EP1530676B1 - Verfahren zum betrieb einer brennkraftmaschine - Google Patents

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EP1530676B1
EP1530676B1 EP03792117A EP03792117A EP1530676B1 EP 1530676 B1 EP1530676 B1 EP 1530676B1 EP 03792117 A EP03792117 A EP 03792117A EP 03792117 A EP03792117 A EP 03792117A EP 1530676 B1 EP1530676 B1 EP 1530676B1
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EP
European Patent Office
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valve needle
drive signal
transition
closed position
valve
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EP03792117A
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EP1530676B9 (de
EP1530676A1 (de
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Marco Vorbach
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/20Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils
    • F02D41/2096Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils for controlling piezoelectric injectors
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/30Controlling fuel injection
    • F02D41/38Controlling fuel injection of the high pressure type
    • F02D41/3809Common rail control systems

Definitions

  • the present invention relates to a method for operating an internal combustion engine according to the preamble of patent claim 1.
  • the present invention relates to a control device for an internal combustion engine.
  • the increased risk of contamination is due to the fact that the injection valve is in a state with a comparatively short stroke of the injection needle and thus a smaller opening of the injection valve over a relatively long period of time. In this state, the risk of particles getting trapped between the valve port and the valve needle and clogging the valve port is particularly high.
  • a higher edge steepness of the drive signal leads to a greater speed of the valve needle in the transition from the open to the closed position and vice versa, but upon impact of the valve needle on the valve seat arise due to the high speed of the valve needle so-called Needle beaters that cause the injector to open uncontrollably after reaching the closed position. Furthermore, overshoots of the valve needle can occur.
  • a method for driving a metering device in which the nozzle needle is braked by a suitable driving of the actuator before striking a stop and / or a sealing seat in their speed.
  • the described control requires a complex signal form.
  • the comparatively large slope of the drive signal for the piezoelectric actuator in the transition of the valve needle from the closed position to the intermediate position causes a rapid adjustment of the valve needle from the closed position to the intermediate position, so that the period in which the injection valve has a small needle stroke, is relatively short so that the likelihood of valve clogging by clogging of particles is reduced.
  • the drive signal during the transition of the valve needle from the open position to the closed position symmetrical to the drive signal during the transition of the valve needle from the closed position to the open position.
  • the waveform of the drive signal only for a transition of the valve needle ie either for the transition of the valve needle from the closed position to the open position or vice versa, must be stored.
  • the respective other drive signal can be formed, for example, by subtracting the stored signal values of the drive signal from a maximum signal value for the drive signal or the like. This is possible both with an analog and with a digital control of the piezoelectric actuator.
  • the drive signal at the transition of the valve needle from the open position to the intermediate position a greater edge steepness, as in the transition of the valve needle from the intermediate position to the closed position, which analogous to the opening operation of the injection valve, the same advantages in terms of the duration of the opening time the injection valve with a small needle stroke or the controlled reaching the closed position result through the valve needle.
  • valve needle does not bounce off the valve seat due to the comparatively low slope of the drive signal during the transition of the valve needle from the intermediate position to the closed position, so that no uncontrolled opening of the injection valve after reaching the closed position through the valve needle.
  • drive signal SA is used in an internal combustion engine (not shown) for driving a piezoelectric actuator, which moves a valve needle of an injection valve of the internal combustion engine from a closed position via an intermediate position to an open position and back again.
  • FIG. 1 t denotes the time axis and A denotes a value of the drive signal SA normalized to the maximum value of the drive signal SA.
  • the drive signal SA is an analog signal.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)

Description

    Stand der Technik
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Steuergerät für eine Brennkraftmaschine.
  • Ein derartiges Betriebsverfahren sowie ein Steuergerät hierfür sind aus dem Stand der Technik bereits bekannt. Nachteile ergeben sich bei den bekannten Systemen insbesondere aus einer ungünstigen Signalform des Ansteuersignals, die zum einen zu einer erhöhten Verschmutzungsgefahr des Einspritzventils führt und zum anderen ein kontrolliertes Schließen des Einspritzventils verhindert.
  • Die erhöhte Verschmutzungsgefahr ist darin begründet, dass sich das Einspritzventil über einen verhältnismäßig langen Zeitraum in einem Zustand mit vergleichsweise geringem Hub der Einspritznadel und damit geringer Öffnung des Einspritzventils befindet. In diesem Zustand ist die Gefahr, dass sich Partikel zwischen der Ventilöffnung und der Ventilnadel einklemmen und die Ventilöffnung verstopfen, besonders groß.
  • Eine höhere Flankensteilheit des Ansteuersignals führt zu einer größeren Geschwindigkeit der Ventilnadel beim Übergang von der Öffnungs- zur Schließposition und umgekehrt, aber beim Auftreffen der Ventilnadel auf den Ventilsitz ergeben sich aufgrund der hohen Geschwindigkeit der Ventilnadel sogenannte Nadelpreller, die dazu führen, dass das Einspritzventil sich nach dem Erreichen der Schließposition unkontrolliert öffnet. Ferner können Überschwinger der Ventilnadel auftreten.
  • Aus der DE 100 39 418 A1 ist ein Verfahren zum Ansteuern einer Dosiervorrichtung bekannt, bei dem durch ein geeignetes Ansteuern des Aktors die Düsennadel vor dem Aufschlagen auf einen Anschlag und/oder einen Dichtsitz in ihrer Geschwindigkeit gebremst wird. Die beschriebene Ansteuerung erfordert eine komplexe Signalform.
  • Demgemäß ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Betriebsverfahren und ein Steuergerät der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass die Verschmutzungsgefahr des Einspritzventils verringert wird, und dass die Ventilnadel kontrolliert und in einfacher Weise in die Öffnungs- und Schließposition verstellt wird bzw. verstellbar ist.
  • Diese Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
  • Die vergleichsweise große Flankensteilheit des Ansteuersignals für das piezoelektrische Stellglied beim Übergang der Ventilnadel von der Schließposition zur Zwischenposition bewirkt eine schnelle Verstellung der Ventilnadel aus der Schließposition heraus in die Zwischenposition, so dass der Zeitraum, in dem das Einspritzventil einen geringen Nadelhub aufweist, relativ kurz ist, so dass sich die Wahrscheinlichkeit für Ventilverschmutzungen bzw. -verstopfungen durch Einklemmen von Partikeln verringert.
  • Dementsprechend führt die vergleichsweise geringe Flankensteilheit des Ansteuersignals für das piezoelektrische Stellglied beim Übergang der Ventilnadel von der Zwischenposition zur Öffnungsposition zu einem kontrollierten Erreichen der Öffnungsposition durch die Ventilnadel, bei dem die Ventilnadel insbesondere nicht prellt, so dass keine unkontrollierte Verstellung der Ventilnadel in der Öffnungsposition stattfindet.
  • Besonders vorteilhaft ist das Ansteuersignal beim Übergang der Ventilnadel von der Öffnungsposition zur Schließposition symmetrisch zu dem Ansteuersignal beim Übergang der Ventilnadel von der Schließposition zur Öffnungsposition.
  • Durch die Symmetrie ergibt sich eine erhebliche Vereinfachung bei der Ansteuerung des piezoelektrischen Stellglieds, weil die Signalform des Ansteuersignals nur für einen Übergang der Ventilnadel, also entweder für den Übergang der Ventilnadel von der Schließposition in die Öffnungsposition oder umgekehrt, gespeichert werden muss. Das jeweils andere Ansteuersignal kann beispielsweise durch Subtraktion der gespeicherten Signalwerte des Ansteuersignals von einem maximalen Signalwert für das Ansteuersignal o. ä. gebildet werden. Dies ist sowohl bei einer analogen als auch bei einer digitalen Ansteuerung des piezoelektrischen Stellglieds möglich.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das Ansteuersignal beim Übergang der Ventilnadel von der Öffnungsposition zur Zwischenposition eine größere Flankensteilheit auf, als beim Übergang der Ventilnadel von der Zwischenposition in die Schließposition, wodurch sich analog zum Öffnungsvorgang des Einspritzventils dieselben Vorteile hinsichtlich der Dauer der Öffnungszeit des Einspritzventils mit geringem Nadelhub bzw. des kontrollierten Erreichens der Schließposition durch die Ventilnadel ergeben.
  • Insbesondere prallt die Ventilnadel aufgrund der vergleichsweise geringen Flankensteilheit des Ansteuersignals beim Übergang der Ventilnadel von der Zwischenposition in die Schließposition nicht vom Ventilsitz ab, so dass kein unkontrolliertes Öffnen des Einspritzventils nach dem Erreichen der Schließposition durch die Ventilnadel erfolgt.
  • Als eine weitere Lösung der Aufgabe der Erfindung ist ein Steuergerät für eine Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 3 angegeben.
  • Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung, sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in der Zeichnung.
  • Figur 1
    zeigt den zeitlichen Verlauf eines erfindungsgemäßen Ansteuersignals, und
    Figur 2
    zeigt den zeitlichen Verlauf eines weiteren erfindungsgemäßen Ansteuersignals.
  • Das in Figur 1 dargestellte Ansteuersignal SA wird bei einer Brennkraftmaschine (nicht gezeigt) zur Ansteuerung eines piezoelektrischen Stellglieds eingesetzt, das eine Ventilnadel eines Einspritzventils der Brennkraftmaschine von einer Schließposition über eine Zwischenposition in eine Öffnungsposition und wieder zurück verstellt.
  • Bei dem Diagramm aus Figur 1 bezeichnet t die Zeitachse und A einen auf den Maximalwert des Ansteuersignals SA normierten Wert des Ansteuersignals SA. Das Ansteuersignal SA ist ein Analogsignal.
  • Zur weiteren Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in dem Diagramm aus Figur 1 mehrere Bereiche SZ, ZO, OZ, ZS des Ansteuersignals SA markiert, die im folgenden

Claims (3)

  1. Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine, bei dem eine Ventilnadel eines Einspritzventils mittels eines von einem Ansteuersignal (SA) beaufschlagten piezoelektrischen Stellglieds von einer Schließposition über eine Zwischenposition zu einer Öffnungsposition und wieder zurück verstellt wird, und wobei das Ansteuersignal (SA) beim Übergang der Ventilnadel von der Schließposition zur Zwischenposition eine größere Flankensteilheit aufweist, als beim Übergang der Ventilnadel von der Zwischenposition in die Öffnungsposition, dadurch gekennzeichnet, dass das Ansteuersignal (SA) beim Übergang der Ventilnadel von der Öffnungsposition zur Schließposition durch Subtraktion der gespeicherten Werte des Ansteuersignals (SA) beim Übergang der Ventilnadel von der Schließposition zur Öffnungsposition von einem maximalen Signalwert für das Ansteuersignal gebildet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ansteuersignal (SA) beim Übergang der Ventilnadel von der Öffnungsposition zur Zwischenposition eine größere Flankensteilheit aufweist, als beim Übergang der Ventilnadel von der Zwischenposition in die Schließposition.
  3. Steuergerät für eine Brennkraftmaschine, bei der eine Ventilnadel eines Einspritzventils mittels eines von einem Ansteuersignal (SA) beaufschlagten piezoelektrischen Stellglieds von einer Schließposition über eine Zwischenposition zu einer Öffnungsposition und wieder zurück verstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät zur Ausführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 2 ausgebildet ist.
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