EP1530676B9 - Method for operating an internal combustion engine - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The present invention relates to a method for operating an internal combustion engine according to the preamble of
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Steuergerät für eine Brennkraftmaschine.Furthermore, the present invention relates to a control device for an internal combustion engine.
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.Such an operating method and a control unit for this are already known from the prior art. Disadvantages arise in the known systems, in particular from an unfavorable waveform of the drive signal, which leads to an increased risk of contamination of the injector and on the other hand prevents a controlled closing of the injector.
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.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.
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.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.
Aus der
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.Accordingly, it is an object of the present invention to improve an operating method and a control device of the type mentioned in that the risk of contamination of the injector is reduced, and that the valve needle is controlled and adjusted in a simple manner in the open and closed position or is adjustable ,
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst.This object is achieved by the method according to
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.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.
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.Accordingly, the comparatively low slope of the drive signal for the piezoelectric actuator at the transition of the valve needle from the intermediate position to the open position to a controlled reaching the open position by the valve needle, in which the valve needle in particular does not bounce, so that no uncontrolled adjustment of the valve needle in the Opening position takes place.
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.Particularly advantageous is 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.
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.Due to the symmetry results in a considerable simplification in the control of the piezoelectric actuator, because 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.
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.According to an advantageous embodiment of the present invention, 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.
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.In particular, the 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.
Als eine weitere Lösung der Aufgabe der Erfindung ist ein Steuergerät für eine Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 3 angegeben.As a further solution of the object of the invention, a control device for an internal combustion engine according to claim 3 is given.
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.
- FIG. 1
- shows the time course of a drive signal according to the invention, and
- FIG. 2
- shows the time course of another drive signal according to the invention.
Das in
Bei dem Diagramm aus
Zur weiteren Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in dem Diagramm aus
Zu Beginn einer Einspritzung wird das piezoelektrische Stellglied (nicht gezeigt) von einem ebenfalls nicht abgebildeten Steuergerät der Brennkraftmaschine mit dem im Bereich SZ liegenden Teil des Ansteuersignals SA angesteuert, in dem das Ansteuersignal SA eine vergleichsweise große Flankensteilheit aufweist. Dadurch ist gewährleistet, dass die Ventilnadel des Einspritzventils schnell von der Schließposition, die einem Wert Null des Ansteuersignals SA entspricht, in die Zwischenposition verstellt wird, so dass Zustände geringen Nadelhubs und damit eine Verstopfungsgefahr durch eingeklemmte Partikel vermieden werden.At the beginning of an injection, the piezoelectric actuator (not shown) is controlled by a likewise not shown control unit of the internal combustion engine with the lying in the area SZ part of the drive signal SA, in which the drive signal SA has a comparatively large slope. This ensures that the valve needle of the injection valve is quickly adjusted from the closed position, which corresponds to a value zero of the drive signal SA, in the intermediate position, so that conditions low Nadelhubs and thus a risk of clogging by trapped particles are avoided.
Anschließend wird das piezoelektrische Stellglied beim Übergang von der Zwischenposition zur Öffnungsposition, die einem Wert Eins des Ansteuersignals SA entspricht, mit einem Ansteuersignal SA vergleichsweise geringer Flankensteilheit angesteuert, wodurch der Bereich ZO des Ansteuersignals SA definiert ist. Die geringe Flankensteilheit des Ansteuersignals SA in dem Bereich ZO bewirkt, dass die Ventilnadel beim Erreichen der Öffnungsposition nicht zu schnell ist und sich durch Prellen unkontrolliert wieder aus der erreichten Öffnungsposition herausbewegt bzw. durch Überschwingen unkontrolliert öffnet. Danach wird das Ansteuersignal SA für eine gewisse Zeit auf seinem Maximalwert von Eins gehalten.Subsequently, the piezoelectric actuator is driven at the transition from the intermediate position to the opening position, which corresponds to a value one of the drive signal SA, with a drive signal SA comparatively low slope, whereby the range ZO of the drive signal SA is defined. The low edge steepness of the drive signal SA in the region ZO causes the valve needle is not too fast when reaching the open position and moves out of the reached opening position by bouncing uncontrolled or uncontrollably opens by overshoot. Thereafter, the drive signal SA is held at its maximum value of one for a while.
Wie aus
Zum Ende der Einspritzphase, das mit dem Bereich ZS des Ansteuersignals SA korrespondiert, weist das Ansteuersignal SA erneut eine vergleichsweise geringe Flankensteilheit auf, um ein zu schnelles Auftreffen der Ventilnadel auf dem Ventilsitz des Einspritzventils und damit ein Prellen der Ventilnadel zu vermeiden, das zu unkontrollierten Öffnungen des Einspritzventils führt.At the end of the injection phase, which corresponds to the range ZS of the drive signal SA, the drive signal SA again has a comparatively low slope in order to avoid too rapid impact of the valve needle on the valve seat of the injection valve and thus bouncing of the valve needle, which leads to uncontrolled Openings of the injection valve leads.
Auf diese Weise ist es möglich, das Risiko der Ventilverschmutzung zu verringern und gleichzeitig ein kontrolliertes Öffnen bzw. Schließen des Einspritzventils zu erreichen.In this way it is possible to reduce the risk of valve contamination while achieving a controlled opening or closing of the injector.
Es ist auch möglich, die Ansteuerung des piezoelektrischen Stellglieds mit einem Digitalsignal vorzunehmen. Hierzu zeigt
Da die Zeit zum Verstellen der Ventilnadel von der Öffnungsposition in die Schließposition näherungsweise nur von der Kinematik eines Systems bestehend aus der Ventilnadel und einer die Ventilnadel mechanisch mit einer Vorspannung beaufschlagenden Feder bestimmt wird, ist es vorteilhaft, die mechanischen Parameter des Systems Ventilnadel/Feder bei der Auswahl der Signalform des Ansteuersignals SA bzw. SD zu berücksichtigen, um eine optimale Aufteilung des Ventilwegs mit großer/kleiner Flankensteilheit zu erzielen.Since the time for adjusting the valve needle from the open position to the closed position is determined approximately only by the kinematics of a system consisting of the valve needle and a valve needle mechanically biased spring, it is advantageous to the mechanical parameters of the system valve needle / spring at to consider the selection of the waveform of the drive signal SA and SD, respectively, in order to achieve an optimal division of the valve path with high / small edge steepness.
Besonders vorteilhaft ist auch eine Symmetrie zwischen der Signalform des Ansteuersignals SA, SD, die beim Verstellen der Ventilnadel von der Schließposition in die Öffnungsposition verwendet wird, und der Signalform des Ansteuersignals SA, SD, die beim Verstellen der Ventilnadel von der Öffnungsposition in die Schließposition verwendet wird. In diesem Fall ist es möglich, nur eine Signalform zu speichern, beispielsweise in einem Speicher des Steuergeräts, und die jeweils andere Signalform aus der gespeicherten Signalform zu bilden.Also particularly advantageous is a symmetry between the signal shape of the drive signal SA, SD, which is used when adjusting the valve needle from the closed position to the open position, and the waveform of the drive signal SA, SD, which is used when adjusting the valve needle from the open position to the closed position becomes. In this case, it is possible to store only one waveform, for example in a memory of the controller, and to form the other waveform from the stored waveform.
Das vorstehend beschriebene Verfahren ist als Computerprogramm realisiert, das auf dem Steuergerät ablauffähig und in dessen Speicher abgelegt ist.The method described above is implemented as a computer program that is executable on the control unit and stored in its memory.
Ganz allgemein kann das erfindungsgemäße Verfahren bei Zumesssystemen mit durch piezoelektrische Stellglieder angetriebenen Komponenten angewendet werden.In general, the method according to the invention can be applied to metering systems with components driven by piezoelectric actuators.
Claims (3)
- Method for operating an internal combustion engine in which a valve needle of an injection valve is adjusted from a closed position via an intermediate position to an open position and back again by means of a piezo-electric actuator to which a drive signal (SA) is applied, and wherein the drive signal (SA) has a greater degree of signal edge steepness at the transition of the valve needle from the closed position to the intermediate position than at the transition of the valve needle from the intermediate position into the open position, characterized in that the drive signal (SA) is formed at the transition of the valve needle from the open position to the closed position from a maximum signal value for the drive signal by subtracting the stored values of the drive signal (SA) at the transition of the valve needle from the closed position to the open position.
- Method according to Claim 1, characterized in that the drive signal (SA) has a greater degree of signal edge steepness at the transition of the valve needle from the open position to the intermediate position than at the transition of the valve needle from the intermediate position into the closed position.
- Control device for an internal combustion engine in which a valve needle of an injection valve can be adjusted from a closed position via an intermediate position to an open position and back again by means of a piezo-electric actuator element to which a drive signal (SA) is applied, characterized in that the control device is designed to carry out the method according to one of Claims 1 to 2.
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