DE60019262T2 - Brennstoffeinspritzanlage - Google Patents

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzsystem und ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffeinspritzsystems, bei dem ein piezoelektrisches Element ein Ventil ansteuert zum Schließen einer unter Druck stehenden Kraftstoffzufuhrleitung durch Anlegen einer Spannung an das piezoelektrische Element.
  • Kraftstoffeinspritzsysteme sind wesentliche Komponenten von Verbrennungsmotoren. Sie können entweder mit individuellen oder mit gemeinsamen Kraftstoffzufuhrleitungen für jede Kraftstoffeinspritzdüse implementiert werden. Die zweite Alternative wird auch als Common-Rail-Systeme (kurz: CR-Systeme) bezeichnet. In jedem Fall werden Kraftstoffeinspritzungen mit Hilfe des Öffnens und Schließens von Kraftstoffeinspritzdüsen auf vordefinierte Weise gesteuert. Als Beispiel können piezoelektrische Elemente als piezoelektrische Elemente für Düsen (insbesondere für Common-Rail-Injektoren) in einem Verbrennungsmotor verwendet werden. Bei diesem Beispiel wird die Kraftstoffeinspritzung mit Hilfe des Anlegens einer Spannung an piezoelektrische Elemente gesteuert, die sich als Funktion der angelegten Spannung ausdehnen oder zusammenziehen.
  • Für solche Anwendungen ist es im allgemeinen wichtig, vorbestimmte Mengen an eingespritztem Kraftstoff zu erzielen. Diese vordefinierten Mengen müssen präzise bestimmt werden. Dies gilt insbesondere, wenn kleine Kraftstoffmengen eingespritzt werden sollen, zum Beispiel während der Voreinspritzung. Um die oben erwähnte hohe Genauigkeit der Kraftstoffeinspritzung bezüglich Zeitsteuerung und Menge zu erzielen, muß das Ventil dementsprechend so genau wie möglich positioniert werden. Eine abweichende Menge an eingespritztem Kraftstoff weist negative Auswirkungen auf die Emissionen auf. Dieses Problem entsteht insbesondere dann, wenn eine relativ kleine Kraftstoff menge eingespritzt werden soll.
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Verbesserung eines Kraftstoffeinspritzsystems, bei dem ein piezoelektrisches Element ein Ventil zum Schließen einer unter Druck stehenden Kraftstoffzufuhrleitung durch Anlegen einer Spannung an das piezoelektrische Element ansteuert.
  • Diese Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und ein Kraftstoffeinspritzsystem gemäß Anspruch 11 gelöst, das heißt, zum Betreiben des Kraftstoffeinspritzsystems, bei dem ein piezoelektrisches Element ein Ventil zum Steuern einer unter Druck stehenden Kraftstoffzufuhrleitung ansteuert, wird eine Spannung an das piezoelektrische Element angelegt, wobei eine Mindestschließspannung bestimmt wird, die erforderlich ist, um die unter Druck stehende Kraftstoffzufuhrleitung zu schließen. Die Mindestschließspannung, die erforderlich ist, um die unter Druck stehende Kraftstoffzufuhrleitung zu schließen, gibt den tatsächlichen Hub an, den das piezoelektrische Element ausführen kann. Dies bedeutet: wenn die Mindestspannung zum Schließen des Ventils höher als ein typischer Wert ist (unter Berücksichtigung von tatsächlichen Umgebungsdaten wie etwa Raildruck), führt das piezoelektrische Element einen geringeren Hub aus als üblich. Die Erfindung gestattet, diese Mindestschließspannung zu verwenden, um beispielsweise Alterungseffekte von piezoelektrischen Elementen oder Schwankungen zwischen Mustern des piezoelektrischen Elements oder des Injektors selbst zu kompensieren. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die zum Schließen der unter Druck stehenden Kraftstoffzufuhrleitung erforderliche Mindestschließspannung während oder nach einem normalen Betrieb innerhalb des Lebenszyklus des Kraftstoffeinspritzsystems insbesondere zum Nachlauf eines Verbrennungs motors, der das Kraftstoffeinspritzsystem umfaßt, bestimmt.
  • Zudem kann sie dazu verwendet werden, anzuzeigen, ob ein piezoelektrisches Element und/oder Injektor ausgewechselt werden muß.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die zum Schließen der unter Druck stehenden Kraftstoffzufuhrleitung erforderliche Mindestschließspannung auf der Basis des Drucks in der Kraftstoffzufuhrleitung bestimmt.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die zum Schließen der unter Druck stehenden Kraftstoffzufuhrleitung erforderliche Mindestschließspannung auf der Basis des Gradienten oder der zeitlichen Ableitung des Drucks in der Kraftstoffzufuhrleitung bestimmt.
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird bevorzugt durch ein Verfahren nach Anspruch 3 und ein Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 13 gelöst, das heißt, zum Betreiben des Kraftstoffeinspritzsystems, bei dem ein piezoelektrisches Element ein Ventil zum Schließen einer unter Druck stehenden Kraftstoffzufuhrleitung ansteuert, wird eine Spannung an das piezoelektrische Element angelegt, wobei die zum Schließen der unter Druck stehenden Kraftstoffzufuhrleitung erforderliche Mindestschließspannung auf der Basis des Drucks in der Kraftstoffzufuhrleitung bestimmt wird. Diese Erfindung gestattet, beispielsweise die Temperaturabhängigkeit von Kraftstoff zu kompensieren, der eingespritzt wird, und zum Beispiel die Alterung des piezoelektrischen Elements und/oder des Injektors zu kompensieren.
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird vorteilhafterweise durch ein Verfahren nach Anspruch 4 und ein Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 14 gelöst, das heißt, zum Betreiben des Kraftstoffeinspritzsystems, bei dem ein piezoelektrisches Element ein Ventil zum Schließen einer unter Druck stehenden Kraftstoffzufuhrleitung ansteuert, wird eine Spannung an das piezoelektrische Element angelegt, wobei die zum Schließen der unter Druck stehenden Kraftstoffzufuhrleitung erforderliche Mindestschließspannung auf der Basis des Gradienten oder der zeitlichen Ableitung des Drucks in der Kraftstoffzufuhrleitung bestimmt wird. Die Erfindung gestattet, beispielsweise das Altern des piezoelektrischen Elements und/oder des Injektors zu kompensieren.
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird alternativ durch ein Verfahren nach Anspruch 5 und ein Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 15 gelöst, das heißt, zum Betreiben eines Kraftstoffeinspritzsystems, bei dem ein piezoelektrisches Element ein Ventil zum Schließen einer unter Druck stehenden Kraftstoffzufuhrleitung ansteuert, wird eine Spannung an das piezoelektrische Element angelegt, wobei das Kraftstoffeinspritzsystem eine Hochdruckpumpe zum Steuern des Drucks in der unter Druck stehenden Kraftstoffzufuhrleitung auf der Basis einer Messung des Drucks in der unter Druck stehenden Kraftstoffzufuhrleitung umfaßt und wobei die zum Schließen der unter Druck stehenden Kraftstoffzufuhrleitung erforderliche Mindestschließspannung auf der Basis des Stromverbrauchs der Hochdruckpumpe, der Ausgabe eines die Hochdruckpumpe steuernden Controllers und/oder der Differenz zwischen dem Meßwert des Drucks in der unter Druck stehenden Kraftstoffzufuhrleitung und dem Sollwert des Drucks in der unter Druck stehenden Kraftstoffzufuhrleitung bestimmt wird. Die Erfindung gestattet, beispielsweise die Alterung des piezoelektrischen Elements und/oder des Injektors zu kompensieren.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die unter Druck stehende Kraftstoff zufuhrleitung geschlossen, indem an das piezoelektrische Element eine vorbestimmte Spannung angelegt wird.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die vorbestimmte Spannung reduziert, wobei der Druck in der unter Druck stehenden Kraftstoffzufuhrleitung oder der Gradient oder die zeitliche Ableitung des Drucks in der unter Druck stehenden Kraftstoffzufuhrleitung überwacht wird.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Gradient oder die zeitliche Ableitung des Drucks in der unter Druck stehenden Kraftstoffzufuhrleitung auf der Basis des Drucks in der unter Druck stehenden Kraftstoffzufuhrleitung berechnet.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der zum Schließen der unter Druck stehenden Kraftstoffzufuhrleitung erforderlichen Mindestschließspannung der Istwert der an das piezoelektrische Element angelegten Spannung zugewiesen, wenn der Absolutwert des Gradienten oder der zeitlichen Ableitung eine vorbestimmte Grenze übersteigt.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Ventil ein doppeltwirkendes Ventil.
  • Das oben beschriebene Verfahren kann während verschiedener Betriebssituationen angewendet werden. Bevorzugt wird das oben beschriebene Verfahren während dem Nachlaufen eines Verbrennungsmotors angewendet, der das Kraftstoffeinspritzsystem umfaßt. In einer anderen Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens jedoch kann das Verfahren auch während der Startphase eines Verbrennungsmotors angewendet werden. Der Nachteil beim Anwenden dieses Verfahrens in der Startphase des Verbrennungsmotors besteht darin, daß er mit einer zeitlichen Verzögerung starten würde. Aus diesem Grund wird die Anwendung dieses Verfahrens während dem Nachlaufen des Verbrennungsmotorsystems bevorzugt. Außerdem weist das Anwenden des oben beschriebenen Verfahrens während des Nachlaufens den Vorteil auf, daß der Druck in der unter Druck stehenden Kraftstoffzufuhrleitung auf einen bestimmten vordefinierten Wert aufgebaut und mit minimaler Interferenz von störenden Faktoren, die ansonsten zu anderen Meßergebnissen führen könnten, auf diesem Wert gehalten werden kann.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Mindestschließspannung, die angelegt werden muß, dazu verwendet, die Änderung des Hubs des piezoelektrischen Elements zu bestimmen. Bevorzugt wird der Alterungsprozeß der piezoelektrischen Elemente auf diese Weise überwacht, das heißt, mit der Mindestschließspannung wird die Alterung des piezoelektrischen Elements bestimmt.
  • Durch die Implementierung der Erfindung in Common-Rail-Systemen kann jedes einzelne piezoelektrische Element unabhängig von der Anzahl der in dem Common-Rail-System verwendeten Steuerventile getestet werden. Bei Implementierung in einem Common-Rail-System wird der Druck bevorzugt von einer einzelnen Erfassungseinrichtung unabhängig von der Anzahl der in einer einzelnen Kraftstoffeinspritzdüse implementierten piezoelektrischen Elemente erfaßt.
  • Innerhalb einer bevorzugten Implementierung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Anwendung des Verfahrens periodisch wiederholt. Der Vorteil der periodischen Wiederholung des Verfahrens zeigt sich in der Möglichkeit, Daten über einen längeren Zeitrahmen hinweg zu empfangen. Diese Daten werden bevorzugt dazu verwendet, die Änderungen beim Hub der piezoelektrischen Elemente in dem Zeitrahmen zu bestimmen.
  • Die Intervalle, in denen das Verfahren angewendet wird, können zum Beispiel durch die Anzahl der Läufe bestimmt werden, die mit dem Verbrennungsmotor unternommen werden, und der Anzahl von piezoelektrischen Elementen, die getestet werden müssen. Es reicht aus, das erfindungsgemäße Verfahren in jedem Nachlaufen des Verbrennungsmotors mit einem anderen piezoelektrischen Element anzuwenden. Wenn zum Beispiel das verfahren in Kraftstoffeinspritzsystemen mit sechs Kraftstoffeinspritzdüsen angewendet wird und jede Kraftstoffeinspritzdüse von einem auf das Steuerventil wirkenden piezoelektrischen Element angesteuert wird, würde das Verfahren einmal mit jedem piezoelektrischen Element und einmal ohne Aktivieren eines piezoelektrischen Elements angewendet werden. Somit würde der Wiederholungszyklus mit dem Testen des ersten piezoelektrischen Elements und wieder nach sieben Anwendungen des erfindungsgemäßen Verfahrens beginnen.
  • Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf Ausführungsbeispiele und unter Bezugnahme auf die Figuren ausführlicher erläutert. Es zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung eines Kraftstoffeinspritzsystems mit einem doppeltwirkenden Steuerventil;
  • 2 eine weitere schematische Darstellung des Kraftstoffeinspritzsystems;
  • 3 ein Beispiel für ein an der in 1 gezeigten Steuereinheit implementiertens Flußdiagramm;
  • 4 zeigt die Spannung U über der Zeit t;
  • 5 zeigt den Druck prail über der Zeit t;
  • 6 ein weiteres Beispiel für ein an der in
  • 1 gezeigten Steuereinheit implementiertes Flußdiagramm; und
  • 7 ein weiteres Beispiel für ein an der in 1 gezeigten Steuereinheit implementiertes Flußdiagramm.
  • 1 und 2 zeigen ein Kraftstoffeinspritzsystem als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Bezugszahl 51 bezieht sich auf einen Injektor mit einem doppeltwirkenden Steuerventil 20. Die Bezugszahl 40 bezieht sich auf eine erste geschlossene Position und die Bezugszahl 30 auf eine zweite geschlossene Position.
  • Das Kraftstoffeinspritzsystem wie in 1 gezeigt umfaßt eine Hohlbohrung 21, in der ein doppeltwirkendes Steuerventil 20 zwischen der ersten geschlossenen Position 40 und der zweiten geschlossenen Position 30 nach oben und unten bewegt werden kann. Das Steuerventil 20 wird durch Anlegen einer Spannung U an ein von einer Steuereinheit 50 gesteuertes piezoelektrisches Element 10 bewegt. Das piezoelektrische Element 10 steuert das doppeltwirkende Steuerventil 20 mit Hilfe des Übertragungssystems an. Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel umfaßt das Übertragungssystem einen Kolben 110 und eine Hydraulikkupplung 120. Wie in 1 gezeigt, kann das doppeltwirkende Steuerventil 20 in einer ersten geschlossenen Position 40 und in einer zweiten geschlossenen Position 30 positioniert werden. Bei dem gezeigten Beispiel befindet sich das doppeltwirkende Steuerventil 20 in der zweiten geschlossenen Position 30. In dieser zweiten geschlossenen Position 30 schließt das doppeltwirkende Steuerventil 20 die Bohrung 21 gegenüber einer Kraftstoffzufuhrleitung 31, wodurch nicht gestattet wird, daß irgendwelcher Kraftstoff in die Hohlbohrung 21 eintritt. In dieser zweiten geschlossenen Position 30 übt der Druck prail in der Kraftstoffzufuhrleitung 31 eine Kraft gegen das Steuerventil 20 aus.
  • Wenn das Ventil 20 die Kraftstoffzufuhrleitung 31 öffnet, kommt es zu einem Abfall des Drucks prail in der Kraftstoffzufuhrleitung 31. Dieser Abfall des Drucks prail in der unter Druck stehenden Kraftstoffzufuhrleitung 31 öffnet die Kraftstoffeinspritzdüse und Kraftstoff wird eingespritzt.
  • 2 zeigt ein Kraftstoffeinspritzsystem mit vier Injektoren 51, 52, 53, 54 die über eine Common-Rail 62 verbunden sind, die Kraftstoff mit einem Raildruck prail enthält. Dieser Raildruck prail kann beispielsweise bis zu 500 Bar betragen. Um in der Common-Rail 62 einen Hochdruck aufrechtzuerhalten, ist die Common Rail 62 über eine Versorgungsleitung 63 an eine Hochdruckpumpe 60 angeschlossen. Die Hochdruckpumpe 60 pumpt Kraftstoff in die Common-Rail 62. Die Hochdruckpumpe 60 ist weiter über einen Verbinder 64 mit einem Niederdruckbehälter 80 verbunden, der Kraftstoff mit einem Druck unter prail enthält. Die Injektoren 51, 52, 53, 54 sind über Kraftstoffzufuhrleitungen 31, 66, 67 bzw. 68 mit der Common-Rail 62 verbunden. Die Injektoren 51, 52, 53, 54 sind mit ihrer sogenannten Niederdruckseite mit dem Niederdruckbehälter 80 über Niederdruckleitungen 81, 82, 83 bzw. 84 verbunden.
  • Die Steuereinheit 50 ist an die Injektoren 51, 52, 53, 54 über Kabel 85, 86, 87, 88 angeschlossen, um an die piezoelektrischen Elemente der Injektoren 51, 52, 53, 54 eine Spannung anzulegen. Die Steuereinheit 50 ist weiterhin über ein Kabel 89 an einen Drucksensor 70 angeschlossen. Der Drucksensor 70 mißt den Druck prail in der Common-Rail 62. Es sind auch Anordnungen möglich, bei denen Drucksensoren zum Messen des Kraftstoffdrucks an den Kraftstoffzufuhrleitungen 31, 66, 67, 68 oder sogar innerhalb der Injektoren 51, 52, 53, 54 angeordnet sind. Das in 2 veranschaulichte Beispiel, bei dem ein Drucksensor 70 zum Messen des Drucks prail in der Common-Rail 62 verwendet wird, ist jedoch eine bevorzugte Ausführungsform.
  • Die in den Ansprüchen erwähnte unter Druck stehende Kraftstoffzufuhrleitung enthält nicht nur die Kraftstoffzufuhrleitungen 31, 66, 67, 68, sondern auch die Common-Rail 62, den Verbinder 63 oder sogar Kraftstoffzufuhrleitungen innerhalb der Injektoren 51, 52, 53, 54. Die Steuereinheit 50 steuert bei einer bevorzugten Ausführungsform die Hochdruckpumpe 60. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wirkt die Steuereinheit 50 als ein Controller, der die Hochdruckpumpe 60 auf der Basis von Meßwerten des Raildrucks prail und der Common-Rail 62, erhalten durch den Drucksensor 70, steuert. Stromversorgungsleitungen zum Versorgen der Hochdruckpumpe 60 mit elektrischem Strom sind in 2 nicht gezeigt.
  • 3 zeigt ein Flußdiagramm, das an der Steuereinheit 50 implementiert ist. Bei einem ersten Schritt 90 wird eine Höchstspannung Umax zugeordnet, um die an das piezoelektrische Element 10 angelegte Spannung U zu sein.
  • Das Anwenden dieses Verfahrens bei Common-Rail-Systemen mit doppeltwirkenden Steuerventilen mit einer Spannung U von 180–200 V (=Umax) sollte angewendet werden auf das Bewegen des Steuerventils 20 in die zweite geschlossene Position 30. Bei einem derartigen System reicht üblicherweise eine Spannung mit einem niedrigeren Wert von etwa 180 V bereits aus, um das Steuerventil 20 zu der zweiten geschlossenen Position 30 zu drängen. Dieser Wert reicht normalerweise sogar aus, wenn der Hub des piezoelektrischen Elements aufgrund von Alterung verringert ist.
  • Auf Schritt 90 folgt Schritt 91. In Schritt 91 wird der Druck prail des Common-Rail-Systems gemessen. Der Raildruck könnte beispielsweise bis auf etwa 500 Bar aufgebaut werden. Bei Verwendung in einem Common-Rail-System ist es vorteilhaft, die Raildrucksteuerung abzuschalten, nachdem ein vordefinierter Druck erreicht ist, um sicherzustellen, daß eine zum Aufbauen des Raildrucks verwendete Hochdruckpumpe keinen Einfluß auf die Anwendung des Verfahrens hat.
  • Schritt 91 wird gefolgt von einem Schritt 92, bei dem der Istwert des Drucks prail gespeichert wird durch Zuordnen seines Werts zu einer Variablen prail_old:
    prail_old = Prail
  • Nach einer Zeit Δt mit Δt = t2 – t1 wobei t1 und t2 wie in 4 gezeigt definiert sind, wird ein Schritt 93 durchgeführt. In Schritt 93 wird die an das piezoelektrische Element 10 angelegte Spannung U um eine vorbestimmte Spannung ΔU verringert, das heißt, U = U – ΔU
  • Schritt 93 wird gefolgt von einem Schritt 94, bei dem der Druck prail in der Kraftstoffzufuhrleitung 31 wieder gemessen wird. Schritt 94 wird gefolgt von einem Schritt 95, bei dem der Gradient (oder die zeitliche Ableitung) Δprail in der Kraftstoffzufuhrleitung 31 berechnet wird über Δprail = (prail_old – prail)/Δt
  • Natürlich könnten andere Algorithmen zum Berechnen eines Gradienten oder einer zeitlichen Ableitung Δprail oder einer gefilterten zeitlichen Ableitung, zum Beispiel ein DT1-Filter, verwendet werden. Bei einer weiteren Alternativen wird möglicherweise einfach die Differenz zwischen prail_old und prail berechnet, das heißt Δprail = prail_old – prail
  • Schritt 95 wird gefolgt von einem Entscheidungsblock 96, der prüft, ob der Absolutwert von Δprail größer ist als eine vorbestimmte Grenze T.
    |Δprail| > T
  • Wenn die Bedingung
    |Δprail| > T nicht erfüllt ist, wird der Entscheidungsblock 96 gefolgt von Schritt 92. Diese Schleife ist durch die schrittweise Reduzierung der Spannung U in 4 angedeutet.
  • Wenn jedoch die Bedingung
    |Δprail| > T erfüllt ist, wird Entscheidungsblock 96 von einem Schritt 97 gefolgt, bei dem der zum Schließen der Kraftstoffzufuhrleitung 31 erforderlichen Mindestschließspannung Umin der Istwert der an das piezoelektrische Element 10 angelegten Spannung U zugeordnet wird. Auf Schritt 97 folgt ein Schritt 98, bei dem die an das piezoelektrische Element 10 angelegte Spannung U auf 0 V reduziert wird, wie auch in 4 angedeutet. Das Reduzieren des Werts der Spannung U auf 0 V bewegt das doppeltwirkende Steuerventil 20 in die erste schließende Position 40 und schließt auch die Kraftstoffzufuhrleitung 31. Wenn dies schnell genug erfolgt, kann garantiert werden, daß kein Kraftstoff in den Zylinder eingetreten ist, während das erfindungsgemäße Verfahren angewendet wurde. Der Druckabfall ist nur auf das Leck am Steuerventil zurückzuführen, wenn dies nicht länger geschlossen ist die zweite geschlossene Position.
  • 4 und 5 veranschaulichen die an das piezoelektrische Element 10 angelegte Spannung U und den Druck prail in der Common-Rail. Zum Zeitpunkt topen hat die an das piezoelektrische Element 10 angelegte Spannung U einen Wert Umin erreicht. Bei dieser Mindestschließspannung Umin ist das piezoelektrische Element 10 nicht länger in der Lage, das doppeltwirkende Steuerventil 20 in die zweite geschlossene Position 30 zu bewegen, das heißt, die Kraftstoffzufuhrleitung 31 ist nicht länger geschlossen. Dies führt zu einem Abfall vom Druck prail in der Common-Rail. Dieser in 5 gezeigte Druckabfall wird nach Ablauf des Zeitintervalls Δt über den Entscheidungsblock 96 erfaßt, das heißt, der Abfall beim Druck prail in der Kraftstoffzufuhrleitung 31 wird zum Zeitpunkt topen + Δt erfaßt.
  • Die in 5 gezeigte Verringerung des Drucks prail vor topen und nach topen + Δt ist nur schematisch gezeigt. Sie ist viel kleiner als in 5 angegeben. Diese Verringerung des Drucks prail ist auf ein Leck zurückzuführen und bildet bevorzugt die Basis zum Berechnen der Grenze T. Die Grenze T ist bevorzugt geringfügig höher als der Absolutwert der Steigung der Verringerung des Drucks prail vor topen.
  • 6 zeigt ein alternatives Flußdiagramm, das an der Steuereinheit 50 implementiert werden kann. Bei einem ersten Schritt 130 wird eine Höchstspannung Umax zugeordnet, um die an das piezoelektrische Element 10 anzulegende Spannung U zu sein. Schritt 130 wird gefolgt von Schritt 131, der den Wert einer Spannung Uold zu Umax zuordnet. Schritt 131 wird gefolgt von Schritt 132. In Schritt 132 wird der Druck prail der Common-Rail 62 (oder in der Kraftstoffzufuhrleitung 31) gemessen. Bei Verwendung in einem Common-Rail-System ist es vorteilhaft, die Hochdruckpumpe nach dem Erreichen eines vordefinierten Drucks abzuschalten, um sicherzustellen, daß der Raildruck nicht vorgespannt ist.
  • Schritt 132 wird gefolgt von einem Schritt 133, wo der Istwert des Raildrucks prail durch Zuordnen seines Werts zu einer Variablen
    prail_old
    prail_old = Prail
    gespeichert wird
  • Nach einer Zeit Δtx wird ein Schritt 134 durchgeführt. In Schritt 134 wird eine Spannung U mit U = Uold – ΔUan das piezoelektrische Element 10 angelegt.
  • Schritt 134 wird gefolgt von einem Schritt 135, in dem der Raildruck prail in der Common-Rail wieder gemessen wird. Schritt 135 wird gefolgt von einem Schritt 136, bei dem ein Gradient Δprail berechnet wird über Δprail = (prail_old – prail)/Δtx wobei Δtx das Zeitintervall zwischen den beiden Messungen prail_old und prail ist.
  • Bei einer weiteren Alternative wird möglicherweise einfach die Differenz zwischen prail_old und prail berechnet, das heißt Δ prail = prail_old – prail Schritt 136 wird gefolgt von einem Entscheidungsblock 137, der prüft, ob der Absolutwert von prail größer ist als eine vorbestimmte Grenze Tx.
    |prail| > Tx
  • Wenn die Bedingung
    |prail| > Tx nicht erfüllt ist, wird der Entscheidungsblock 137 von einem Schritt 138 gefolgt. Im Schritt 138 wird Uold so zugeordnet, daß es den Istwert von U hat:
    Uold = U
  • Schritt 138 wird gefolgt von einem Schritt 139, der die an das piezoelektrische Element angelegte Spannung auf 0 V reduziert:
    U = 0 V das heißt, das piezoelektrische Element wird entladen. Schritt 139 wird gefolgt von Schritt 133.
  • Wenn jedoch die Bedingung
    |prail| > Tx erfüllt ist, wird Entscheidungsblock 137 gefolgt von einem Schritt 140, in dem der zum Schließen der Kraftstoffzufuhrleitung 31 erforderlichen Mindestschließspannung Umin der an das piezoelektrische Element 10 angelegte Istwert der Spannung U zugeordnet wird:
    Umin = U
  • Schritt 140 wird gefolgt von einem Schritt 141, bei dem die an das piezoelektrische Element 10 angelegte Spannung U auf 0 V reduziert wird. Das Reduzieren des Werts der Spannung U auf 0 V bewegt das doppeltwirkende Steuerventil 20 in die erste schließende Position 40 und schließt auch die Kraftstoffzufuhrleitung 31. Wenn dies schnell genug erfolgt, kann garantiert werden, daß kein Kraftstoff in den Zylinder eingetreten ist, während das erfindungsgemäße verfahren angewendet wurde. Der Druckabfall ist nur auf das Leck am Steuerventil zurückzuführen, wenn dies nicht länger geschlossen ist die zweite geschlossene Position.
  • 7 zeigt ein alternatives Flußdiagramm, das an der Steuereinheit 50 implementiert werden kann. Bei einem ersten Schritt 150 wird eine Höchstspannung Umax zugeordnet, um die an das piezoelektrische Element 10 angelegte Spannung U zu sein. Schritt 151 wird gefolgt von einem Schritt 152, wo der Istwert des Stromverbrauchs PHPP der Hochdruckpumpe gespeichert wird, indem sein Wert einer Variablen
    PHPP_old zugeordnet wird:
    PHPP_old = PHPP
  • Nach einer Zeit Δt wird ein Schritt 152 durchgeführt. In Schritt 153 wird die an das piezoelektrische Element 10 angelegte Spannung U um eine vorbestimmte Spannung ΔU verringert, das heißt: U = U – ΔU
  • Schritt 153 wird gefolgt von einem Schritt 154, bei dem der Stromverbrauch PHPP der Hochdruckpumpe wieder bestimmt wird. Schritt 154 wird gefolgt von einem Schritt 155, bei dem die Differenz PHPP = PHPP_old – PHPP berechnet wird.
  • Schritt 155 wird von einem Entscheidungsblock 156 gefolgt, der prüft, ob der Absolutwert von ΔPHPP größer ist als eine vorbestimmte Grenze THPP.
    |ΔPHPP| > THPP
  • Wenn die Bedingung
    |ΔPHPP| > THPP nicht erfüllt ist, wird der Entscheidungsblock 156 gefolgt von Schritt 152.
  • Wenn jedoch die Bedingung
    |ΔPHPP| > THPP erfüllt ist, wird der Entscheidungsblock 156 gefolgt von einem Schritt 157, in dem der zum Schließen der Kraftstoffzufuhrleitung 31 erforderlichen Mindestschließspannung Umin der Istwert der an das piezoelektrische Element 10 angelegten Spannung U zugeordnet wird. Schritt 157 wird gefolgt von einem Schritt 158, in dem die an das piezoelektrische Element 10 angelegte Spannung U auf 0 V reduziert wird. Reduzieren des Werts der Spannung U auf 0 V bewegt das doppeltwirkende Steuerventil 20 in die erste schließende Position 40 und schließt auch die Kraftstoffzufuhrleitung 31.
  • Das Beispiel in 7 kann auch unter Verwendung des Ausgangssignals eines Controllers durchgeführt werden, der die Hochdruckpumpe 60 steuert, oder der Differenz zwischen der Messung des Drucks in der unter Druck stehenden Kraftstoffzufuhrleitung (zum Beispiel der Common-Rail) und dem Sollwert des Drucks in der unter Druck stehenden Kraftstoffzufuhrleitung (zum Beispiel der Common-Rail) anstelle der Verwendung des Stromverbrauchs der Hochdruckpumpe.
  • Die oben beschriebenen Implementierungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind nur beispielhaft. So ist es beispielsweise auch möglich, die Erfindung mit anderen Arten von Steuerventilanordnungen zu implementieren, zum Beispiel einfach wirkenden Steuerventilen.

Claims (16)

  1. Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffeinspritzsystems, bei dem ein piezoelektrisches Element (10) ein Ventil (20) ansteuert, um eine unter Druck stehende Kraftstoffzufuhrleitung (31, 62, 63, 66, 67, 68) zu schließen, indem an das piezoelektrische Element (10) eine Spannung (U) angelegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine zum Schließen der unter Druck stehenden Kraftstoffzufuhrleitung (31, 62, 63, 66, 67, 68) erforderliche Mindestschließspannung (Umin) bestimmt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mindestschließspannung (Umin) während oder nach einer Betätigung des Kraftstoffeinspritzsystems bestimmt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mindestschließspannung (Umin) auf der Basis des Drucks (prail) in der unter Druck stehenden Kraftstoffzufuhrleitung (31, 62, 63, 66, 67, 68) bestimmt wird.
  4. Verfahren nach den Ansprüchen 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mindestschließspannung (Umin) auf der Basis des Gradienten oder der zeitlichen Ableitung (Δprail) des Drucks (prail) in der unter Druck stehenden Kraftstoffzufuhrleitung (31, 62, 63, 66, 67, 68) bestimmt wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Kraftstoffeinspritzsystem eine Hochdruckpumpe zum Steuern des Drucks (prail) in der unter Druck stehenden Kraftstoffzufuhrleitung (31, 62, 63, 66, 67, 68) auf der Basis einer Messung des Drucks (prail) in der unter Druck stehenden Kraftstoffzufuhrleitung (31, 62, 63, 66, 67, 68) umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Mindestschließspannung (Umin) auf der Basis des Stromverbrauchs der Hochdruckpumpe, der Ausgabe eines die Hochdruckpumpe steuernden Controllers und/oder der Differenz zwischen der Messung des Drucks (prail) in der unter Druck stehenden Kraftstoffzufuhrleitung (31, 62, 63, 66, 67, 68) und dem Sollwert des Drucks (prail) in der unter Druck stehenden Kraftstoffzufuhrleitung (31, 62, 63, 66, 67, 68) bestimmt wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die unter Druck stehende Kraftstoffzufuhrleitung (31, 62, 63, 66, 67, 68) durch Anlegen einer vorbestimmten Spannung (Umax) an das piezoelektrische Element (10) geschlossen wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die an das piezoelektrische Element (10) angelegte vorbestimmte Spannung (Umax) reduziert wird, wobei der Druck (prail) in der unter Druck stehenden Kraftstoffzufuhrleitung (31, 62, 63, 66, 67, 68) oder der Gradient oder die zeitliche Ableitung (Δprail) des Drucks (prail) in der unter Druck stehenden Kraftstoffzufuhrleitung (31, 62, 63, 66, 67, 68) überwacht wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Gradient oder die zeitliche Ableitung (Δprail) des Drucks (prail) in der unter Druck stehenden Kraftstoffzufuhrleitung (31, 62, 63, 66, 67, 68) auf der Basis des Drucks (prail) in der unter Druck stehenden Kraftstoffzufuhrleitung (31, 62, 63, 66, 67, 68) berechnet wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Mindestschließspannung (Umin) der Istwert der an das piezoelektrische Element (10) angelegten Spannung (U) zugeordnet wird, wenn der Absolutwert des Gradienten oder der zeitlichen Ableitung (Δprail) eine vorbestimmte Grenze übersteigt.
  10. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die folgenden aufeinanderfolgenden Schritte ausgeführt werden: Schließen der unter Druck stehenden Kraftstoffzufuhrleitung (31, 62, 63, 66, 67, 68) durch Anlegen einer vorbestimmten Spannung (Umax) an das piezoelektrische Element (10), Reduzieren der an das piezoelektrische Element (10) angelegten vorbestimmten Spannung (Umax), wobei der Stromverbrauch der Hochdruckpumpe, die Ausgabe eines die Hochdruckpumpe steuernden Controllers und/oder die Differenz zwischen dem Meßwert des Drucks (prail) in der unter Druck stehenden Kraftstoffzufuhrleitung (31, 62, 63, 66, 67, 68) und der Sollwert des Drucks (prail) in der unter Druck stehenden Kraftstoffzufuhrleitung (31, 62, 63, 66, 67, 68) überwacht werden.
  11. Kraftstoffeinspritzsystem, bei dem ein Ventil (20) zum Schließen einer unter Druck stehenden Kraftstoffzufuhrleitung (31, 62, 63, 66, 67, 68) durch ein piezoelektrisches Element (10) angesteuert werden kann, indem an das piezoelektrische Element (10) eine Spannung (U) angelegt wird, wobei insbesondere ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Kraftstoffeinspritzsystem eine Steuereinheit (50) zum Bestimmen der Mindestschließspannung (Umin) umfaßt, die erforderlich ist, um die unter Druck stehende Kraftstoffzufuhrleitung (31, 62, 63, 66, 67, 68) zu schließen.
  12. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Bestimmen der Mindestschließspannung (Umin) während oder nach einer Betätigung des Kraftstoffeinspritzsystems bereitgestellt sind.
  13. Kraftstoffeinspritzsystem nach einem der Ansprüche 11 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zum Bestimmen der Mindestschließspannung (Umin) auf der Basis des Drucks (prail) in der unter Druck stehenden Kraftstoffzufuhrleitung (31, 62, 63, 66, 67, 68) bereitgestellt sind.
  14. Kraftstoffeinspritzsystem nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zum Bestimmen der Mindestschließspannung (Umin) auf der Basis des Gradienten oder der zeitlichen Ableitung (Δprail) des Drucks (prail) in der unter Druck stehenden Kraftstoffzufuhrleitung (31, 62, 63, 66, 67, 68) bereitgestellt sind.
  15. Kraftstoffeinspritzsystem nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei das Kraftstoffeinspritzsystem eine Hochdruckpumpe zum Steuern des Drucks (prail) in der unter Druck stehenden Kraftstoffzufuhrleitung (31, 62, 63, 66, 67, 68) auf der Basis einer Messung des Drucks (prail) Drucks (prail) in der unter Druck stehenden Kraftstoffzufuhrleitung (31, 62, 63, 66, 67, 68) umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel bereitgestellt sind zum Bestimmen der Mindestschließspannung (Umin) durch die Steuereinheit (50) auf der Basis des Stromverbrauchs der Hochdruckpumpe, der Ausgabe eines die Hochdruckpumpe steuernden Controllers und/oder der Differenz zwischen dem Meßwert des Drucks (prail) in der unter Druck stehenden Kraftstoffzufuhrleitung (31, 62, 63, 66, 67, 68) und dem Sollwert des Drucks (prail) in der unter Druck stehenden Kraftstoffzufuhrleitung (31, 62, 63, 66, 67, 68).
  16. Kraftstoffeinspritzsystem nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (20) ein doppeltwirkendes Ventil ist.
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