EP1311004B1 - Verfahren zur Spannungssollwertberechnung eines piezoelektrischen Elementes - Google Patents

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EP1311004B1 EP02021151A EP02021151A EP1311004B1 EP 1311004 B1 EP1311004 B1 EP 1311004B1 EP 02021151 A EP02021151 A EP 02021151A EP 02021151 A EP02021151 A EP 02021151A EP 1311004 B1 EP1311004 B1 EP 1311004B1
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    • F02D41/30—Controlling fuel injection
    • F02D41/38—Controlling fuel injection of the high pressure type
    • F02D41/3809—Common rail control systems

Definitions

  • the invention relates to a method for voltage setpoint calculation of a piezoelectric element as a function of the rail pressure with the features mentioned in the preamble of claim 1.
  • Piezoelectric elements are used, inter alia, in fuel injectors for internal combustion engines.
  • different extents of the piezoelectric element correspond by a direct or indirect transfer to a control valve of the displacement of an actuator, such as a nozzle needle.
  • the displacement of the nozzle needle has the release of injection holes result.
  • the duration of the release of the injection holes corresponds, depending on a free cross section of the holes and an applied pressure, a desired injection quantity.
  • the transmission of the expansion of the piezoelectric element is differentiated on the control valve in two basic transmission modes.
  • the first, direct transfer mode the nozzle needle is moved directly from the piezoelectric element via a hydraulic coupler.
  • the movement of the nozzle needle is controlled by a control valve, which is controlled via a hydraulic coupler, starting from the piezoelectric element.
  • the hydraulic coupler has essentially two properties, first the amplification of the stroke of the piezoelectric element and secondly the decoupling of the movement of control valve and / or nozzle needle of a static temperature expansion of the piezoelectric element.
  • a high pressure which is generated in a pressure chamber, also referred to as a rail, by, for example, a high-pressure fuel pump.
  • the pressure generated by this high-pressure fuel pump is referred to as rail pressure.
  • a driving voltage command value is required for the piezoelectric element, but it is strongly formed depending on the rail pressure.
  • This voltage setpoint is additionally corrected by means of a multiplier as a function of a temperature of the piezoelectric element.
  • a device for controlling an injection valve is known.
  • the drive voltage dependence is corrected by the temperature of the actuator.
  • a temperature-dependent correction of the control voltage which is specified depending on the rail pressure.
  • This correction is multiplicative.
  • an additive correction can also be provided.
  • the advantage of the method according to the invention for calculating the voltage setpoint is that the corrected voltage setpoint to be calculated is formed from the voltage setpoint by multiplication with at least one correction value (multiplier) and by addition with at least one correction value (summand).
  • the multiplier and the addend contain the specific data of the piezoelectric element and the injector.
  • the specific data include the deviations of the lifting capacity of the piezoelectric element and the mechanical tolerances of the components of the injector.
  • the method can be carried out individually via data feed within an engine control, for example at a vehicle manufacturer, coordinated with the piezoelectric elements and injectors used. This method is thus also practicable for large series.
  • FIG. 1 shows a block diagram of a method for calculating the desired value with correction of a desired drive voltage 14 as a function of the rail pressure 22 and as a function of a temperature 16 of the piezoelectric element 10.
  • FIG. 2 shows, according to the invention, a block diagram of the method for calculating the desired value with correction of the voltage setpoint 14 as a function of the rail pressure 22, the temperature 16 of the piezoelectric element 10, as described above in FIG. 1, and a specific correction value 24 of the piezoelectric element 10 and a specific correction value 26 of the injector 32.
  • driving voltage characteristics 12 for piezoelectric elements 10 are determined which operate with or against the rail pressure 22.
  • the rail pressure dependency is taken into account, and the static temperature dependency of the piezoelectric element 10 is included to determine the drive voltage characteristics 18.
  • these ascertained drive voltage characteristics 12 and 18 lead to the multiplicative correction value 30.
  • the desired drive voltage 14 is additionally changed by means of a multiplier as correction value 24, which contains the specific data of a specific piezoelectric element 10.
  • a correction value 26 is added, which contains the injector-specific data of a specific injector 32.
  • the correction value 26 by addition and final correction by further multiplication with the correction value 30 results in the corrected target drive voltage 28, with which the piezoelectric element 10 is driven.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Spannungssollwertberechnung eines piezoelektrischen Elementes als Funktion des Rail-Druckes mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Merkmalen.
    • Stand der Technik
  • Piezoelektrische Elemente kommen unter anderem bei Kraftstoffeinspritzdüsen für Brennkraftmaschinen zum Einsatz. Für bestimmte Anwendungsfälle ist es erforderlich, beispielsweise wenn das piezoelektrische Element als Aktor in einem Kraftstoffeinspritzsystem verwendet wird, dass das piezoelektrische Element möglichst genau auf verschiedene, gegebenenfalls auch variierende Ausdehnungen gebracht wird. Dabei entsprechen verschiedene Ausdehnungen des piezoelektrischen Elementes durch eine direkte oder indirekte Übertragung auf ein Steuerventil der Verlagerung eines Stellgliedes, wie beispielsweise einer Düsennadel. Die Verlagerung der Düsennadel hat die Freigabe von Einspritzlöchern zur Folge. Die Dauer der Freigabe der Einspritzlöcher entspricht, in Abhängigkeit eines freien Querschnittes der Löcher und eines anliegenden Druckes, einer gewünschten Einspritzmenge.
  • Dabei wird die Übertragung der Ausdehnung des piezoelektrischen Elementes auf das Steuerventil in zwei grundlegende Übertragungsarten unterschieden. In der ersten, direkten Übertragungsart wird die Düsennadel, direkt vom piezoelektrischen Element, über einen hydraulischen Koppler bewegt. In der zweiten Übertragungsart wird die Bewegung der Düsennadel durch ein Steuerventil gesteuert, das über einen hydraulischen Koppler, vom piezoelektrischen Element ausgehend, angesteuert wird. Der hydraulische Koppler hat im Wesentlichen zwei Eigenschaften, erstens die Verstärkung des Hubes des piezoelektrischen Elementes und zweitens die Entkopplung der Bewegung von Steuerventil und/oder Düsennadel einer statischen Temperaturdehnung des piezoelektrischen Elementes.
  • Innerhalb des Steuerventils herrscht ein hoher Druck, der in einer Druckkammer, auch als Rail bezeichnet, von beispielsweise einer Hochdruckkraftstoffpumpe erzeugt wird. Der von dieser Hochdruckkraftstoffpumpe erzeugte Druck wird als Rail-Druck bezeichnet. Um das Steuerventil korrekt zu positionieren und damit eine gewünschte Einspritzung zu realisieren, ist ein Ansteuerspannungssollwert für das piezoelektrische Element erforderlich, der jedoch stark Raildruck abhängig gebildet wird. Dieser Spannungssollwert wird zusätzlich mittels eines Multiplikators in Abhängigkeit einer Temperatur des piezoelektrischen Elementes korrigiert.
  • Aus der DE 100 16 474 ist eine Vorrichtung zur Ansteuerung eines Einspritzventils bekannt. Bei dem dort beschriebenen Verfahren wird die Ansteuerspannungabhängigkeit von der Temperatur des Aktors korrigiert. Dabei erfolgt eine temperaturabhängige Korrektur der Ansteuerspannung, die raildruckabhängig vorgegeben wird. Diese Korrektur erfolgt multiplikativ. Als alternative Ausführungsform ist angegeben, dass alternativ, d. h. anstelle der multiplikativen Korrektur auch eine additive Korrektur vorgesehen werden kann.
  • Bei diesem Verfahren ist jedoch nachteilig, dass die ermittelte Ansteuerspannungskennlinie nicht für alle piezoelektrischen Elemente und für alle Injektoren gleichermaßen gilt. Die Gründe für die hierbei auftretenden Abweichungen liegen erstens in den Streuungen des Hubvermögens der piezoelektrischen Elemente und zweitens in den mechanischen Toleranzen der Komponenten der Injektoren. Die Berechnung des Spannungssollwertes zur Ermittlung der Ansteuerspannungskennlinie ist mit dem bisherigen Verfahren aufgrund von nicht in Betracht gezogenen spezifischen Korrekturwerten der piezoelektrischen Elemente und/oder der Injektoren nicht möglich.
    • Vorteile der Erfindung
  • Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Berechnung des Spannungssollwertes liegt darin, dass der zu berechnende korrigierte Spannungssollwert aus dem Spannungssollwert durch Multiplikation mit mindestens einem Korrekturwert (Multiplikator) und durch Addition mit mindestens einem Korrekturwert (Summand) gebildet wird. Dabei beinhalten der Multiplikator und der Summand die spezifischen Daten des piezoelektrischen Elementes und des Injektors. Dabei beinhalten die spezifischen Daten die Abweichungen des Hubvermögens des piezoelektrischen Elements und die mechanischen Toleranzen der Komponenten des Injektors. Dadurch wird vorteilhaft eine Anpassung der Ansteuerkennlinien in Abhängigkeit vom Rail-Druck, der Temperatur des piezoelektrischen Elementes, der Spezifika des zum Einsatz kommenden piezoelektrischen Elementes und der spezifischen Daten des Injektors möglich. Damit können Toleranzen innerhalb der Ansteuerspannungskennlinien drastisch reduziert werden und das
  • Verfahren kann über Datenzuführung innerhalb einer Motorsteuerung individuell, beispielsweise bei einem Fahrzeughersteller, abgestimmt mit den zum Einsatz kommenden piezoelektrischen Elementen und Injektoren erfolgen. Dieses Verfahren ist somit auch für Großserien praktikabel.
    • Zeichnungen
  • Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
    • Figur 1
    ein Blockschaltbild einer Sollwertberechnung mit Korrektur eines Spannungssollwertes in Abhängigkeit eines Rail-Druckes und einer Temperatur eines piezoelektrischen Elementes und
    Figur 2
    ein Blockschaltbild zur Sollwertberechnung mit Korrektur des Spannungssollwertes in Abhängigkeit vom Rail-Druck, der Temperatur des piezoelektrischen Elementes und der Korrektur des Spannungssollwertes mittels spezifischer Daten aus dem piezoelektrischen Element und einem Injektor.
    Beschreibung des Ausführungsbeispiels
  • Figur 1 zeigt in einem Blockschaltbild ein Verfahren zur Sollwertberechnung mit Korrektur einer Soll-Ansteuerspannung 14 in Abhängigkeit vom Rail-Druck 22 und in Abhängigkeit einer Temperatur 16 des piezoelektrischen Elementes 10. Für die bisher eingesetzten piezoelektrischen Elemente 10 und die in den bekannten Einspritzsystemen verwendeten Injektoren 32 werden Ansteuerspannungskennlinien 12 in Abhängigkeit vom Rail-Druck 22 ermittelt. Dabei werden sowohl Ansteuerspannungskennlinien 12 ermittelt, bei denen ein Steuerventil nach Auslenkung durch das piezoelektrische Element 10 gegen den Rail-Druck 22 arbeitet, als auch Ansteuerspannungskennlinien 12, bei denen nach Rückführung der Auslenkung des piezoelektrischen Elementes 10 das Steuerventil mit dem Rail-Druck 22 bewegt wird. Diese ermittelten Ansteuerspannungskennlinien 12 ergeben jeweils die Soll-Ansteuerspannungen 14. Da das piezoelektrische Element 10 eine statische Temperaturdehnung aufweist, wird in Abhängigkeit von der Temperatur 16 des piezoelektrischen Elementes 10 eine Korrektur vorgenommen, bei der die Ansteuerspannungskennlinien 18 - Temperatur-korrigiert - ermittelt werden. Aus den Ansteuerspannungskennlinien 12 und den Ansteuerspannungskennlinien 18 ergibt sich ein Korrekturwert, Multiplikator 30, mit dem die Soll-Ansteuerspannungen 14 korrigiert werden. Daraus ergeben sich die Soll-Ansteuerspannungen 20 - Temperatur-korrigiert - mit der das piezoelektrische Element 10 und nachfolgend der Injektor 32 angesteuert wird.
  • Figur 2 zeigt erfindungsgemäß ein Blockschaltbild des Verfahrens zur Sollwertberechnung mit Korrektur des Spannungssollwertes 14 in Abhängigkeit vom Rail-Druck 22, der Temperatur 16 des piezoelektrischen Elementes 10, wie zuvor in Figur 1 beschrieben, und eines spezifischen Korrekturwertes 24 des piezoelektrischen Elementes 10 und eines spezifischen Korrekturwertes 26 des Injektors 32. Es werden wiederum jeweils Ansteuerspannungskennlinien 12 für piezoelektrische Elemente 10 ermittelt, die mit beziehungsweise gegen den Rail-Druck 22 arbeiten. Zur Ermittlung der Ansteuerspannungskennlinien 12 wird die Raildruck-Abhängigkeit beachtet und zur Ermittlung der Ansteuerspannungskennlinien 18 wird die statische Temperatur-Abhängigkeit des piezoelektrischen Elementes 10 einbezogen. Diese ermittelten Ansteuerspannungskennlinien 12 und 18 führen - wie zuvor beschrieben - zu dem multiplikativen Korrekturwert 30. In Weiterführung zu Figur 1 wird zusätzlich die Soll-Ansteuerspannung 14 mittels eines Multiplikators als Korrekturwert 24 verändert, der die spezifischen Daten eines speziellen piezoelektrischen Elementes 10 enthält. Zusätzlich wird ein Korrekturwert 26 hinzu addiert, der die Injektor-spezifischen Daten eines speziellen Injektors 32 enthält.
  • Nach Korrektur der Raildruck-abhängigen Soll-Ansteuerspannungen 14 mit dem Korrekturwert 24 durch Multiplikation, dem Korrekturwert 26 durch Addition und abschließender Korrektur durch weitere Multiplikation mit dem Korrekturwert 30 ergibt sich die korrigierte Soll-Ansteuerspannung 28, mit der das piezoelektrische Element 10 angesteuert wird.

Claims (4)

  1. Verfahren zur Spannungssollwertberechnung eines piezoelektrischen Elementes (10) als Funktion eines Rail-Druckes (22), wobei ein Spannungssollwert (14) mittels eines Multiplikators (30) in Abhängigkeit einer Temperatur (16) des piezoelektrischen Elementes (10) korrigiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass der zu berechnende korrigierte Spannungssollwert (28) aus dem Spannungssollwert (14) durch Multiplikation mit mindestens einem Multiplikator (24) und durch Addition mit mindestens einem Summand (26) gebildet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Multiplikator (24) und/oder der Summand (26) aus den spezifischen Daten des piezoelektrischen Elementes (10) gebildet wird, wobei die spezifischen Daten die Abweichungen des Hubvermögens des piezoelektrischen Elements und die mechanischen Toleranzen der Komponenten des Injektors beinhalten.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Multiplikator (24) und/oder der Summand (26) aus den spezifischen Daten der Toleranzen eines Injektors (32) gebildet wird, wobei die spezifischen Daten die Abweichungen des Hubvermögens des piezoelektrischen Elements und die mechanischen Toleranzen der Komponenten des Injektors beinhalten.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrektur der Soll-Ansteuerspannung (14) mittels des Multiplikators (24) und/oder des Summanden (26) vor der Korrektur durch einen weiteren Korrekturwert (Multiplikator (30)) der Temperatur (16) des piezoelektrischen Elementes (10) vorgenommen wird.
EP02021151A 2001-11-10 2002-09-24 Verfahren zur Spannungssollwertberechnung eines piezoelektrischen Elementes Expired - Lifetime EP1311004B1 (de)

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