwachungsmittel zur Überwachung von mindestens einem Systemparameter sind vorgesehen. Modifizierungsmittel zur Modifizierung des vordefinierten Steuerplans, und damit der Steuerung des Mehrstellungsventils, sind für den Fall vorgesehen, daß einer oder mehrere der überwachten Systemparameter vordefinierten Bedingungen entsprechen.
Allgemein ist es das Ziel eines beliebigen vordefinierten Steuerplans, eine optimierte Systemsteuerung zuzulassen. Obwohl jedoch ein vordefinierter Steuerplan allgemein diesem Zweck entsprechen könnte, könnte es besser sein, unter gewissen Systembedingungen einen unterschiedlichen Steuerplan zur Verfügung zu haben. Eine entsprechende Modifizierung ist somit vorteilhaft.
Die Modifizierung eines beliebigen vordefinierten Steuerplans, und damit der Steuerung des Mehrstellungsventils, kann auf mehrere Arten erfolgen. So kann beispielsweise ein vorhandener Steuerplan, der in einem beliebigen geeigneten Speicher einer Steuereinheit "gespeichert" ist (d.h. dessen Informationen körperlich vorhanden sind), dadurch modifiziert werden, daß Teile davon durch neue Teile ersetzt werden. Das gleiche Ergebnis wird jedoch dadurch erreicht, daß der gesamte Plan durch einen neuen Plan ersetzt wird, der beispielsweise im ersten Fall die verbleibenden alten Teile sowie die neuen Teile umfaßt. Es ist darüber hinaus möglich, die Behandlung und damit die Bedeutung des Steuerplans anstelle des Plans, so wie er selbst gespeichert ist, zu modifizieren (die Steuereinheit könnte beispielsweise das Doppelstellungssteuerventil 2025 in seinen ersten Sitz 1 bewegen, unabhängig davon, ob gemäß Steuerplan entweder der erste Sitz 1 oder der zweite Sitz 2 erforderlich ist). Des weiteren kann eine modifizierte Steuerung des im Rahmen dieser Erfindung verwendeten Kraftstoffeinspritzsystems in einer beliebigen anderen geeigneten Weise erfolgen. Somit ist unter "Modifizierung eines vordefinierten Steuerplans" eine beliebige Maßnahme zu verstehen, die eine Systemsteuerung zur Folge hat, die sich von derjenigen unterscheidet, die sich ohne diese Maßnahme ergeben würde.
Gemäß Anspruch 2 ist das Mehrstellungssteuerventil ein Doppelstellungssteuerventil, das einen ersten Sitz entsprechend einer ersten geschlossenen Position, einen zweiten Sitz entsprechend einer zweiten geschlossenen Position sowie eine offene Position hat.
Für die Steuerung eines entsprechenden Steuerventils ist das erfindungsgemäße Verfahren besonders vorteilhaft.
Gemäß Anspruch 3 wird das Mehrstellungssteuerventil des weiteren mittels eines piezoelektrischen Elements betätigt. Der erste Sitz entspricht einer an das piezoelektrische Element angelegten ersten Spannung. Der zweite Sitz entspricht einer an das piezoelektrische Element angelegten zweiten Spannung, die größer als die erste Spannung ist. Die offene Position entspricht einer an das piezoelektrische Element angelegten mittleren Spannung, die zwischen der ersten und der zweiten Spannung liegt.
Innerhalb eines entsprechenden Systems kann die Erfindung in vollem Umfang vorteilhaft genutzt werden.
Vorteilhafterweise wird der Kraftstoffdruck überwacht, und der vordefinierte Steuerplan wird modifiziert, falls der überwachte Druck einen vordefinierten Grenzwert überschreitet (Anspruch 4).
Dies läßt es zu, Druckabhängigkeiten des Steuerventils zu kompensieren. Da Druckabhängigkeiten wahrscheinlich innerhalb eines Kraftstoffeinspritzsystems auftreten, das mit druckbeaufschlagtem Kraftstoff arbeitet, ist eine entsprechende Kompensierung besonders vorteilhaft.
Des weiteren werden die Zahl und die Art von Einspritzungen (St_inj) überwacht, und der vordefinierte Steuerplan wird modifiziert, falls keine Voreinspritzungen durchzuführen sind (Anspruch 5).
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung wird eine Einspritzung gemäß dem vordefinierten Steuerplan mittels Bewegen des Mehrstellungssteuerventils aus dem ersten Sitz in die offene Position durchgeführt, und statt dessen wird das Mehrstellungssteuerventil aus dem zweiten Sitz in die offene Position bewegt, falls der überwachte Druck einen vordefinierten Grenzwert überschreitet (Anspruch 6).
Im Falle eines Doppelstellungssteuerventils, wie vorstehend beschrieben, wird beispielsweise das Doppelstellungssteuerventil 2025 aus seinem ersten Sitz 1 gegen die Druckkraft in die offene Position M bewegt, wird aber mit der Druckkraft aus seinem zweiten Sitz 2 in die offene Position M bewegt. Somit ist es im Falle sehr hoher Drücke vorteilhaft, das Doppelstellungssteuerventil 2025 aus dem zweiten Sitz 2 anstatt aus dem ersten Sitz 1 zu öffnen. Dies ist darauf zurückzuführen, daß eine relativ große Kraft erforderlich wäre, um das Doppelstellungssteuerventil 2025 gegen den Druck p aus seinem ersten Sitz 1 in seine offene Position M zu bewegen, und es somit schwierig wäre, die Bewegung exakt dann zu stoppen, wenn sich das Doppelstellungssteuerventil 2025 in seiner offenen Position M befindet. Wenn die Bewegung aus dem Sitz 1 in den Sitz 2 schnell genug stattfindet, wird während dieses Vorgangs keine Einspritzung durchgeführt.
Gemäß Anspruch 6 wird eine Einspritzung gemäß dem vordefinierten Steuerplan mittels Bewegen des Mehrstellungsventils aus dem ersten Sitz in die offene Position durchgeführt, das Mehrstellungssteuerventil ist in seinem ersten Sitz plaziert, wird aber, um die Einspritzung durchzuführen, zunächst aus dem ersten Sitz in den zweiten Sitz bewegt, bevor es in die offene Position bewegt wird, falls der überwachte Druck einen vordefinierten Grenzwert überschreitet (Anspruch 7).
Dies läßt es zu, die Genauigkeit einer Einspritzung selbst für den Fall zu verbessern, daß sich das Doppelstellungssteuerventil 2025 vorher in seinem weniger geeigneten Sitz befindet.
Gemäß dem vordefinierten Steuerplan werden vorteilhafterweise zwei Voreinspritzungen durchgeführt, bevor eine Haupteinspritzung stattfindet, und wird das Mehrstellungsventil zwischen den beiden Voreinspritzungen in den ersten Sitz bewegt, und statt dessen wird das Mehrstellungssteuerventil zwischen den beiden Voreinspritzungen in den zweiten Sitz bewegt (Anspruch 8).
Wenn hohe Drücke auftreten, ist es besonders vorteilhaft, den vordefinierten Steuerplan zwischen den beiden Voreinspritzungen entsprechend zu modifizieren.
Die Systemtemperatur wird vorteilhafterweise überwacht, und der vordefinierte Steuerplan wird modifiziert, falls die überwachte Temperatur unter einem vordefinierten Grenzwert liegt (Anspruch 9).
Dies läßt es zu, Temperaturabhängigkeiten des Kraftstoffeinspritzsystems zu kompensieren.
Zusätzlich wird der Zeitspalt zwischen Einspritzungen überwacht, und der vordefinierte Steuerplan wird modifiziert, falls der Zeitspalt zwischen Einspritzungen einen vordefinierten Wert überschreitet (Anspruch 10).
Vorteilhafterweise wird der Zustand des Gleichlaufs des Systems im Verhältnis zum Nockenwellen- und Kurbelwellensignal überwacht, und der vordefinierte Steuerplan wird modifiziert, falls das System nicht in endgültigem Gleichlauf ist (Anspruch 11).
Gemäß dem vordefinierten Steuerplan wird des weiteren das Mehrstellungssteuerventil nach durchgeführter Einspritzung in den zweiten Sitz bewegt, und statt dessen wird das Mehrstellungssteuerventil in den ersten Sitz bewegt, falls die überwachte Temperatur und/oder der Zeitspalt zwischen diesen Einspritzungen einen vordefinierten Wert überschreitet und/oder das System nicht in endgültigem Gleichlauf ist (Anspruch 12).
Dies ist im Falle eines Systems mit piezoelektrischen Betätigern besonders vorteilhaft, da im Falle sehr niedriger Temperaturen das Hebevermögen piezoelektrischer Elemente reduziert sein könnte. Somit ist es, beispielsweise im Falle eines Doppelstellungssteuerventils 2025, leichter, das Doppelstellungssteuerventil 2025 mit einer ausreichenden Genauigkeit und Sicherheit in seinen ersten Sitz 1 anstatt in seinen zweiten Sitz 2 zu bewegen.
Gemäß dem vordefinierten Steuerplan wird eine Einspritzung vorteilhafterweise mittels Bewegen des Mehrstellungssteuerventils aus dem zweiten Sitz in die offene Position durchgeführt, und statt dessen wird das Mehrstellungssteuerventil aus dem ersten Sitz in die offene Position bewegt, falls die überwachte Temperatur und/oder der Zeitspalt zwischen diesen Einspritzungen einen vordefinierten Wert überschreitet und/oder das System nicht in endgültigem Gleichlauf ist (Anspruch 13).
Dies ist vorteilhaft, weil es schwieriger sein könnte, eine ausreichende Genauigkeit zu erzielen, wenn im Falle niedriger Temperaturen aus dem zweiten Sitz 2 heraus gestartet wird.
Gemäß dem vordefinierten Steuerplan wird eine Voreinspritzung vorteilhafterweise vor einer Haupteinspritzung durchgeführt und wird das Mehrstellungssteuerventil zwischen der Voreinspritzung und der Haupteinspritzung in den zweiten Sitz bewegt, und statt dessen wird das Mehrstellungssteuerventil zwischen der Voreinspritzung und der Haupteinspritzung in den ersten Sitz bewegt, falls die überwachte Temperatur und/oder der Zeitspalt zwischen diesen Einspritzungen einen vordefinierten Wert überschreitet und/oder das System nicht in endgültigem Gleichlauf ist (Anspruch 14).
Dies ist vorteilhaft, weil insbesondere beim Starten eines Autos niedrige Temperaturen relevant sein können, und somit sollten die Haupteinspritzungen beim Starten aus dem ersten Sitz 1 heraus durchgeführt werden.
Vorteilhafterweise werden sowohl der Kraftstoffdruck als auch die Systemtemperatur überwacht, und falls der Druck den vordefinierten Grenzwert überschreitet und die Temperatur gleichzeitig unter dem vordefinierten Grenzwert liegt, wird das Mehrstellungsventil so gesteuert, als ob der Druck nicht den vordefinierten Grenzwert überschreiten würde (Anspruch 15).
In einem entsprechenden Fall könnte die Temperaturabhängigkeit von größerer Bedeutung als die Druckabhängigkeit sein. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Reduzierung des Hebevermögens des piezoelektrischen Elements zu groß ist, um sicherzustellen, daß sich das Doppelstellungssteuerventil 2025 in seinem zweiten Sitz 2 befindet. Es ist somit vorteilhaft, das Überschreiten des Druckgrenzwerts zu ignorieren, was ohne diese Regel eine bevorzugte Verwendung des zweiten Sitzes 2 zur Folge haben würde.
Gemäß den Ansprüchen 16 – 21 wird das Mehrstellungssteuerventil mittels eines piezoelektrischen Elements betätigt. In einer vorteilhaften Ausführung gemäß den Ansprüchen 16 – 21 wird die Pufferspannung im Ladestromkreis des piezoelektrischen Elements überwacht, und die Steuerung des Doppelstellungssteuerventils wird entsprechend modifiziert.
Solange das System im Verhältnis zu den Motordrehzahlsignalen der Kurbelwelle und der Nockenwelle nicht in endgültigem Gleichlauf ist, wird jegliche Einspritzung dadurch durchgeführt, daß das Ventil aus dem ersten Sitz 1 in die mittlere Position und zurück zum ersten Sitz 1 anstatt zum zweiten Sitz 2 bewegt wird. Diese Regel hat Vorrang gegenüber anderen Regeln.
Wenn die Zeit zwischen der Voreinspritzung und der Haupteinspritzung oder die Zeit in einer beliebigen anderen Situation zwischen zwei Einspritzvorgängen, in der das Ventil in den zweiten Sitz bewegt wird, einen vordefinierten Wert überschreitet, wird das Ventil in den ersten Sitz 1 anstatt in den zweiten Sitz 2 bewegt.
Gemäß Anspruch 22 sind die überwachten Systemparameter und/oder eine beliebige Kombination von zwei oder mehr der überwachten Systemparameter nach ihrer Priorität eingestuft, und der vordefinierte Steuerplan, und damit die Steuerung des Mehrstellungsventils, wird auf der Basis des überwachten Systemparameters oder der Kombination der überwachten Systemparameter mit der höchsten Prioritätseinstufung modifiziert.
Die Erfindung wird nunmehr nachstehend anhand beispielhafter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlicher erläutert; dabei sind:
1 eine Abbildung von vier grafischen Darstellungen, die das erfindungsgemäße Verfahren verdeutlichen;
2 eine Abbildung von zwei grafischen Darstellungen, die das erfindungsgemäße Verfahren verdeutlichen;
3 eine Abbildung von zwei weiteren grafischen Darstellungen, die das erfindungsgemäße Verfahren verdeutlichen;
4 ein Blockdiagramm einer beispielhaften Ausführungsform eines Steuersystems, in dem die Erfindung realisiert ist;
5 eine schematische Darstellung eines beispielhaften Kraftstoffeinspritzsystems, in dem ein piezoelektrisches Element als ein Betätiger verwendet wird;
6 eine schematische Darstellung eines beispielhaften piezoelektrischen Elementsteuersystems für ein Kraftstoffeinspritzsystem;
7a ein schematischer Stromlaufplan zur Erläuterung einer ersten Ladephase (Ladeschalter 220 geschlossen) in der Vorrichtung der 6;
7b ein schematischer Stromlaufplan zur Erläuterung einer zweiten Ladephase (Ladeschalter 220 offen) in der Vorrichtung der 6;
7c ein schematischer Stromlaufplan zur Erläuterung einer ersten Entladephase (Entladeschalter 230 geschlossen) in der Vorrichtung der 6; und
7d ein schematischer Stromlaufplan zur Erläuterung einer zweiten Entladephase (Entladeschalter 230 offen) in der Vorrichtung der 6.
6 ist eine schematische Darstellung eines beispielhaften piezoelektrischen Elementsteuersystems für ein Kraftstoffeinspritzsystem. 6 zeigt eine detaillierte Fläche A und eine nicht detaillierte Fläche B, deren Trennung durch eine gestrichelte Linie c angezeigt ist. Die detaillierte Fläche A umfaßt einen Stromkreis zum Laden und Entladen der piezoelektrischen Elemente 10, 20, 30, 40, 50 und 60. Im vorliegenden Beispiel handelt es sich bei diesen piezoelektrischen Elementen 10, 20, 30, 40, 50 und 60 um Betätiger in Kraftstoffeinspritzdüsen (insbesondere in sogenannten Sammelrohreinspritzern) eines Verbrennungsmotors. Piezoelektrische Elemente können für solche Zwecke verwendet werden, weil sie bekanntlich die Eigenschaft besitzen, sich in Abhängigkeit von einer daran angelegten oder darin auftretenden Spannung zusammenzuziehen oder auszudehnen. Die nicht detaillierte Fläche B umfaßt eine Steuereinheit D und einen integrierten Aktivierungsstromkreis E, von denen die Elemente innerhalb der detaillierten Fläche A gesteuert werden, sowie Meßbauteile F zur Messung auftretender Sammelrohrdrücke.
Der Stromkreis innerhalb der detaillierten Fläche A umfaßt, wie vorstehend erwähnt, sechs piezoelektrische Elemente 10, 20, 30, 40, 50, 60. Der Grund für die Verwendung von sechs piezoelektrischen Elementen 10, 20, 30, 40, 50, 60 in der beschriebenen Ausführungsform liegt darin, sechs Zylinder innerhalb eines Verbrennungsmotors unabhängig steuern zu können; somit könnte eine beliebige andere Anzahl piezoelektrischer Elemente für einen beliebigen anderen Zweck eingesetzt werden.
Die piezoelektrischen Elemente 10, 20, 30, 40, 50, 60 sind in eine erste Gruppe oder Bank G1 und in eine zweite Gruppe oder Bank G2 aufgeteilt, die jeweils drei piezoelektrische Elemente umfassen (d.h. die piezoelektrischen Elemente 10, 20 und 30 in der ersten Gruppe G1 und die piezoelektrischen Elemente 40, 50 und 60 in der zweiten Gruppe G2). Die Gruppen G1 und G2 sind Bestandteile von Stromkreisteilen, die parallel zueinander verbunden sind. Gruppenwählschalter 310, 320 können verwendet werden, um festzulegen, welche der Gruppen G1, G2 der piezoelektrischen Elemente 10, 20 und 30 bzw. 40, 50 und 60 jeweils durch eine gemeinsame Lade- und Entladevorrichtung entladen werden. (Die Gruppenwählschalter 310, 320 haben jedoch für Ladevorgänge keine Bedeutung, wie nachstehend ausführlicher erläutert.)
Die Gruppenwählschalter 310, 320 sind zwischen einer Spule 240 und der jeweiligen Gruppe G1 bzw. G2 (den spulenseitigen Klemmen davon) vorgesehen und dienen als Transistoren. Seitenantreiber 311, 321 sind vorgesehen, die vom integrierten Aktivierungsstromkreis E empfangenen Steuersignale in Spannungen zu transformieren, die dafür geeignet sind, die Schalter nach Bedarf zu schließen und zu öffnen.
Dioden 315 bzw. 325 (als Gruppenwähldioden bezeichnet) sind parallel zu den Gruppenwählschaltern 310, 320 vorgesehen. Wenn die Gruppenwählschalter 310, 320 beispielsweise als MOSFETs oder IGBTs vorgesehen sind, können diese Gruppenwähldioden 315, 325 durch die parasitären Dioden selbst ersetzt werden. Die Dioden 315, 325 bewirken während Ladevorgängen eine Bypassumsteuerung um die Gruppenwählschalter 310, 320. Somit wird die Funktionalität der Gruppenwählschalter 310, 320 darauf reduziert, daß eine Gruppe G1, G2 piezoelektrischer Elemente 10, 20 und 30 bzw. 40, 50 und 60 lediglich für ein Entladeverfahren ausgewählt wird.
Innerhalb jeder Gruppe G1 bzw. G2 sind die piezoelektrischen Elemente 10, 20 und 30 bzw. 40, 50 und 60 als Bestandteile von Piezoabzweigungen 110, 120 und 130 (Gruppe G1) und 140, 150 und 160 (Gruppe G2) vorgesehen, die parallel zueinander. verbunden sind. Jede Piezoabzweigung umfaßt einen Serienstromkreis, der aus einem ersten parallelen Stromkreis, der ein piezoelektrisches Element 10, 20, 30, 40, 50 bzw. 60 und einen Widerstand 13, 23, 33, 43, 53 bzw. 63 umfaßt (als Abzweigwiderstände bezeichnet) und aus einem zweiten parallelen Stromkreis besteht, der aus einem als ein Transistor 11, 21, 31, 41, 51 bzw. 61 vorgesehenen Wählschalter (als Abzweigwählschalter bezeichnet) und einer Diode 12, 22, 32, 42, 52 bzw. 62 (als Abzweigdioden bezeichnet) besteht.
Die Abzweigwiderstände 13, 23, 33, 43, 53 bzw. 63 bewirken, daß sich jedes entsprechende piezoelektrische Element 10, 20, 30, 40, 50 bzw. 60 während und nach einem Ladeverfahren kontinuierlich selbst entlädt, da sie beide Klemmen eines jeden kapazitiven piezoelektrischen Elements 10, 20, 30, 40, 50 bzw. 60 miteinander verbinden. Die Abzweigwiderstände 13, 23, 33, 43, 53 bzw. 63 sind jedoch ausreichend groß, um dieses Verfahren im Vergleich zu den gesteuerten Lade- und Entladeverfahren, wie nachstehend beschrieben, langsam ablaufen zu lassen. Es ist somit nach wie vor eine vernünftige Annahme, davon auszugehen, daß die Ladung eines beliebigen piezoelektrischen Elements 10, 20, 30, 40, 50 oder 60 innerhalb einer relevanten Zeit nach einem Ladeverfahren unverändert bleibt. (Der Grund, dennoch die Abzweigwiderstände 13, 23, 33, 43, 53 und 63 vorzusehen, besteht darin, Restladungen an den piezoelektrischen Elementen 10, 20, 30, 40, 50 und 60 im Falle eines Ausfalls des Systems oder anderer außergewöhnlicher Situationen zu vermeiden.) Somit können die Abzweigwiderstände 13, 23, 33, 43, 53 und 63 in der nachstehenden Beschreibung vernachlässigt werden.
Die Abzweigwählschalter/Abzweigdioden-Paare in den individuellen Piezoabzweigen 110, 120, 130, 140, 150 bzw. 160, d.h. der Wählschalter 11 und die Diode 12 im Piezoabzweig 110, der Wählschalter 21 und die Diode 22 im Piezoabzweig 120 usw., können unter Verwendung elektronischer Schalter (d.h. Transistoren) mit parasitären Dioden, beispielsweise MOSFETs oder IGBTs (wie vorstehend für die Gruppenwählschalter/Dioden-Paare 310 und 315 bzw. 320 und 325 angegeben), vorgesehen sein. Die Abzweigwählschalter 11, 21, 31, 41, 51 bzw. 61 können verwendet werden; um festzulegen, welche der piezoelektrischen Elemente 10, 20, 30, 40, 50 oder 60 in jedem Fall durch eine gemeinsame Lade- und Entladevorrichtung geladen werden; in jedem Fall handelt es sich bei den piezoelektrischen Elementen 10, 20, 30, 40, 50 oder 60, die geladen werden, um alle diejenigen, deren Abzweigwählschalter 11, 21, 31, 41, 51 oder 61 während des nachstehend beschriebenen Ladeverfahrens geschlossen werden.
Die Abzweigdioden 12, 22, 32, 42, 52 und 62 dienen dazu, während Entladeverfahren eine Bypassumsteuerung um die Abzweigwählschalter 11, 21, 31, 41, 51 bzw. 61 zu bewirken. In dem hier für Ladeverfahren erörterten Beispiel kann somit ein beliebiges individuelles piezoelektrisches Element ausgewählt werden, während für Entladeverfahren entweder die erste Gruppe G1 oder die zweite Gruppe G2 der piezoelektrischen Elemente 10, 20, und 30 bzw. 40, 50 und 60 oder beide ausgewählt werden müssen.
Was die piezoelektrischen Elemente 10, 20, 30, 40, 50 und 60 selbst betrifft, die nunmehr näher erörtert werden, können die Abzweigwählpiezoklemmen 15, 25, 35, 45, 55 bzw. 65 entweder durch die Abzweigwählschalter 11, 21, 31, 41, 51 bzw. 61 oder durch die entsprechenden Dioden 12, 22, 32, 42, 52 bzw. 62 und in beiden Fällen zusätzlich durch den Widerstand 300 geerdet werden.
Der Widerstand 300 dient dazu, die Ströme zu messen, die während des Ladens und Entladens der piezoelektrischen Elemente 10, 20, 30, 40, 50 und 60 zwischen den Abzweigwählpiezoklemmen 15, 25, 35, 45, 55 bzw. 65 und Masse fließen. Eine Kenntnis dieser Ströme läßt ein gesteuertes Laden und Entladen der piezoelektrischen Elemente 10, 20, 30, 40, 50 und 60 zu. Insbesondere durch, Schließen und Öffnen des Ladeschalters 220 und des Entladeschalters 230 in einer von der Größenordnung der Ströme abhängigen Weise ist es möglich, den Ladestrom und den Entladestrom auf vordefinierte Durchschnittswerte einzustellen und/oder zu verhindern, daß diese Ströme einen vordefinierten Maximal- und/oder Minimalwert, wie nachstehend ausführlicher beschrieben, über- bzw. unterschreiten.
In dem erörterten Beispiel erfordert die Messung selbst weiterhin eine Spannungsquelle 621, die eine Spannung von beispielsweise 5 V Gleichstrom liefert, und einen Spannungsteiler in Form der beiden Widerstände 622 und 623. Dies geschieht, um am integrierten Aktivierungsstromkreis E (mit dem die Messungen durchgeführt werden) negative Spannungen zu verhindern, die ansonsten am Meßpunkt 620 auftreten könnten und mittels des integrierten Aktivierungsstromkreises E nicht gehandhabt werden können; solche negativen Spannungen werden durch Hinzufügung eines positiven Spannungsaufbaus, der durch die Spannungsquelle 621 und die Spannungsteilerwiderstände 622 und 623 zur Verfügung gestellt wird, in positive Spannungen umgewandelt.
Die andere Klemme eines jeden piezoelektrischen Elements 10, 20, 30, 40, 50 und 60, d.h. die Gruppenwählpiezoklemme 14, 24, 34, 44, 54 bzw. 64, kann mit dem Pluspol einer Spannungsquelle über den Gruppenwählschalter 310 bzw. 320 oder über die Gruppenwähldiode 315 bzw. 325 sowie über eine Spule 240 und einen parallelen Stromkreis, der aus einem Ladeschalter 220 und einer Ladediode 221 besteht, und alternativ oder zusätzlich mit Masse über den Gruppenwählschalter 310 bzw. 320 oder über die Diode 315 bzw. 325 sowie über die Spule 240 und einen parallelen Stromkreis, der aus einem Entladeschalter 230 oder einer Entladediode 231 besteht, verbunden sein. Der Ladeschalter 220 und der Entladeschalter 230 sind als , Transistoren vorgesehen, die über Seitenantreiber 222 bzw. 232 gesteuert werden.
Die Spannungsquelle umfaßt ein Element mit kapazitiven Eigenschaften, wobei es sich im erörterten Beispiel um den (Puffer-)Kondensator 210 handelt. Der Kondensator 210 wird durch eine Batterie 200 (beispielsweise eine Kraftfahrzeugbatterie) und einen stromabwärts dazu vorgesehenen Gleichstrom-Stromwandler 201 geladen. Der Gleichstrom-Stromwandler 201 wandelt die Batteriespannung (beispielsweise 12 V) in eine im wesentlichen beliebige andere Gleichstromspannung (beispielsweise 250 V) um und lädt den Kondensator 210 mit dieser Spannung. Der Gleichstrom-Stromwandler 201 wird mittels des Transistorschalters 202 und des Widerstands 203 gesteuert, der für an einem Meßpunkt 630 abgenommene Strommessungen verwendet wird.
Um eine kreuzweise Überprüfung durchführen zu können, kann eine weitere Strommessung an einem Meßpunkt 650 durch den integrierten Aktivierungsstromkreis E sowie durch die Widerstände 651, 652 und 653 und, beispielsweise, durch eine 5V-Gleichstrom-Spannungsquelle 654 erfolgen; darüber hinaus kann eine Spannungsmessung an einem Meßpunkt 640 durch den integrierten Aktivierungsstromkreis E sowie durch die Spannungsteilerwiderstände 641 und 642 erfolgen.
Schließlich dienen ein Widerstand 330 (als Gesamtentladungswiderstand bezeichnet), ein als ein Transistor 331 vorgesehener Stoppschalter (als Stoppschalter bezeichnet) und eine Diode 332 (als Gesamtentladediode bezeichnet) dazu, die piezoelektrischen Elemente 10, 20, 30, 40, 50 und 60 zu entladen (falls sie durch den "normalen" Entladevorgang, der nachstehend näher beschrieben wird, nicht entladen werden sollten). Der Stoppschalter 331 wird nach "normalen" Entladeverfahren (Zyklusentladung über Entladeschalter 230) vorzugsweise geschlossen. Dadurch verbindet er die piezoelektrischen Elemente 10, 20, 30, 40, 50 und 60 über die Widerstände 330 und 300 mit Masse und entfernt somit jegliche Restladungen, die in den piezoelektrischen Elementen 10, 20, 30, 40, 50 und 60 verbleiben könnten. Die Gesamtentladediode 332 verhindert, daß negative Spannungen an den piezoelektrischen Elementen 10, 20, 30, 40, 50 und 60 auftreten, die unter gewissen Umständen dadurch beschädigt werden könnten.
Das Laden und Entladen aller piezoelektrischen Elemente 10, 20, 30, 40, 50 und 60 oder eines speziellen piezoelektrischen Elements erfolgen über eine einzelne Lade- und Entladevorrichtung (gemeinsam für alle Gruppen und ihre piezoelektrischen Elemente). Im erörterten Beispiel umfaßt die gemeinsame Lade- und Entladevorrichtung die Batterie 200, den Gleichstrom-Stromwandler 201, den Kondensator 210, den Ladeschalter 220 und den Entladeschalter 230, die Ladediode 221 und die Entladediode 231 sowie die Spule 240.
Das Laden und Entladen eines jeden piezoelektrischen Elements erfolgen in der gleichen Weise und werden nachstehend, lediglich am Beispiel des ersten piezoelektrischen Elements 10, näher erläutert.
Die während der Lade- und Entladeverfahren auftretenden Bedingungen werden unter Bezugnahme auf die 3a bis einschließlich 3d erläutert, in den 7a und 7b ist das Laden des piezoelektrischen Elements 10 und in den 7c und 7d das Entladen des piezoelektrischen Elements 10 dargestellt.
Die Auswahl von einem oder mehreren speziellen piezoelektrischen Elementen 10, 20, 30, 40, 50 oder 60, die zu laden oder zu entladen sind, das nachstehend beschriebene Ladeverfahren sowie das Entladeverfahren werden durch den integrierten Aktivierungsstromkreis E und die Steuereinheit D dadurch angetrieben, daß einer oder mehrere der vorstehend genannten Schalter 11, 21, 31, 41, 51, 61; 310, 320; 220, 230 und 331 geöffnet oder geschlossen werden. Die Wechselwirkungen zwischen den Elementen innerhalb der detaillierten Fläche A einerseits und dem integrierten Aktivierungsstromkreis E und der Steuereinheit D andererseits werden nachstehend ausführlich beschrieben.
Was das Ladeverfahren betrifft, muß zuerst ein beliebiges spezielles piezoelektrisches Element 10, 20, 30, 40, 50 oder 60, das zu laden ist, ausgewählt werden. Um ausschließlich das erste piezoelektrische Element 10 zu laden, wird der Abzweigwählschalter 11 des ersten Abzweigs 110 geschlossen, während alle anderen Abzweigwählschalter 21, 31, 41, 51 und 61 geöffnet bleiben. Um ausschließlich ein beliebiges anderes piezoelektrisches Element 20, 30, 40, 50, 60 zu laden oder mehrere davon gleichzeitig zu laden, erfolgt ihre Auswahl mittels Schließen der entsprechenden Abzweigwählschalter 21, 31, 41, 51 und/oder 61.
Dann kann das eigentliche Ladeverfahren stattfinden:
Im Rahmen des erörterten Beispiels erfordert das Ladeverfahren allgemein eine positive Potentialdifferenz zwischen dem Kondensator 210 und der Gruppenwählpiezoklemme 14 des ersten piezoelektrischen Elements 10. Solange jedoch der Ladeschalter 220 und der Entladeschalter 230 offen sind, erfolgt kein Laden oder Entladen des piezoelektrischen Elements 10. In diesem Zustand befindet sich der in 6 dargestellte Stromkreis in einem Dauerzustand, d.h. das piezoelektrische Element 10 hält seinen Ladezustand in im wesentlichen unveränderter Weise bei, und es fließen keine Ströme.
Um das erste piezoelektrische Element 10 zu laden, wird der Ladeschalter 220 geschlossen. Theoretisch könnte das erste piezoelektrische Element 10 einfach auf diese Weise geladen werden. Dies würde jedoch große Ströme erzeugen, die die betreffenden Elemente beschädigen könnten. Daher werden die auftretenden Ströme am Meßpunkt 620 gemessen, und der Schalter 220 wird wieder geöffnet, sobald die ermittelten Ströme eine gewisse Grenze überschreiten. Somit wird, um eine beliebige gewünschte Ladung am ersten piezoelektrischen Element 10 zu erzielen, der Ladeschalter 220 wiederholt geschlossen und geöffnet, während der Entladeschalter 230 offen bleibt.
Ausführlicher gesagt: Wenn der Ladeschalter 220 geschlossen wird, treten die in 7a dargestellten Bedingungen ein, d.h. ein geschlossener Stromkreis, der einen Serienstromkreis umfaßt, der aus dem piezoelektrischen Element 10, dem Kondensator 210 und der Spule 240 besteht, wird gebildet, in dem ein Strom i_LE(t) , wie durch Pfeile in 7a angegeben, fließt. Als eine Folge dieses fließenden Stroms werden sowohl die Gruppenwählpiezoklemme 14 des ersten piezoelektrischen Elements 10 positiv geladen als auch Energie in der Spule 240 gespeichert.
Wenn sich der Ladeschalter 220 nach erfolgtem Schließen kurz (beispielsweise für wenige μs) öffnet, treten die in 7b dargestellten Bedingungen ein: Ein geschlossener Stromkreis, der einen Serienstromkreis umfaßt, der aus dem piezoelektrischen Element 10, der Ladediode 221 und der Spule 240 besteht, wird gebildet, in dem ein Strom i_LA(t), wie durch Pfeile in 7b angezeigt, fließt. Die Folge dieses fließenden Stroms besteht darin, daß in der Spule 240 gespeicherte Energie in das piezoelektrische Element 10 fließt. Die im piezoelektrischen Element 10 auftretende Spannung und seine Außenabmessungen nehmen entsprechend der diesem Element zugeführten Energie zu. Sobald ein Energietransport von der Spule 240 zum piezoelektrischen Element 10 stattgefunden hat, wird der Dauerzustand des Stromkreises, wie in 6 dargestellt und bereits beschrieben, wieder erreicht.
Zu diesem Zeitpunkt, oder früher oder später (abhängig vom gewünschten Zeitprofil des Ladevorgangs), wird der Ladeschalter 220 wieder geschlossen und wieder geöffnet, so daß die vorstehend beschriebenen Verfahren wiederholt werden. Als eine Folge des erneuten Schließens und des erneuten Öffnens des Ladeschalters 220 nimmt die im piezoelektrischen Element 10 gespeicherte Energie zu (die im piezoelektrischen Element 10 bereits gespeicherte Energie und die neu zugeführte Energie werden addiert), und die am piezoelektrischen Element 10 auftretende Spannung und seine Außenabmessungen nehmen entsprechend zu.
Wenn das vorerwähnte Schließen und Öffnen des Ladeschalters 220 viele Male wiederholt wird, nehmen die am piezoelektrischen Element 10 auftretende Spannung und die Ausdehnung des piezoelektrischen Elements 10 schrittweise zu.
Sobald sich der Ladeschalter 220 eine vordefinierte Anzahl von Malen geschlossen und geöffnet hat und/oder sobald das piezoelektrische Element 10 den gewünschten Ladezustand erreicht hat, wird das Laden des piezoelektrischen Elements beendet, indem der Ladeschalter 220 offen bleibt.
Was das Entladeverfahren betrifft, werden im erörterten Beispiel die piezoelektrischen Elemente 10, 20, 30, 40, 50 und 60 in Gruppen (G1 und/oder G2) wie folgt entladen:
Zunächst werden der bzw. die Gruppenwählschalter 310 und/oder 320 der Gruppe oder der Gruppen G1 und/oder G2, dessen bzw. deren piezoelektrische Elemente zu entladen sind, geschlossen. (Im Entladeverfahren wird die Auswahl der piezoelektrischen Elemente 10, 20, 30, 40, 50, 60 durch die Abzweigwählschalter 11, 21, 31, 41, 51, 61 nicht beeinträchtigt, da sie in diesem Fall durch die Abzweigdioden 12, 22, 32, 42, 52 und 62 im Bypass umsteuert werden.) Somit wird, um das piezoelektrische Element 10 als ein Teil der ersten Gruppe G1 zu entladen, der Wählschalter 310 der ersten Gruppe geschlossen.
Wenn der Entladeschalter 230 geschlossen wird, ergeben sich die in 7c dargestellten Bedingungen: Ein geschlossener Stromkreis, der einen Serienstromkreis, der aus dem piezoelektrischen Element 10 und der Spule 240 besteht, umfaßt, in dem ein Strom i_EE(t), wie durch Pfeile in 7c angezeigt, fließt, wird gebildet. Die Folge dieses fließenden Stroms besteht darin, daß die im piezoelektrischen Element gespeicherte Energie (ein Teil davon) in die Spule 240 transportiert wird. Entsprechend der Energie, die vom piezoelektrischen Element 10 zur Spule 240 übertragen wird, nehmen die am piezoelektrischen Element 10 auftretende Spannung und seine Außenabmessungen ab.
Wenn sich der Entladeschalter 230 nach erfolgtem Schließen kurz (beispielsweise für einige μs) öffnet, ergeben sich die in 7d dargestellten Bedingungen:
Ein geschlossener Stromkreis, der einen Serienstromkreis, der aus dem piezoelektrischen Element 10, dem Kondensator 210, der Entladediode 231 und der Spule 240 besteht, umfaßt, in dem ein Strom i_EA(t), wie durch Pfeile in 7d angezeigt, fließt, wird gebildet. Die Folge dieses fließenden Stroms besteht darin, daß in der Spule 240 gespeicherte Energie zurück zum Kondensator 210 geleitet wird. Sobald der Energietransport von der Spule 240 zum Kondensator 210 erfolgt ist, wird der Dauerzustand des Stromkreises, wie in 6 dargestellt und bereits beschrieben, wieder erreicht.
Zu diesem Zeitpunkt, oder früher oder später (abhängig vom gewünschten Zeitprofil des Entladevorgangs) wird der Entladeschalter 230 wieder geschlossen und wieder geöffnet, so daß die vorstehend beschriebenen Verfahren wiederholt werden. Als eine Folge des erneuten Schließens und erneuten Öffnens des Entladeschalters 230 nimmt die im piezoelektrischen Element 10 gespeicherte Energie weiter ab, und die am piezoelektrischen Element auftretende Spannung und seine Außenabmessungen nehmen ebenfalls entsprechend ab.
Wenn das vorerwähnte Schließen und Öffnen des Entladeschalters 230 viele Male wiederholt wird, nehmen die am piezoelektrischen Element 10 auftretende Spannung und die Ausdehnung des piezoelektrischen Elements 10 schrittweise ab.
Sobald sich der Entladeschalter 230 eine vordefinierte Anzahl von Malen geschlossen und geöffnet hat und/oder sobald das piezoelektrische Element den gewünschten Entladezustand erreicht hat, wird das Entladen des piezoelektrischen Elements 10 beendet, indem der Entladeschalter 230 offen bleibt.
Nachstehend wird nunmehr beispielhaft ein Kraftstoffeinspritzsystem mit einem vorstehend beschriebenen Doppelstellungssteuerventil 10 (unter Bezugnahme auf 5) näher erläutert. Das Doppelstellungssteuerventil 10 hat somit einen ersten Sitz 1, der einer ersten geschlossenen Position entspricht, einen zweiten Sitz 2, der einer zweiten geschlossenen Position entspricht, sowie eine offene Position M. Jedes beliebige andere Mehrstellungssteuerventil kann jedoch im Rahmen dieser Erfindung verwendet werden. Anstelle von zwei geschlossenen Positionen und einer offenen Position könnte ein weiteres Doppelstellungssteuerventil beispielsweise eine geschlossene Position und zwei offene Positionen haben; oder das Mehrstellungsventil könnte allgemein mehr offene und/oder geschlossene Positionen haben.
Im erörterten Beispiel wird das Doppelstellungssteuerventil 2025 darüber hinaus mittels eines (nicht dargestellten) piezoelektrischen Elements betätigt. Somit entspricht der erste Sitz 1 einer an das piezoelektrische Element angelegten ersten Spannung; der zweite Sitz 2 entspricht einer an das piezoelektrische Element angelegten zweiten Spannung, die größer als die erste Spannung ist; und die offene Position entspricht einer an das piezoelektrische Element angelegten mittleren Spannung, die zwischen der ersten und der zweiten Spannung liegt.
Nunmehr wird Bezug auf die 1 bis 3 genommen .
1 zeigt vier grafische Darstellungen (1), (2), (3) und (4). In jeder grafischen Darstellung (1), (2), (3) und (4) sind Mengen in Abhängigkeit von der Zeit während des gleichen Zeitspalts dargestellt. Somit ist die Basisachse einer jeden grafischen Darstellung (1), (2), (3) und (4) eine Zeitachse t, wobei die Zeitachsen t der vier grafischen Darstellungen (1), (2), (3) und (4) einander entsprechen. Darüber hinaus ist die verbleibende Achse innerhalb der ersten grafischen Darstellung (1) eine die Einspritzmenge anzeigende Achse I, und es sind Einspritzungen dargestellt. Innerhalb der drei verbleibenden grafischen Darstellungen (2), (3) und (4) sind des weiteren die verbleibenden Achsen Spannungsachsen, und es sind an die piezoelektrischen Betätiger angelegte Spannungen dargestellt.
Ausführlicher gesagt: Innerhalb der grafischen Darstellung (1) ist ein beispielhaftes Einspritzprofil dargestellt, das eine zu einem ersten Zeitpunkt t₁ beginnende und zu einem zweiten Zeitpunkt t₂ abgeschlossene erste Voreinspritzung, eine zu einem dritten Zeitpunkt t₃ beginnende und zu einem vierten Zeitpunkt t₄ abgeschlossene zweite Voreinspritzung, eine zu einem fünften Zeitpunkt t₅ beginnende und zu einem sechsten Zeitpunkt t₆ abgeschlossene Haupteinspritzung und eine zu einem siebten Zeitpunkt t₇ beginnende und zu einem achten Zeitpunkt t₈ abgeschlossene Nacheinspritzung umfaßt. Jede Einspritzung ist mittels einer Einspritzmenge I_M angegeben, die derjenigen Einspritzung entspricht, die durchgeführt wird, während sich das Doppelstellungssteuerventil 2025 in seiner offenen Position M befindet, und die aus Gründen der Vereinfachung als während des Start- und Abschlußzeitpunkts konstant dargestellt ist. Es kann jedoch jedes beliebige andere Einspritzprofil sowie eine beliebige Abhängigkeit der Einspritzmenge I von der Zeit verwendet werden, ohne daß dadurch die Erfindung in irgendeiner Weise beeinträchtigt wird.
Innerhalb der grafischen Darstellung (2) ist beispielhaft ein vordefinierter Steuerplan für das Doppelstellungssteuerventil 2025 dargestellt, der dafür geeignet ist, das vorstehend beschriebene Einspritzprofil durchzuführen. Dementsprechend befindet sich das Doppelstellungssteuerventil 2025 zunächst in seinem ersten Sitz 1, und eine entsprechende niedrige Spannung V₁ wird an den piezoelektrischen Betätiger angelegt. Zum ersten Zeitpunkt t₁ wird das Doppelstellungssteuerventil 2025 in seine offene Position M bewegt, und an den piezoelektrischen Betätiger wird eine entsprechende mittlere Spannung V_M angelegt. Zum zweiten Zeitpunkt t₂ wird das Doppelstellungssteuerventil 2025 zurück in seinen ersten Sitz 1 bewegt, und an den piezoelektrischen Betätiger wird die entsprechende niedrige Spannung V₁ angelegt. Zum dritten Zeitpunkt t₃ wird das Doppelstellungssteuerventil 2025 in seine offene Position M bewegt, und an den piezoelektrischen Betätiger wird eine entsprechende mittlere Spannung V_M angelegt. Zum vierten Zeitpunkt t₄ wird das Doppelstellungssteuerventil 2025 in seinen zweiten Sitz 2 bewegt, und an den piezoelektrischen Betätiger wird eine entsprechende hohe Spannung V₂ angelegt. Zum fünften Zeitpunkt t₅ wird das Doppelstellungssteuerventil 2025 in seine offene Position M bewegt, und an den piezoelektrischen Betätiger wird eine entsprechende mittlere Spannung V_M angelegt. Zum sechsten Zeitpunkt t₆ wird das Doppelstellungssteuerventil 2025 in seinen ersten Sitz 1 bewegt, und an den piezoelektrischen Betätiger wird die entsprechende niedrige Spannung V₁ angelegt. Zum siebten Zeitpunkt t₇ wird das Doppelstellungssteuerventil 2025 in seine offene Position M bewegt, und an den piezoelektrischen Betätiger wird eine entsprechende mittlere Spannung V_M angelegt. Zum achten Zeitpunkt t₈ wird schließlich das Doppelstellungssteuerventil 2025 zurück in seinen ersten Sitz 1 bewegt, und an den piezoelektrischen Betätiger wird die entsprechende niedrige Spannung V₁ angelegt.
Es versteht sich, daß im Rahmen dieser Erfindung jeder andere beliebige geeignete vordefinierte Steuerplan für das Doppelstellungssteuerventil 2025 verwendet werden kann. Darüber hinaus können die an den piezoelektrischen Betätiger angelegten Spannungen sofort oder in Übereinstimmung mit einer beliebigen geeigneten Abhängigkeit der Spannung von der Zeit erhalten werden, ohne dadurch die Erfindung zu beeinträchtigen. Die Spannungen können beispielsweise schrittweise erhalten werden. Darüber hinaus können die Spannungen, die an den Betätiger angelegt werden, um eine Einspritzung durchzuführen, unterschiedlich sein, und zwar abhängig davon, ob das Ventil aus dem Sitz 1 oder dem Sitz 2 in die mittlere Position bewegt wird.
Innerhalb der grafischen Darstellung (3) ist eine erste Modifizierung des vorstehend beschriebenen vordefinierten Steuerplans dargestellt. In diesem Beispiel wird das Doppelstellungssteuerventil 2025 zum zweiten Zeitpunkt t₂ nicht in seinen ersten Sitz 1, wie vorstehend beschrieben, zurückgeführt, sondern es wird in den zweiten Sitz 2 bewegt. Als eine Folge davon wird das Doppelstellungssteuerventil 2025 zum dritten Zeitpunkt t₃ aus dem zweiten Sitz 2 anstatt aus dem ersten Sitz 1 in seine offene Position M bewegt.
Innerhalb des erörterten Beispiels wird die entsprechende Modifizierung vorgenommen, weil der Kraftstoffdruck innerhalb des Kraftstoffeinspritzsystems, der zu diesem Zweck überwacht wird, einen vordefinierten Grenzwert (p>p–max) überschreitet. Somit wird, falls der Kraftstoffdruck p den vordefinierten Grenzwert p_max überschreitet, das Doppelstellungssteuerventil 2025 aus der offenen Position M in den zweiten Sitz 2 anstatt in den ersten Sitz 1 und aus dem zweiten Sitz 2 anstatt aus dem ersten Sitz 1 in die offene Position M bewegt.
Der Grund für eine entsprechende Regel ist wie folgt: Wie aus 5 ersichtlich, öffnet sich das Doppelstellungssteuerventil 2025 aus seinem ersten Sitz 1 gegen den Kraftstoffdruck p, aus seinem zweiten Sitz 2 aber mit dem Kraftstoffdruck p. Der Kraftstoffdruck p ändert sich jedoch im Laufe der Zeit in Abhängigkeit vom Betriebspunkt des Systems. Es besteht somit eine entsprechende Asymmetrie im Systemleistungsverhalten. Allgemein nimmt diese Asymmetrie in Übereinstimmung mit einem Anstieg des Kraftstoffdrucks p zu. Ausführlicher gesagt: Für hohe Drücke p sind große Kräfte (und entsprechende große mittlere Spannungen V_M am piezoelektrischen Betätiger) erforderlich, um das Doppelstellungssteuerventil 2025 aus seinem ersten Sitz 1 zu bewegen. Mit großen Kräften ist es jedoch ziemlich schwierig, das Doppelstellungssteuerventil 2025 genau in seine offene Position M zu bewegen, ohne es zuerst weiter weg- und dann wieder zurückzubewegen. Als eine Folge davon werden, beginnend mit einem Grenzwert p_max von beispielsweise etwa 1600 Bar in einem Sammelrohreinspritzsystem, ausreichend genaue Ergebnisse dann besser erzielt, wenn das Doppelstellungssteuerventil 2025 aus seinem zweiten Sitz 2 (und daher mit der Druckkraft) anstatt aus seinem ersten Sitz 1 geöffnet wird.
Ein weiterer Grund, der zu berücksichtigen ist, liegt darin, daß große Kräfte dadurch erhalten werden, daß an den piezoelektrischen Betätiger relativ große mittlere Spannungen V_M angelegt werden. Wenn beispielsweise an den piezoelektrischen Betätiger für den ersten Sitz 1 eine Spannung von 0 V und für den zweiten Sitz 2 eine maximale Spannung von 200 V angelegt wird, ist im Falle von hohen Drücken p zum Bewegen und Halten des Doppelstellungssteuerventils 2025 in seiner offenen Position M eine mittlere Spannung V_M erforderlich, die viel größer als 100 V ist. Als Folge davon ist die Spannungsdifferenz zwischen der hohen Spannung V₂ von 200 V und der mittleren Spannung V_M viel kleiner als die entsprechende Differenz zwischen der mittleren Spannung V_M und der niedrigen Spannung V₁ von 0 V. Somit wird, um den piezoelektrischen Betätiger von der mittleren Spannung V_M auf die hohe Spannung V₂ aufzuladen, eine kleinere Strommenge benötigt, als sie erforderlich sein würde, um ihn von der niedrigen Spannung V₁ auf die mittlere Spannung V_M aufzuladen. Aus diesem Grund wird, wenn eine Einspritzung durch Entladen des piezoelektrischen Betätigers von der hohen Spannung V₂ auf die mittlere Spannung V_M und erneutes Laden des Betätigers von der mittleren Spannung V_M auf die hohe Spannung V₂ erfolgt, insgesamt eine geringere Strommenge benötigt, als sie beim Starten aus dem ersten Sitz 1 erforderlich sein würde. Somit trägt die erfindungsgemäße Modifizierung des vordefinierten Steuerplans dazu bei, den Energieverbrauch des Systems zu reduzieren. Darüber hinaus werden die zum Laden und Entladen des piezoelektrischen Elements erforderlichen Zeiten reduziert. Somit wird die Fähigkeit des Systems, danach ein anderes piezoelektrisches Element für ein anderes (nicht dargestelltes) Doppelstellungssteuerventil innerhalb des Systems schnell zu laden, um teilweise zwei (oder mehr) Zylinder des Motors parallel anzutreiben, erhöht.
Innerhalb der grafischen Darstellung (4) ist eine zweite Modifizierung des vorstehend beschriebenen vordefinierten Steuerplans dargestellt. In diesem Beispiel wird das Doppelstellungssteuerventil 2025 zum vierten Zeitpunkt t₄ nicht in seinen zweiten Sitz 2 bewegt, wie vorstehend beschrieben, sondern es wird in seinen ersten Sitz 1 bewegt. Als eine Folge davon wird das Doppelstellungssteuerventil 2025 zum fünften Zeitpunkt t₅ aus dem ersten Sitz 1 anstatt aus dem zweiten Sitz 2 in seine offene Position M bewegt. Somit wird das Doppelstellungssteuerventil wie ein einfachwirkendes Ventil angetrieben, das nur eine offene und eine geschlossene Position hat.
Der Grund für eine entsprechende Modifizierung des Steuerplans kann eine Temperatur des Systems sein, die unter einem vordefinierten Grenzwert liegt. Dies ist darauf zurückzuführen, daß das Hebevermögen der piezoelektrischen Betätiger bei niedrigen Temperaturen (beispielsweise Temperaturen, die wesentlich unter 0°C liegen) reduziert ist. Es ist somit schwierig, piezoelektrische Elemente zweckentsprechend auf die Länge auszudehnen, die erforderlich ist, um das Doppelstellungssteuerventil 2025 in seinen zweiten Sitz 2 zu bewegen, und aus diesem Grund könnte es besser sein, das Doppelstellungssteuerventil nur zwischen seinem ersten Sitz 1 und seiner offenen Position M zu schalten. Entsprechende Situationen ergeben sich insbesondere, wenn beim Starten eines Automotors die Umgebungstemperatur niedrig ist. Andere Gründe für einen solchen Steuerplan sind wie folgt: 1) Das System ist nicht in völligem Gleichlauf, und 2) der Zeitspalt zwischen zwei Einspritzvorgängen, z.B. Voreinspritzung und Haupteinspritzung, überschreitet einen vordefinierten Grenzwert.
2 zeigt drei grafische Darstellungen (1), (2) und (3). In jeder grafischen Darstellung (1), (2) und (3) sind Mengen in Abhängigkeit von der Zeit während des gleichen Zeitspalts dargestellt. Somit ist die Basisachse einer jeden grafischen Darstellung (1), (2) und (3) eine Zeitachse t, und die Zeitachsen t der drei grafischen Darstellungen (1), (2) und (3) entsprechen einander. Innerhalb der ersten grafischen Darstellung (1) ist darüber hinaus die verbleibende Achse eine die Einspritzmenge anzeigende Achse I, und es sind Einspritzungen dargestellt. Innerhalb der beiden verbleibenden grafischen Darstellungen (2) und (3) sind des weiteren die verbleibenden Achsen Spannungsachsen, und es sind an die piezoelektrischen Betätiger angelegte Spannungen dargestellt.
Ausführlicher gesagt: Innerhalb der grafischen Darstellung (1) ist ein beispielhaftes Einspritzprofil dargestellt, das eine zu einem ersten Zeitpunkt t₁ beginnende und zu einem zweiten Zeitpunkt t₂ abgeschlossene Einspritzung umfaßt. Die Einspritzung ist mittels einer Einspritzmenge I_M angegeben, die derjenigen Einspritzung entspricht, die erfolgt, während sich das Doppelstellungssteuerventil 2025 in seiner offenen Position M befindet, und die aus Gründen der Vereinfachung als während des Start- und Abschlußzeitpunkts konstant dargestellt ist. Es kann jedoch jedes beliebige andere Einspritzprofil sowie eine beliebige Abhängigkeit der Einspritzmenge I von der Zeit verwendet werden, ohne daß dadurch die Erfindung in irgendeiner Weise beeinträchtigt wird.
Innerhalb der grafischen Darstellung (2) ist beispielhaft ein vordefinierter Steuerplan für das Doppelstellungssteuerventil 2025 dargestellt, der dafür geeignet ist, das vorstehend beschriebene Einspritzprofil durchzuführen. Dementsprechend wird vor dem ersten Zeitpunkt t₁ die niedrige Spannung V₁ an das piezoelektrische Element angelegt, und das Doppelstellungssteuerventil 2025 befindet sich somit in seinem ersten Sitz 1. Zum ersten Zeitpunkt t₁ wird eine mittlere Spannung V_M an das piezoelektrische Element angelegt, und das Doppelstellungssteuerventil 2025 wird somit in seine offene Position M bewegt. Schließlich wird zum zweiten Zeitpunkt t₂ die niedrige Spannung V₁ an das piezoelektrische Element angelegt, und es wird somit in seinen ersten Sitz 1 zurückgeführt.
Innerhalb der grafischen Darstellung (3) wird der vordefinierte Steuerplan wie folgt modifiziert: Das Doppelstellungssteuerventil 2025 wird zu einem Zeitpunkt t₀, der vor dem ersten Zeitpunkt t₁ liegt, aus seinem ersten Sitz 1 in seinen zweiten Sitz 2 bewegt, und somit wird die hohe Spannung V₂ an das piezoelektrische Element angelegt, das anfänglich unter der niedrigen Spannung V₁ stand. Da dies jedoch sofort und ohne oder ohne eine wesentliche Zeitspanne durchgeführt wird, in der die Spannung auf dem Niveau der mittleren Spannung V_M verbleibt, wird währenddessen keine (oder praktisch keine) Einspritzung durchgeführt.
Anschließend wird die Einspritzung dadurch durchgeführt, daß die hohe Spannung V₂ zum ersten Zeitpunkt t₁ auf die mittlere Spannung V_M reduziert und daher das Doppelstellungssteuerventil 2025 in seine offene Position M bewegt wird.
Der Grund, so vorzugehen, liegt darin, daß ein hoher Druck p auftreten würde, bei dem es schwierig wäre, das Doppelstellungssteuerventil 2025 mit ausreichend hoher Genauigkeit, wie vorstehend beschrieben, aus seinem ersten Sitz 1 in seine offene Position M zu bewegen. Es könnte somit erwünscht sein, das Doppelstellungssteuerventil 2025 nur aus seinem zweiten Sitz 2 in seine offene Position M zu bewegen. Da sich jedoch das Doppelstellungssteuerventil 2025 anfänglich in seinem ersten Sitz 1 befand, ist es daher erforderlich, das Doppelstellungssteuerventil 2025 zuerst aus seinem ersten Sitz 1 in seinen zweiten Sitz 2 zu bewegen.
Ein anderer Grund für das in 3 dargestellte Profil kann dann vorliegen, wenn, im Gegensatz zum üblichen Profil, eine Haupteinspritzung ohne Voreinspritzung durchzuführen ist. Dies kann in gewissen Situationen erwünscht sein. In einem solchen Fall kann es, um für die Haupteinspritzung unveränderte Bedingungen beizubehalten, auch erwünscht sein, ein Profil durchzuführen, wie es in 3 dargestellt ist.
3 zeigt wiederum drei grafische Darstellungen (1), (2) und (3). In jeder grafischen Darstellung (1), (2) und (3) sind Mengen in Abhängigkeit von der Zeit während des gleichen Zeitspalts dargestellt. Somit ist die Basisachse einer jeden grafischen Darstellung (1), (2) und (3) eine Zeitachse t, und die Zeitachsen t der drei grafischen Darstellungen (1), (2) und (3) entsprechen einander. Innerhalb der ersten grafischen Darstellung (1) ist des weiteren die verbleibende Achse eine die Einspritzmenge anzeigende Achse I, und es sind Einspritzungen dargestellt. Innerhalb der beiden verbleibenden grafischen Darstellungen (2) und (3) sind darüber hinaus die verbleibenden Achsen Spannungsachsen, und es sind an die piezoelektrischen Betätiger angelegte Spannungen dargestellt.
Ausführlicher gesagt: Innerhalb der grafischen Darstellung (1) ist ein beispielhaftes Einspritzprofil dargestellt, das eine zu einem ersten Zeitpunkt t₁ beginnende und zu einem zweiten Zeitpunkt t₂ abgeschlossene Einspritzung umfaßt. Die Einspritzung ist mittels einer Einspritzmenge I_M angegeben, die derjenigen Einspritzung entspricht, die durchgeführt wird, während sich das Doppelstellungssteuerventil 2025 in seiner offenen Position M befindet, und die aus Gründen der Vereinfachung als während des Start- und Abschlußzeitpunkts konstant dargestellt ist. Es kann jedoch jedes beliebige andere Einspritzprofil sowie eine beliebige Abhängigkeit der Einspritzmenge I von der Zeit verwendet werden, ohne dadurch die Erfindung in irgendeiner Weise zu beeinträchtigen.
Innerhalb der grafischen Darstellung (2) ist beispielhaft ein vordefinierter Steuerplan für das Doppelstellungssteuerventil 2025 dargestellt, der dafür geeignet ist, das vorstehend beschriebene Einspritzprofil durchzuführen. Dementsprechend wird vor dem ersten Zeitpunkt t₁ die hohe Spannung V₂ an das piezoelektrische Element angelegt, und das Doppelstellungssteuerventil 2025 befindet sich somit in seinem zweiten Sitz 2. Zum ersten Zeitpunkt t₁ wird eine mittlere Spannung V_M an das piezoelektrische Element angelegt, und das Doppelstellungssteuerventil 2025 wird somit in seine offene Position M bewegt. Schließlich wird zum zweiten Zeitpunkt t₂ die hohe Spannung V₂ an das piezoelektrische Element angelegt, und es wird somit in seinen zweiten Sitz 2 zurückgeführt.
Innerhalb der grafischen Darstellung (3) wird der vordefinierte Steuerplan wie folgt modifiziert: Das Doppelstellungssteuerventil 2025 wird zu einem Zeitpunkt t₀, der vor dem ersten Zeitpunkt t₁ liegt, aus seinem zweiten Sitz 2 in seinen ersten Sitz 1 bewegt, und somit wird die niedrige Spannung V₁ an das piezoelektrische Element angelegt, das anfänglich unter der hohen Spannung V₂ stand. Da dies jedoch sofort und ohne oder ohne wesentliche Zeitspanne durchgeführt wird, in der die Spannung auf dem Niveau der mittleren Spannung V_M verbleibt, wird währenddessen keine (oder praktisch keine) Einspritzung durchgeführt. Anschließend wird die Einspritzung dadurch durchgeführt, daß die niedrige Spannung V₁ zum ersten Zeitpunkt t₁ auf die mittlere Spannung V_M erhöht und daher das Doppelstellungssteuerventil 2025 in seine offene Position M bewegt wird. Schließlich wird das Doppelstellungssteuerventil 2025 zum zweiten Zeitpunkt t₂ in seinen ersten Sitz 1 zurückgeführt, während die niedrige Spannung V₁ an das piezoelektrische Element angelegt wird.
Der Grund, so vorzugehen, liegt darin, daß eine niedrige Temperatur auftreten würde, bei der es schwierig wäre, das Doppelstellungssteuerventil 2025 mit ausreichend hoher Genauigkeit, wie vorstehend beschrieben, in seinem zweiten Sitz 2 zu halten und/oder zu bewegen. Es könnte jedoch erwünscht sein, das Doppelstellungssteuerventil 2025 nur zwischen seinem ersten Sitz 1 und seinem zweiten Sitz 2 zu schalten. Da sich jedoch das Doppelstellungssteuerventil 2025 anfänglich in seinem zweiten Sitz 2 befand, ist es daher erforderlich, das Doppelstellungssteuerventil 2025 zuerst aus seinem zweiten Sitz 2 in seinen ersten Sitz 1 zu bewegen.
Auf ähnliche Weise können andere Systemparameter überwacht werden, und die Steuerung des Doppelstellungssteuerventils kann entsprechend modifiziert werden. So kann beispielsweise die Spannung (V_B) an einem Pufferkondensator im Ladestromkreis für das piezoelektrische Element, das für die Betätigung des Doppelstellungssteuerventils verwendet wird, überwacht werden. Nähere Einzelheiten ergeben sich aus der vorstehenden Beschreibung des piezoelektrischen Elementsteuersystems unter Bezugnahme auf die 6 und 7a bis d.
4 ist, wie vorstehend erwähnt, ein Blockdiagramm einer beispielhaften Ausführungsform eines Steuersystems, in der die vorliegende Erfindung realisiert ist. Es ist somit ein erstes Bestimmungsbauteil 100 zur Bestimmung und Überwachung der Systemtemperatur vorgesehen, insbesondere zur Bestimmung der Temperatur, die an den piezoelektrischen Elementen 140, 141 und 142 auftritt. Ein zweites Bestimmungsbauteil 105 ist vorgesehen, um den Zustand des Gleichlaufs St_sync des Systems anzuzeigen. Darüber hinaus ist ein drittes Bestimmungsbauteil 110 zur Bestimmung und Überwachung des im Kraftstoffeinspritzsystem auftretenden Kraftstoffdrucks vorgesehen. Des weiteren sind ein viertes Bestimmungsbauteil 135 zur Überwachung der Pufferkondensatorspannung V_B, ein fünftes Bestimmungsbauteil 115 zur Überwachung des Zeitspalts zwischen zwei Einspritzungen ΔT sowie ein sechstes Bestimmungsbauteil 125 zur Überwachung der Art der am tatsächlichen Betriebspunkt des Kraftstoffeinspritzsystems durchzuführenden Einspritzungen vorgesehen. St_inj beschreibt diesen tatsächlichen Zustand der Einspritzungen. Alle Bestimmungsbauteile 100, 105, 110, 115, 125 und 135 sind mit einer Steuereinheit 120 verbunden, die die piezoelektrischen Elemente gemäß einem vordefinierten Steuerplan steuern sowie den Steuerplan in Reaktion auf Werte der vorerwähnten Bestimmungsbauteile, entweder alleine oder in Kombination, modifizieren kann. Der Steuerplan kann beispielsweise modifiziert werden, wenn: 1) der Zustand des Gleichlaufs St_sync anzeigt, daß das System nicht in endgültigem Gleichlauf ist; 2) der Zustand der Einspritzungen (St_inj) anzeigt, daß keine Voreinspritzung durchzuführen ist; und/oder 3) der Zeitspalt zwischen Einspritzungen (ΔT) einen vordefinierten Wert (ΔT_MAX) überschreitet und/oder Werte eines beliebigen der anderen vorerwähnten Bestimmungsbauteile einen Grenzwert überschreiten. Die Steuereinheit 120 steuert sofort einen integrierten Aktivierungsstromkreis 130, der wiederum die piezoelektrischen Elemente 140, 141 und 142 aktiviert.
Es versteht sich, daß im Rahmen dieser Erfindung ein beliebiges anderes Steuersystem und ein beliebiger anderer Steuerplan verwendet werden können. Darüber hinaus kann ein beliebiger weiterer Systemparameter, der von Interesse ist, überwacht werden.

Claims

Steuerverfahren für ein Mehrstellungsventil (5) innerhalb eines Kraftstoffeinspritzsystems, bei dem das Mehrstellungsventil mindestens zwei Alternativen zum Bewegen des Mehrstellungsventils aus einer geschlossenen Position in eine offene Position und/oder aus einer offenen Position in eine geschlossene Position zuläßt, dadurch gekennzeichnet, daß a) das Mehrstellungsventil durch eine Steuereinheit (4) gemäß einem vordefinierten Steuerplan gesteuert wird; b) mindestens eine Temperatur (T), die an einem piezoelektrischen Element zum Antreiben des Mehrstellungsventils auftritt, eine Spannung (V_B) an einem Pufferkondensator zum Laden des piezoelektrischen Elements oder ein Zustand des Gleichlaufs (St_sync) im Verhältnis zu einem Nockenwellen- und einem Kurbelwellensignal überwacht wird; und c) der vordefinierte Steuerplan, und damit die Steuerung des Mehrstellungsventils, modifiziert wird, falls mindestens die Temperatur (T), die am piezoelektrischen Element auftritt, die Spannung (V_B) am Pufferkondensator oder der Zustand des Gleichlaufs (St_sync) vordefinierten Bedingungen entspricht.
Steuerverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mehrstellungssteuerventil (10) ein Doppelstellungssteuerventil ist, das einen ersten Sitz (1), der einer ersten geschlossenen Position entspricht, einen zweiten Sitz (2), der einer zweiten geschlossenen Position entspricht, sowie eine offene Position (M) hat.
Steuerverfahren nach einem der vorstehend aufgeführten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß a) das Mehrstellungssteuerventil (10) mittels eines piezoelektrischen Elements (140, 141, 142) betätigt wird; b) der erste Sitz (1) einer an das piezoelektrische Element (140, 141, 142) angelegten ersten Spannung (V₁) entspricht; c) der zweite Sitz (2) einer an das piezoelektrische Element (140, 141, 142) angelegten zweiten Spannung (V₂) entspricht, die größer als die erste Spannung (V₁) ist; und d) die offene Position (M) einer an das piezoelektrische Element (140, 141, 142) angelegten mittleren Spannung (V_M) entspricht, die zwischen der ersten und der zweiten Spannung (V₂, V₁) liegt.
Steuerverfahren nach einem der vorstehend aufgeführten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß a) der Kraftstoffdruck (p) überwacht wird; und b) der vordefinierte Steuerplan modifiziert wird, falls der überwachte Druck (p) einen vordefinierten Grenzwert (p_max) überschreitet.
Steuerverfahren nach einem der vorstehend aufgeführten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß a) die Zahl und Art von Einspritzungen (St_sync) überwacht werden; und b) der vordefinierte Steuerplan modifiziert wird, falls keine Voreinspritzungen durchzuführen sind.
Steuerverfahren nach einem der vorstehend aufgeführten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß a) gemäß dem vordefinierten Steuerplan eine Einspritzung mittels Bewegen des Mehrstellungssteuerventils (10) aus dem ersten Sitz (1) in die offene Position (M) durchgeführt wird; und b) statt dessen das Mehrstellungssteuerventil (10) aus dem zweiten Sitz (2) in die offene Position (M) bewegt wird, falls der überwachte Druck (p) den vordefinierten Grenzwert (p_max) überschreitet.
Steuerverfahren nach einem der vorstehend aufgeführten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß a) gemäß dem vordefinierten Steuerplan eine Einspritzung mittels Bewegen des Mehrstellungssteuerventils (10) aus dem ersten Sitz (1) in die offene Position (M) durchgeführt wird; b) das Mehrstellungssteuerventil (10) in seinem ersten Sitz (1) plaziert ist; und c) das Mehrstellungssteuerventil (10), um die Einspritzung durchzuführen, zuerst aus dem ersten Sitz (1) in den zweiten Sitz (2) bewegt wird, bevor es in die offene Position (M) bewegt wird, falls der überwachte Druck (p) einen vordefinierten Grenzwert (p_max) überschreitet.
Steuerverfahren nach einem der vorstehend aufgeführten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß a) gemäß dem vordefinierten Steuerplan zwei Voreinspritzungen durchgeführt werden, bevor eine Haupteinspritzung stattfindet, und das Mehrstellungssteuerventil (10) zwischen den beiden Voreinspritzungen in den ersten Sitz (1) bewegt wird; und b) statt dessen das Mehrstellungssteuerventil (10) zwischen den beiden Voreinspritzungen in den zweiten Sitz (2) bewegt wird.
Steuerverfahren nach einem der vorstehend aufgeführten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß a) die Systemtemperatur (T) überwacht wird; und b) der vordefinierte Steuerplan modifiziert wird, falls die überwachte Temperatur (T) unter einem vordefinierten Grenzwert (T_min) liegt.
Steuerverfahren nach einem der vorstehend aufgeführten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß a) der Zeitspalt zwischen Einspritzungen (ΔT) überwacht wird; und b) der vordefinierte Steuerplan modifiziert wird, falls der Zeitspalt zwischen Einspritzungen (ΔT) einen vordefinierten Wert überschreitet.
Steuerverfahren nach einem der vorstehend aufgeführten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß a) der Zustand des Gleichlaufs des Systems im Verhältnis zum Nockenwellen- und Kurbelwellensignal (St_sync) überwacht wird; und b) der vordefinierte Steuerplan modifiziert wird, falls das System nicht in endgültigem Gleichlauf ist.
Steuerverfahren nach einem der vorstehend aufgeführten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß a) gemäß dem vordefinierten Steuerplan das Mehrstellungssteuerventil (10) nach einer durchgeführten Einspritzung in den zweiten Sitz (2) bewegt wird; und b) statt dessen das Mehrstellungssteuerventil (10) in den ersten Sitz (1) bewegt wird, falls die überwachte Temperatur (T) unter einem vordefinierten Grenzwert (T_min) liegt und/oder der Zeitspalt (ΔT) zwischen diesen Einspritzungen einen vordefinierten Wert (ΔT_MAX) überschreitet und/oder das System nicht in endgültigem Gleichlauf ist.
Steuerverfahren nach einem der vorstehend aufgeführten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß a) gemäß dem vordefinierten Steuerplan eine Einspritzung mittels Bewegen des Mehrstellungssteuerventils (10) aus dem zweiten Sitz (2) in die offene Position (M) durchgeführt wird; und b) statt dessen das Mehrstellungssteuerventil (10) aus dem ersten Sitz (1) in die offene Position (M) bewegt wird, falls die überwachte Temperatur (T) unter einem vordefinierten Grenzwert (T_min) liegt und/oder der Zeitspalt (ΔT) zwischen diesen Einspritzungen einen vordefinierten Wert (ΔT_MAX) überschreitet und/oder das System nicht in endgültigem Gleichlauf ist.
Steuerverfahren nach einem der vorstehend aufgeführten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß a) gemäß dem vordefinierten Steuerplan eine Voreinspritzung vor einer Haupteinspritzung durchgeführt und das Mehrstellungssteuerventil (10) zwischen der Voreinspritzung und der Haupteinspritzung in den zweiten Sitz (2) bewegt wird; und b) statt dessen das Mehrstellungssteuerventil (10) zwischen der Voreinspritzung und der Haupteinspritzung in den ersten Sitz (1) bewegt wird, falls die überwachte Temperatur (T) unter dem vordefinierten Grenzwert (T_min) liegt und/oder der Zeitspalt (ΔT) zwischen diesen Einspritzungen einen vordefinierten Wert (ΔT_MAX) überschreitet und/oder das System nicht in endgültigem Gleichlauf ist.
Steuerverfahren nach einem der vorstehend aufgeführten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß a) sowohl der Kraftstoffdruck (p) als auch die Systemtemperatur (T) überwacht werden; und b) das Mehrstellungsventil (10), falls der Druck (p) den vordefinierten Grenzwert (p_max) überschreitet und gleichzeitig die Temperatur (T) unter dem vordefinierten Grenzwert (T_min) liegt, so gesteuert wird, als ob der Druck (p) nicht den vordefinierten Grenzwert (p_max) überschreiten würde.
Steuerverfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 und 4 bis einschließlich 12, dadurch gekennzeichnet, daß a) das Mehrstellungssteuerventil (10) mittels eines piezoelektrischen Elements betätigt wird; b) die Pufferspannung (V_B) im Ladestromkreis des piezoelektrischen Elements überwacht wird; und c) der vordefinierte Steuerplan modifiziert wird, falls die überwachte Pufferspannung (V_B) unter einem vordefinierten Grenzwert (V_{B min}) liegt.
Steuerverfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 und 4 bis einschließlich 12, dadurch gekennzeichnet, daß a) das Mehrstellungssteuerventil (10) mittels eines piezoelektrischen Elements betätigt wird; b) gemäß dem vordefinierten Steuerplan das Mehrstellungssteuerventil (10) nach einer durchgeführten Einspritzung in den zweiten Sitz (2) bewegt wird; und c) statt dessen das Mehrstellungssteuerventil (10) in den ersten Sitz (1) bewegt wird, falls die überwachte Pufferspannung (V_B) unter einem vordefinierten Grenzwert (V_{B min}) liegt.
Steuerverfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 und 4 bis einschließlich 12, dadurch gekennzeichnet, daß a) das Mehrstellungssteuerventil (10) mittels eines piezoelektrischen Elements betätigt wird; b) gemäß dem vordefinierten Steuerplan eine Einspritzung mittels Bewegen des Mehrstellungssteuerventils (10) aus dem zweiten Sitz (2) in die offene Position (M) durchgeführt wird; und c) statt dessen das Mehrstellungssteuerventil (10) aus dem ersten Sitz (1) in die offene Position (M) bewegt wird, falls die überwachte Pufferspannung (V_B) unter einem vordefinierten Grenzwert (V_{B min}) liegt.
Steuerverfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß a) die Pufferspannung (V_B) im Ladestromkreis des piezoelektrischen Elements überwacht wird; und b) der vordefinierte Steuerplan modifiziert wird, falls die überwachte Pufferspannung (V_B) unter einem vordefinierten Grenzwert (V_B min) liegt.
Steuerverfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß a) gemäß dem vordefinierten Steuerplan das Mehrstellungssteuerventil (10) nach einer durchgeführten Einspritzung in den zweiten Sitz (2) bewegt wird; und b) statt dessen das Mehrstellungssteuerventil (10) in den ersten Sitz (1) bewegt wird, falls die überwachte Pufferspannung (V_B) unter einem vordefinierten Grenzwert (V_{B min}) liegt.
Steuerverfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß a) gemäß dem vordefinierten Steuerplan eine Einspritzung mittels Bewegen des Mehrstellungssteuerventils (10) aus dem zweiten Sitz (2) in die offene Position (M) durchgeführt wird; und b) statt dessen das Mehrstellungssteuerventil (10) aus dem ersten Sitz (1) in die offene Position (M) bewegt wird, falls die überwachte Pufferspannung (V_B) unter einem vordefinierten Grenzwert (V_{B min}) liegt.
Steuerverfahren nach einem der vorstehend aufgeführten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß a) die überwachten Systemparameter (p, T, V_B, St_sync, ΔT, St_inj) und/oder eine beliebige Kombination von zwei oder mehr der überwachten Systemparameter nach ihrer Priorität eingestuft sind; und b) der vordefinierte Steuerplan, und damit die Steuerung des Mehrstellungsventils, auf der Basis des überwachten Systemsparameters (p, T, V_B, St_sync, ΔT, St_inj) oder einer Kombination der überwachten Systemparameter mit der höchsten Prioritätseinstufung modifiziert wird.
Steuervorrichtung für ein Mehrstellungsventil (5) innerhalb eines Kraftstoffeinspritzsystems, wobei das Mehrstellungsventil mindestens zwei Alternativen zum Bewegen des Mehrstellungsventils aus einer geschlossenen Position in eine offene Position und/oder aus einer offenen Position in eine geschlossene Position zuläßt, dadurch gekennzeichnet, daß a) eine Steuereinheit (120) vorgesehen ist, um das Mehrstellungsventil gemäß einem vordefinierten Steuerplan zu steuern; b) Überwachungsmittel (100, 110) vorgesehen sind, um mindestens entweder eine Temperatur (T), die an einem piezoelektrischen Element zum Antreiben des Mehrstellungsventils auftritt, eine Spannung (V_B) am Pufferkondensator zum Laden des piezoelektrischen Elements oder einen Zustand des Gleichlaufs (St_sync) im Verhältnis zu einem Nockenwellen- und einem Kurbelwellensignal zu überwachen; und c) Modifizierungsmittel (120) vorgesehen sind, um den vordefinierten Steuerplan, und damit die Steuerung des Mehrstellungsventils, zu modifizieren, falls mindestens entweder die Temperatur (T), die am piezoelektrischen Element auftritt, die Spannung (V_B) am Pufferkondensator oder der Zustand des Gleichlaufs (St_sync) vordefinierten Bedingungen entspricht.