EP1836386A1 - Verfahren und vorrichtung zum steuern eines injektors - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum steuern eines injektors

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EP1836386A1
EP1836386A1 EP05813421A EP05813421A EP1836386A1 EP 1836386 A1 EP1836386 A1 EP 1836386A1 EP 05813421 A EP05813421 A EP 05813421A EP 05813421 A EP05813421 A EP 05813421A EP 1836386 A1 EP1836386 A1 EP 1836386A1
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EP
European Patent Office
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pressure
fluid
ctrl
closed position
piezo actuator
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EP05813421A
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English (en)
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EP1836386B1 (de
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Joachim Frank
Hellmut Freudenberg
Manfred Weigl
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Continental Automotive GmbH
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Siemens AG
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Publication date
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    • F02M47/027—Electrically actuated valves draining the chamber to release the closing pressure
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    • F02M63/02—Fuel-injection apparatus having several injectors fed by a common pumping element, or having several pumping elements feeding a common injector; Fuel-injection apparatus having provisions for cutting-out pumps, pumping elements, or injectors; Fuel-injection apparatus having provisions for variably interconnecting pumping elements and injectors alternatively
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    • F02M63/0026—Valves characterised by the valve actuating means electrical, e.g. using solenoid using piezoelectric or magnetostrictive actuators

Definitions

  • the invention relates to a method and apparatus for controlling a Inj ector, which is designed in particular for metering fuel into an internal combustion engine.
  • a particularly good mixture preparation can be achieved if, prior to a main injection, one or more pre-injections take place, which are also referred to as pilot injection, with possibly a very low fuel mass being metered for the individual pre-injection should .
  • pilot injection also referred to as pilot injection
  • a precise control of the injection valve is very important, especially for these cases.
  • the injector includes an injector body having a control chamber associated with a control valve that controls fuel pressure in the control chamber.
  • the piezoelectric actuator acts on the control valve.
  • the piezoelectric actuator is subjected to a voltage such that the resulting stroke of the piezoelectric actuator actuates the control valve.
  • An axial displacement of a nozzle needle from a valve seat is detected as a function of an increase in the voltage drop across the piezoelectric actuator.
  • An end of the movement of the nozzle needle is detected by means of an abrupt drop in the voltage across the piezoelectric actuator.
  • the object of the invention is to provide a method and a device which allow precise control of an injector.
  • the invention is characterized by a method and a corresponding device for controlling an Inj ector, which can also be referred to as an injection valve.
  • the Inj ector has a nozzle needle whose position is adjustable depending on a pressure in a control chamber and in a closed position prevents fluid flow through at least one injection hole in a nozzle body and this otherwise free gives .
  • the Inj ector further comprises a control chamber which is hydraulically coupled to a fluid high-pressure accumulator, a piezo actuator and a control valve which hydraulically decouples the control chamber in its closed position of a low pressure chamber, the hydraulic outside of its closed position, the control chamber coupled with the low pressure chamber and acting on the piezo actuator.
  • a combination of a drive time period of the piezo actuator and an electrical energy supplied to the piezo actuator is varied from a predetermined start combination to a target combination in which a pressure profile is detected, which is characteristic for a movement of the control valve out of its closed position, without the metering of fluid through the injection hole.
  • the target combination is a simple and precise measure of the dead-stroke of the piezo actuator, which is an extremely important parameter, especially in the context of metering the smallest possible quantities of fluid through the injector.
  • the target combination can be determined as a measure of the current idle stroke at any predeterminable time intervals over the operating period of Inj ektorventils, which can change significantly over the lifetime of Inj ector and may also be subject to short-term fluctuations.
  • Influencing variables for the idle stroke are, for example, the temperature, wear and aging of the piezo actuator.
  • the electrical energy to be supplied to the piezo actuator and / or the actuation period of the piezo actuator can then be corrected for the following injection processes.
  • the target combination can also advantageously be used in the context of controlling the injector for other purposes, such as a diagnosis.
  • the combination of the An horrin and the supplied energy is carried out starting from the predetermined starting position to the target combination in an operating condition in which an actuator for setting a fluid supply in the fluid high-pressure accumulator in its closed state.
  • This has the advantage that the detected pressure curve is then more independent of disturbing influences, which are caused by a conveyance of the fluid into the fluid high-pressure accumulator.
  • it is easier then a precise detection of the pressure curve possible, which is characteristic of the movement of the control valve out of its closed position, without there being a metering of fluid through the injection hole.
  • the combination of the driving time duration and the supplied electrical energy is varied with a charging time period during which electrical energy is supplied to the piezoelectric actuator which is longer than that during operation of the injector in which A metering of fluid is intended. In this way, a generation of sound is reduced, which can be perceived by a user as unpleasant.
  • the combination of the driving time period and the supplied electrical energy is varied with a discharging period during which electrical energy is drawn from the piezo actuator which is longer than the one during operation of the injector, in which a metering of Fluid through the injection hole is intended. Also in this way the sound is reduced, which is perceived by a user as unpleasant.
  • a beginning of successive drive time periods is varied with respect to the respective cylinder segment.
  • the sound spectrum can be selectively adjusted by the control of the control valve, so as to make the subj eective perception of the sound by the user as less disturbing.
  • an end of successive An Kunststoffzeitdauern with respect to the j eaji cylinder segment is varied.
  • the sound spectrum generated by the control of the control valve can be selectively adjusted so as to make the subj eective perception of the sound by the user as less disturbing.
  • the beginning of successive An KunststoffzeitDauern for different Inj ectors for example, all of an internal combustion engine are assigned, with respect to the j ehyroid cylinder segment varies. Also in this way, the sound spectrum generated by driving the j eshing control valves can be adjusted very effectively.
  • the end of successive An Kunststoffzeitdauern for different Inj ectors with respect to the j ehyroid cylinder segment is varied. Even this way can be easy the sound spectrum generated by driving the respective control valves is set.
  • FIG. 1 shows an internal combustion engine with a plurality of injectors
  • FIG. 2 shows one of the injectors according to FIG. 1,
  • FIG. 3 shows a first enlargement of a section of the injector according to FIG. 2,
  • FIG. 4 shows a second enlargement of a further section of the injector according to FIG. 2,
  • FIG. 5 is a flow chart of a program for controlling the injector
  • FIGS. 6A to 6D show time profiles of drive signals for the injectors
  • Figure 7 shows a time course of one of the drive signals during a charging period.
  • An internal combustion engine (FIG. 1) comprises an intake tract 1, an engine block 2, a cylinder head 3, an exhaust tract 4 and a feed device 5 for fuel.
  • a plurality of cylinders Z1 to Z4 are formed at which in each case injectors 7, 9, 11, 13 are assigned.
  • a crankshaft 15 is provided, which is associated with a crankshaft angle sensor 17, which detects the current crankshaft angle, from which then a speed of the crankshaft can be derived.
  • the fuel supply device 5 comprises a fuel tank 19 and a low-pressure region 21 which is either hydraulically coupled directly to the fuel tank 19 or is hydraulically coupled to the fuel tank 19 via a low-pressure pump 23.
  • a regulator 25 is further provided, by means of which a pressure in the low-pressure region 21 can be adjusted.
  • a high-pressure pump 29 is hydraulically coupled on the input side via a volume flow control valve VCV with the low pressure region 21.
  • the high-pressure pump 29 is hydraulically coupled on the output side to a fluid high pressure accumulator 31 and thus promotes fluid, in particular fuel in the fluid high pressure accumulator 31.
  • a volume flow can be adjusted, which is promoted by the high pressure pump 29 in the fluid high pressure accumulator 31 .
  • the volume flow control valve VCV may be formed separately from the high-pressure pump 29 or as a structural unit with the high-pressure pump 29.
  • a fuel pressure sensor 33 is arranged, which detects the pressure in the fluid high pressure accumulator.
  • the measurement signal of the high-pressure sensor is thus representative of a pressure profile of the fluid in the high-pressure fluid reservoir 31.
  • the injectors 7, 9, 11, 13 are hydraulically coupled to the fluid high-pressure accumulator 31 via a respective high-pressure connection (FIG. 2).
  • a control device 35 which generates control signals for controlling actuators of the internal combustion engine as a function of measured variables which are detected by sensors.
  • the control device 35 has corresponding inputs via which measurement signals of the sensors are detected can, and a program and a data memory and a computing unit and power amplifiers for driving the actuators of the internal combustion engine.
  • the Inj rectors 7-13 are identical and are explained in more detail below with reference to Figures 2 to 4.
  • the injector 7-13 includes an injector housing 37 that receives the high pressure port 39 that is hydraulically coupled to the fluid high pressure accumulator 31.
  • the high-pressure port 39 is hydraulically coupled via a first high-pressure bore 41 with a control valve 43 which is housed in the Inj ektorgephinuse 37.
  • a second high pressure bore 45 extends from the high pressure port 39 through the injector housing 37 into a nozzle body 47.
  • a low-pressure chamber 49 is further formed, which is hydraulically coupled to the low-pressure region 21. If the low-pressure pump 23 is present, the low-pressure chamber 49 can also be coupled directly hydraulically with a return to the fuel tank 19.
  • a recess 51 of the Inj ector housing 37 is formed, in which a control piston 53 is arranged and guided.
  • a control space 55 of the control valve 43 adjoins an end face 69 of the control piston 53 and is formed in the free space between the end face and the control valve 43.
  • a free space of the recess 51 of the Inj ektorgepuruses 37 in the region of one end of the control piston 53, which faces away from the control chamber 55 is hydraulically coupled to the low pressure chamber 49.
  • a nozzle needle 57 is mechanically coupled to the control piston 53 and is in a recess 59 in the Nozzle body 47 is arranged. In a closed position of the nozzle needle 57, this prevents fluid flow through an injection hole 61 which is formed in the nozzle body 57. Outside the closed position, the nozzle needle 57 releases the fluid flow through the injection hole 61. If a plurality of injection holes 61 are present, the nozzle needle 57 prevents the fluid flow in its closed position by all its associated injection holes 61 and releases it otherwise.
  • the position of the nozzle needle 57 depends on a force balance of forces acting on the nozzle needle 57.
  • a first force is caused by the pressure in the control chamber 45, which acts on the end face 69 of the control piston.
  • a second force is coupled by the pressure acting on the surface of a high pressure shoulder 63 and on the needle tip 65.
  • a third force is caused by a spring force of a nozzle spring 67. The position of the nozzle needle depends on the balance of the first to third forces.
  • the control chamber 55 is hydraulically coupled via an inlet throttle 71 with the first high-pressure bore 41.
  • the control chamber 55 is also hydraulically coupled via an outlet throttle 73 depending on the switching position of the control valve 43 with the low pressure chamber 49.
  • the control valve 43 is associated with a piezo actuator 75, the axial extent of which depends on the electrical energy supplied to it.
  • the piezo actuator 75 acts on a valve body 77 of the control valve 43 and thus determines the switching position of the control valve 43.
  • An idle stroke between the piezo actuator 75 and the valve body 77 is characterized by a clearance between the piezo actuator 75 and the Valve body 77 given in a state in which the piezoelectric actuator 75 is supplied with no electrical energy.
  • the idle stroke also includes a continuous force increase caused by an elastic tensioning of the piezo actuator 75 in the injector 7-13 during the supply of electrical energy until the control valve is opened.
  • a supply of electrical energy within the idle stroke of the piezo actuator 75 thus does not lead to an elongation of the piezo actuator 75, which acts on the valve body 77 side facing when the piezo actuator 75 rests against the valve body 77.
  • the valve body 77 may already be in contact with the piezo actuator 75 even if this is no electrical energy supplied.
  • control valve 43 If the control valve 43 is in its closed position, no fluid can flow off via the outlet throttle 73 and the pressure thus rises in the control chamber 55 until it approximately reaches the pressure in the high-pressure fluid reservoir 31. If the control valve 43, ie in particular the valve body 77, is moved out of its closed position, then fluid can flow away from the control chamber 55 via the outlet throttle 73 past the valve body 77 to the low-pressure chamber 49. This has the consequence that the pressure in the control chamber 55 decreases depending on the ratio of the throttle effects of the outlet throttle and the inlet throttle and, if the valve body 77 releases such a small free cross-section, that also in this area, a throttling of the outflow of fluid, also depending on the position of the valve body 77th
  • the nozzle needle 57 may be hydraulically coupled to the control chamber 55 and thus the control piston 53 omitted. In this case, then the leakage of fluid in the control chamber 55 is negligible when the control valve 43 is in its closed position.
  • a program for controlling the Inj ector 7-13 is stored in the controller 35 in a program memory and is executed during operation of the internal combustion engine, and preferably for each of the Inj ectors 7, 9, 11, 13th
  • the program for controlling the injector according to the subsequent steps is suitable for determining a measure for the idle stroke of the control valve.
  • the program is started in a step S1 (FIG. 5) in which variables are initialized, if necessary.
  • the start of the program can basically be done at any time during operation of the internal combustion engine. Preferably, the start takes place when no fuel in the FIu- id high-pressure accumulator 31 is promoted and, if preferred, no fuel on the Inj ectors 7 to 13 is to be metered into the combustion chambers of the cylinder Zl to Z4.
  • a charging period T L and preferably a discharging period T_EL is determined.
  • the charging period T_L, and / or the discharging period T EL may correspond to those intended for the operation of the fuel metering injector 7-13. However, they can also deviate from these values, in particular be larger and be either fixed or correspondingly predetermined depending on at least one operating variable of the internal combustion engine, with operating variables comprising the measured variables of the sensors and variables derived therefrom.
  • a drive time T_CTRL of the piezo actuator 75 is assigned a start drive time T_CTRL_ST.
  • an electrical energy E to be supplied to the piezoelectric actuator 75 is assigned a starting energy E ST.
  • the starting energy E_ST and the starting drive time T_CTRL_ST for the piezo actuator 75 are preferably predetermined so that a correspondingly executed drive pulse certainly does not result in fuel being metered through the injection hole 61 into one of the combustion chambers of the cylinders Z1 to Z4 .
  • the activation period T_CTRL_ST is preferably representative of a period of time from which electrical energy is initially supplied to the piezo actuator 75 and at the end of which a discharge of the piezo actuator takes place.
  • the unloading process is started at the end of the period.
  • step S7 it is then checked whether the volume Current control valve VCV is in its closed state CL, in which no or only a small leakage flow of fluid through the flow control valve VCV flows toward the high-pressure pump 29 and thus from the high-pressure pump 29 also no fluid or only the leakage flow of the flow control valve VCV in the high-pressure fluid reservoir 31st is encouraged.
  • step S7 If the condition of the step S7 is not satisfied, the program is ended in a step S15.
  • step S9 in which the piezo actuator 75 for the drive time T CTRL is driven by supplying the electrical energy E with the determined in step S5 charging time T L and the discharge time T EL.
  • the supply of the electrical energy E to the piezoelectric actuator 75 preferably takes place by directly specifying the electrical energy E to be supplied, but it can also be done, for example, by appropriately specifying a current curve or even a voltage curve, in which case preferably temperature-dependent capacitance changes of the piezo actuator should at least be considered.
  • the temporal position of the respective activation time period T CTRL relative to the crankshaft angle can be freely selected if a corresponding function for converting an activation of an output stage of the control device 35 permits this at any time and the output stage is likewise designed in this way.
  • the control devices 35 are designed to control the piezoelectric actuator 75 in each case only within the cylinder segment ZS1-ZS4 assigned to the respective cylinder Z1 to Z4.
  • the cylinder segment ZS1 to ZS4 is understood to mean the crankshaft angle and thus a corresponding time range which results from the Crankshaft angle for a duty cycle of the internal combustion engine divided by the number of cylinders results.
  • a cylinder segment In an internal combustion engine with a duty cycle of 720 ° crankshaft and, for example, four cylinders, a cylinder segment is thus 180 ° crankshaft angle. The time period associated with the respective cylinder segment is then dependent on the current rotational speed of the crankshaft 15.
  • the cylinder segments associated with the respective cylinders have a predetermined position with respect to a reference angular position of the crankshaft, which may be, for example, an upper dead center of the piston upon ignition ,
  • a step Sil it is then checked whether the pressure profile P_V detected by the high-pressure sensor 33 has a characteristic pressure curve P V M for a movement of the control valve 43 out of its closed position without a metering of fluid through the injection hole 61.
  • the characteristic pressure curve P_V_M is preferably determined in advance by appropriate tests or simulations and is stored in the data memory of the control device 35. Preferably, it is determined so that the valve body 77 and thus the control valve 43 moves only slightly possible out of its closed position and thus a minimum flow of fuel flows from the control chamber 55 through the outlet throttle 73 past the control valve 43 toward the low pressure chamber 49 when the pressure curve PV corresponds to the characteristic pressure curve PVM.
  • step S 1 is preferably also satisfied if the pressure profile PV lies in a predeterminable, preferably narrow, range of values window around the characteristic pressure profile PVM.
  • the characteristic pressure curve P_V_M can be represented, for example, by a predefinable change in pressure or a predefinable rate of change of pressure, which is also referred to as a gradient, or also a further correspondingly representative variable.
  • step S11 If the condition of step S11 is not met, then an increment time DT is added to the drive time period T CTRL in a step S17.
  • an incrementing energy DE is added in step S17 of the electrical energy E to be supplied.
  • the incrementing time period DT and the incrementing energy DE are assigned such small values that it can be ensured with a high degree of probability that no further metering of fuel through the injection hole 61 takes place in the event of a corresponding actuation of the injector 7 - 13 in a subsequent run of the step S8 ,
  • step S17 it is also possible to vary either only the activation time duration T CTRL or the electrical energy E to be supplied in the step S17. This can also be done differently in successive runs of step S17. Subsequent to step S17, the processing is then continued in step S7.
  • step S13 the activation time period T CTRL is assigned to a target activation time period T_CTRL_Z. Further, in step S13, a target energy E Z is assigned the electric power E to be supplied. The process is subsequently ended in step S15.
  • the target energy EZ determined in step S13 and the target drive time T_CTRL_Z can each be used independently. be alone or in combination a measure of the idle stroke of the control valve 43.
  • reference values for the target energy EZ or the target drive time T_CTRL_Z can then for the following operation of Inj ector 7 to 13 with metering of fuel through the injection hole 61 dedicated drive times or supplied electrical energy be adjusted accordingly and thus a very precise metering of the desired amount of fuel can be achieved.
  • the target drive time duration T_CTRL_Z and / or the target power EZ can also be used for a diagnosis of the injector 7 - 13.
  • the program for controlling the injector according to FIG. 5 is preferably carried out for each of the injectors 7 - 13, and thus different drive time periods T_CTRL_Z and target energies E_Z can be determined for each of the injectors 7 - 13. In this way, it is thus possible to compensate for any differences between the sectors and thus ensure a uniform metering of fuel via the cylinders Z1 to Z4 of the internal combustion engine.
  • the program according to FIG. 5 is preferably in an operating state of the pushing operation of the vehicle during which no fuel is metered into the cylinder of the internal combustion engine, processed or even processed immediately after stopping the engine.
  • respective drive pulses assigned to the respective injection valves 7 to 13 of the respective cylinders Z1 to Z4 are plotted, which in each case are generated in the execution of step S9 in the respective injector 7 to 13.
  • Drive pulses for the piezo actuator 75 of the Inj ector 7, which is assigned to the cylinder Zl are in each case carried out in the cylinder Zl associated cylinder segment ZSl.
  • the height of the drive pulses may be representative of the supplied during the drive pulse energy E.
  • the respective drive pulses are varied with respect to the respective cylinder segment with regard to their beginning and / or end, which is based on their different position with respect to the respective cylinder segment ZS1 - ZS4 is recognizable.
  • the end and / or the beginning of the respective actuation period T CTRL are also varied relative to one another by different actuation pulses assigned to different actuators 7-13. This is likewise the case with reference to the different position of the drive pulses relative to the respective beginning of the respective cylinder segment ZS1 to ZS4 in the signal curves of FIGS. 6A to 6D.
  • a desired sound spectrum can be generated in a targeted manner, which is either not perceived by the user, for example, or is merely perceived as noise or fits into other operating noises of the internal combustion engine.
  • the representation of the drive pulses in FIGS. 6A to 6D does not necessarily correspond to the actual waveform of the corresponding physical quantities.
  • the electrical power supplied to the piezo actuator 75 is removed again at the end of the activation period.
  • a possible course of a drive pulse is shown in more detail with reference to FIG.
  • electrical energy is supplied to the piezoelectric actuator 75 for the predefined charging time period T_L. This is preferably done by corresponding energy pulses, which are preferably varied in their height and thus the supplied power PEL, when the supplied energy E is changed.
  • the piezo actuator 75 is then discharged again by corresponding discharge pulses of opposite polarity, namely over the discharge time T EL.
  • fuel is used in the exemplary embodiments merely as an example for a specific fluid. However, it can also be replaced by fluid.

Abstract

Ein Injektor (7, 9, 11, 13) umfasst eine Düsennadel (57), deren Position abhängig von dem Druck in einem Steuerraum (55) einstellbar ist und die in einer Schließposition einen FIuidfluss durch mindestens ein Einspritzloch (61) unterbindet und diesen ansonsten freigibt. Der Injektor umfasst ferner einen Steuerraum (55), der hydraulisch gekoppelt ist mit einem Fluid-Hochdruckspeicher (31), einem Piezo-Stellantrieb (75) und einem Steuerventil (43), das in seiner Schließstellung den Steuerraum (55) hydraulisch entkoppelt von einem Niederdruckraum (49), das außerhalb der Schließstellung den Steuerraum (55) hydraulisch koppelt mit dem Niederdruckraum (49) und auf das der Piezo-Stellantrieb einwirkt. Eine Kombination aus einer Ansteuerzeitdauer (T_CTRL) für den Piezo- Stellantrieb (75) und einer dem Piezo-Stellantrieb (75) zuzuführenden elektrischen Energie (E) wird ausgehend von einer vorgegebenen Start-Kombination bis zu einer Ziel-Kombination variiert, bei der ein Druckverlauf (P_V) erfasst wird, der charakteristisch ist für eine Bewegung des Steuerventils (43) heraus aus seiner Schließstellung, ohne dass ein Zumessen von Fluid durch das Einspritzloch (61) erfolgt.

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zum Steuern eines Inj ektors
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern eines Inj ektors , der insbesondere ausgebildet ist zum Zumessen von Kraftstoff in eine Brennkraftmaschine .
Immer strengere gesetzliche Vorschriften bezüglich der zulässigen Schadstoff-Emissionen von Brennkraftmaschinen, die in Kraftfahrzeugen angeordnet sind, machen es erforderlich diverse Maßnahmen vorzunehmen, durch die die Schadstoff- Emissionen gesenkt werden . Ein Ansatzpunkt hierbei ist, die während des Verbrennungsprozesses des Luft/Kraftstoff- Gemisches erzeugten Schadstoff-Emissionen zu senken . Insbesondere die Bildung von Ruß ist stark abhängig von der Aufbereitung des Luft/Kraftstoff-Gemisches in dem j eweiligen Zylinder der Brennkraftmaschine . Um eine sehr gute Gemischaufbereitung zu erreichen, wird Kraftstoff zunehmend unter sehr hohem Druck zugemessen . Im Falle von Diesel-Brennkraftmaschinen betragen die Kraftstoffdrücke bis zu 2000 bar . Für derartige Anwendungen setzen sich zunehmend Einspritzventile durch mit einem Piezo-Aktuator als Stellantrieb . Piezo- Aktuatoren zeichnen sich aus durch sehr kurze Ansprechzeiten . Derartige Einspritzventile sind so gegebenenfalls geeignet mehrfach innerhalb eines Arbeitszyklusses eines Zylinders der Brennkraftmaschine Kraftstoff zuzumessen .
Eine besonders gute Gemischaufbereitung lässt sich erreichen, wenn vor einer Haupteinspritzung eine oder mehrere Voreinspritzungen erfolgen, die auch als Piloteinspritzung bezeichnet werden, wobei für die einzelne Voreinspritzung gegebenenfalls eine sehr geringe Kraftstoffmasse zugemessen werden soll . Ein präzises Ansteuern des Einspritzventils ist insbesondere für diese Fälle sehr wichtig .
Aus der WO 01/63121 ist ein Verfahren zum Erkennen von Einspritzereignissen eines Einspritzventils mit einem piezoelektrischen Aktuator bekannt . Das Einspritzventil umfasst einen Inj ektorkörper mit einer Steuerkammer, der ein Steuerventil zugeordnet ist, das den Kraftstoffdruck in der Steuerkammer steuert . Der piezoelektrische Aktuator wirkt auf das Steuerventil ein . Der piezoelektrische Aktuator wird mit einer Spannung beaufschlagt derart, dass der daraus resultierende Hub des piezoelektrischen Aktuators das Steuerventil betätigt . Ein axiales Wegbewegen einer Düsennadel von einem Ventilsitz wird abhängig von einem Anstieg des Spannungsabfalls an dem piezoelektrischen Aktuator erkannt . Ein Beenden der Bewegung der Düsennadel wird anhand eines abrupten Abfalls der Spannung an dem piezoelektrischen Aktuator erkannt .
Die Aufgabe der Erfindung ist es ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, das beziehungsweise die ein präzises Steuern eines Inj ektors ermöglichen .
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche . Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet .
Die Erfindung zeichnet sich aus durch ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zum Steuern eines Inj ektors , der auch als Einspritzventil bezeichnet werden kann . Der Inj ektor hat eine Düsennadel, deren Position abhängig von einem Druck in einem Steuerraum einstellbar ist und die in einer Schließposition einen Fluidfluss durch mindestens ein Einspritzloch in einem Düsenkörper unterbindet und diesen ansonsten frei- gibt . Der Inj ektor umfasst ferner einen Steuerraum, der hydraulisch gekoppelt ist mit einem Fluid-Hochdruckspeicher, einen Piezo-Stellantrieb und ein Steuerventil, das in seiner Schließstellung den Steuerraum hydraulisch entkoppelt von einem Niederdruckraum, das außerhalb seiner Schließstellung den Steuerraum hydraulisch koppelt mit dem Niederdruckraum und auf das der Piezo-Stellantrieb einwirkt . Eine Kombination aus einer Ansteuerzeitdauer des Piezo-Stellantriebs und einer dem Piezo-Stellantrieb zugeführten elektrischen Energie wird ausgehend von einer vorgegebenen Startkombination bis zu einer Zielkombination variiert, bei der ein Druckverlauf erfasst wird, der charakteristisch ist für eine Bewegung des Steuerventils heraus aus seiner Schließstellung, ohne dass ein Zumessen von Fluid durch das Einspritzloch erfolgt . Die Zielkombination ist ein einfaches und präzises Maß für einen Leerhub des Piezo-Stellantriebs , der ein äußerst wichtiger Parameter insbesondere im Zusammenhang des Zumessens von kleinstmöglichen Fluidmengen durch den Inj ektor ist .
Auf diese Weise kann somit einfach in beliebig vorgebbaren Zeitabständen über die Betriebszeitdauer des Inj ektorventils die Zielkombination als Maß für den aktuellen Leerhub bestimmt werden, der sich über die Lebenszeit des Inj ektors deutlich ändern kann und gegebenenfalls auch kurzzeitigen Schwankungen unterliegen kann . Einflussgrößen für den Leerhub sind beispielsweise die Temperatur, Verschleiß und Alterung des Piezo-Stellantriebs . Abhängig von der Zielkombination können dann die dem Piezo-Stellantrieb zuzuführende elektrische Energie und/oder die Ansteuerzeitdauer des Piezo- Stellantriebs für folgende Einspritzvorgänge korrigiert werden . Die Zielkombination kann j edoch auch vorteilhaft im Rahmen der Steuerung des Inj ektors für andere Zwecke, wie beispielsweise eine Diagnose, eingesetzt werden . Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt das Variieren der Kombination aus der Ansteuerzeitdauer und der zuzuführenden Energie ausgehend von der vorgegebenen Ausgangsposition bis zu der Zielkombination in einem Betriebszustand, in dem ein Stellglied zum Einstellen einer Fluidzufuhr in den Fluid-Hochdruckspeicher in seinem Schließzustand ist . Dies hat den Vorteil, dass der erfasste Druckverlauf dann unabhängiger ist von Störeinflüssen, die durch ein Fördern des Fluids in den Fluid-Hochdruckspeicher hervorgerufen sind. Somit ist dann einfacher ein präzises Erkennen des Druckverlaufs möglich, der charakteristisch ist für die Bewegung des Steuerventils heraus aus seiner Schließstellung, ohne dass ein Zumessen von Fluid durch das Einspritzloch erfolgt . Dies hat wiederum zur Folge, dass die Zielkombination präziser bestimmt werden kann .
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt das Variieren der Kombination aus der Ansteuerzeitdauer und der zugeführten elektrischen Energie mit einer Ladezeitdauer, während der dem Piezo-Stellantrieb elektrische Energie zugeführt wird, die länger ist als diej enige während eines Betriebs des Inj ektors , in dem ein Zumessen von Fluid beabsichtigt ist . Auf diese Weise wird eine Erzeugung von Schall verringert, der von einem Nutzer als unangenehm wahrgenommen werden kann .
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt das Variieren der Kombination aus der Ansteuerzeitdauer und der zugeführten elektrischen Energie mit einer Entladezeitdauer, während der dem Piezo-Stellantrieb elektrische Energie entnommen wird, die länger ist als diej enige während des Betriebs des Inj ektors , bei dem ein Zumessen von Fluid durch das Einspritzloch beabsichtigt ist . Auch auf diese Weise wird der Schall verringert, der von einem Nutzer als unangenehm wahrgenommen wird.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird ein Beginn aufeinander folgender Ansteuerzeitdauern in Bezug auf das j eweilige Zylindersegment variiert . Auf diese Weise kann das Schallspektrum durch das Ansteuern des Steuerventils gezielt eingestellt werden , um so die subj ektive Wahrnehmung des Schalls durch den Benutzer als weniger störend zu gestalten .
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird ein Ende aufeinander folgender Ansteuerzeitdauern in Bezug auf das j eweilige Zylindersegment variiert . Auch auf diese Weise kann das durch das Ansteuern des Steuerventils erzeugte Schallspektrum gezielt eingestellt werden, um so die subj ektive Wahrnehmung des Schalls durch den Benutzer als weniger störend zu gestalten .
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der Beginn aufeinander folgender Ansteuerzeitdauern für unterschiedliche Inj ektoren, die beispielsweise alle einer Brennkraftmaschine zugeordnet sind, in Bezug auf das j eweilige Zylindersegment variiert . Auch auf diese Weise kann sehr wirkungsvoll das durch das Ansteuern der j eweiligen Steuerventile erzeugte Schallspektrum geeignet eingestellt werden .
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird das Ende aufeinander folgender Ansteuerzeitdauern für unterschiedliche Inj ektoren in Bezug auf das j eweilige Zylindersegment variiert . Auch auf diese Weise kann einfach das Schallspektrum, das durch das Ansteuern der j eweiligen Steuerventile erzeugt wird, eingestellt werden .
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im folgenden anhand der schematischen Zeichnungen erläutert . Es zeigen :
Figur 1 eine Brennkraftmaschine mit mehreren Inj ektoren,
Figur 2 einen der Inj ektoren gemäß Figur 1 ,
Figur 3 eine erste Vergrößerung eines Ausschnitts des Inj ektors gemäß Figur 2 ,
Figur 4 eine zweite Vergrößerung eines weiteren Ausschnitts des Inj ektors gemäß Figur 2 ,
Figur 5 ein Ablaufdiagramm eines Programms zum Steuern des Inj ektors ,
Figuren 6A bis 6D zeitliche Verläufe von Ansteuersignalen für die Inj ektoren, und
Figur 7 einen zeitlichen Verlauf eines der Ansteuersignale während einer Ladezeitdauer .
Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet .
Eine Brennkraftmaschine (Figur 1 ) umfasst einen Ansaugtrakt 1 , einen Motorblock 2 , einen Zylinderkopf 3, einen Abgastrakt 4 und eine Zuführeinrichtung 5 für Kraftstoff . In der Brennkraftmaschine sind mehrere Zylinder Zl bis Z4 ausgebildet an denen j eweils Inj ektoren 7 , 9, 11 , 13 zugeordnet sind. Eine Kurbelwelle 15 ist vorgesehen, der ein Kurbelwellenwinkel- Geber 17 zugeordnet ist, der den aktuellen Kurbelwellenwinkel erfasst, von dem dann auch eine Drehzahl der Kurbelwelle abgeleitet werden kann . Die Zuführeinrichtung 5 für Kraftstoff umfasst einen Kraftstofftank 19 und einen Niederdruckbereich 21 , der entweder direkt hydraulisch gekoppelt ist mit dem Kraftstofftank 19 oder über eine Niederdruckpumpe 23 mit dem Kraftstofftank 19 hydraulisch gekoppelt ist . Bevorzugt ist ferner ein Regulator 25 vorgesehen, mittels dessen ein Druck in dem Niederdruckbereich 21 eingestellt werden kann . Eine Hochdruckpumpe 29 ist eingangsseitig über ein Volumenstromsteuerventil VCV mit dem Niederdruckbereich 21 hydraulisch gekoppelt . Die Hochdruckpumpe 29 ist ausgangsseitig mit einem Fluid-Hochdruckspeicher 31 hydraulisch gekoppelt und fördert somit Fluid, insbesondere Kraftstoff in den Fluid-Hochdruckspeicher 31. Mittels des Volumenstromsteuerventils VCV kann ein Volumenstrom eingestellt werden, der von der Hochdruckpumpe 29 in den Fluid- Hochdruckspeicher 31 gefördert wird. Das Volumenstromsteuerventil VCV kann separat von der Hochdruckpumpe 29 oder auch als eine Baueinheit mit der Hochdruckpumpe 29 ausgebildet sein .
An dem Fluid-Hochdruckspeicher 31 ist ein Kraftstoffdrucksensor 33 angeordnet, der den Druck in dem Fluid- Hochdruckspeicher erfasst . Das Messsignal des Hochdrucksensors ist somit repräsentativ für einen Druckverlauf des in dem Fluid-Hochdruckspeicher 31 befindlichen Fluids . Die Inj ektoren 7 , 9, 11 , 13 sind über einen j eweiligen Hochdruckan- schluss (Figur 2 ) hydraulisch mit dem Fluid-Hochdruckspeicher 31 gekoppelt .
Ferner ist eine Steuereinrichtung 35 vorgesehen, die abhängig von Messgrößen, die durch Sensoren erfasst werden, Stellsignale zum Steuern von Stellantrieben der Brennkraftmaschine erzeugt . Die Steuereinrichtung 35 verfügt über entsprechende Eingänge, über die Messsignale der Sensoren erfasst werden können, und über einen Programm- und einen Datenspeicher und eine Recheneinheit und Endstufen zum Ansteuern der Stellantriebe der Brennkraftmaschine .
Die Inj ektoren 7-13 sind baugleich und sind im folgenden anhand der Figuren 2 bis 4 näher erläutert . Der Inj ektor 7-13 umfasst ein Inj ektorgehäuse 37 , das den Hochdruckanschluss 39 aufnimmt, der hydraulisch mit dem Fluid-Hochdruckspeicher 31 gekoppelt ist . Der Hochdruckanschluss 39 ist über eine erste Hochdruckbohrung 41 mit einem Steuerventil 43 hydraulisch gekoppelt, das in dem Inj ektorgehäuse 37 aufgenommen ist . Eine zweite Hochdruckbohrung 45 erstreckt sich von dem Hochdruckanschluss 39 durch das Inj ektorgehäuse 37 hinein in einen Düsenkörper 47.
In dem Inj ektorgehäuse 37 ist ferner ein Niederdruckraum 49 ausgebildet, der hydraulisch mit dem Niederdruckbereich 21 gekoppelt ist . Falls die Niederdruckpumpe 23 vorhanden ist, kann der Niederdruckraum 49 auch direkt hydraulisch gekoppelt sein mit einem Rücklauf zu dem Kraftstofftank 19.
In dem Inj ektorgehäuse 37 ist eine Ausnehmung 51 des Inj ektorgehäuses 37 ausgebildet, in der ein Steuerkolben 53 angeordnet und geführt ist . Ein Steuerraum 55 des Steuerventils 43 grenzt an eine Stirnfläche 69 des Steuerkolbens 53 an und ist in dem freien Raum zwischen der Stirnfläche und dem Steuerventil 43 ausgebildet .
Ein freier Raum der Ausnehmung 51 des Inj ektorgehäuses 37 in dem Bereich eines Endes des Steuerkolbens 53, das dem Steuerraum 55 abgewandt ist, ist mit dem Niederdruckraum 49 hydraulisch gekoppelt . Eine Düsennadel 57 ist mechanisch gekoppelt mit dem Steuerkolben 53 und ist in einer Ausnehmung 59 in dem Düsenkörper 47 angeordnet . In einer Schließposition der Düsennadel 57 unterbindet diese einen Fluidfluss durch ein Einspritzloch 61 , das in dem Düsenkörper 57 ausgebildet ist . Außerhalb der Schließposition gibt die Düsennadel 57 den Fluidfluss durch das Einspritzloch 61 frei . Falls mehrere Einspritzlöcher 61 vorhanden sind, unterbindet die Düsennadel 57 den Fluidfluss in ihrer Schließstellung durch alle ihr zugeordneten Einspritzlöcher 61 und gibt ihn ansonsten frei .
Die Position der Düsennadel 57 hängt ab von einer Kräftebilanz von Kräften, die auf die Düsennadel 57 einwirken . Eine erste Kraft wird hervorgerufen durch den Druck in dem Steuerraum 45, der auf die Stirnfläche 69 des Steuerkolbens einwirkt . Eine zweite Kraft wird eingekoppelt durch den Druck, der auf die Fläche eines Hochdruckabsatzes 63 und auf die Nadelkuppe 65 einwirkt . Eine dritte Kraft wird hervorgerufen durch eine Federkraft einer Düsenfeder 67. Die Position der Düsennadel hängt ab von der Bilanz der ersten bis dritten Kräfte .
Der Steuerraum 55 ist über eine Zulaufdrossel 71 mit der ersten Hochdruckbohrung 41 hydraulisch gekoppelt . Der Steuerraum 55 ist ferner über eine Ablaufdrossel 73 abhängig von der Schaltstellung des Steuerventils 43 mit dem Niederdruckraum 49 hydraulisch koppelbar .
Dem Steuerventil 43 ist ein Piezo-Stellantrieb 75 zugeordnet, dessen axiale Ausdehnung abhängt von der ihm zugeführten e- lektrischen Energie . Der Piezo-Stellantrieb 75 wirkt auf einen Ventilkörper 77 des Steuerventils 43 ein und bestimmt somit die Schaltstellung des Steuerventils 43. Ein Leerhub zwischen dem Piezo-Stellantrieb 75 und dem Ventilkörper 77 ist durch ein Spiel zwischen dem Piezo-Stellantrieb 75 und dem Ventilkörper 77 in einem Zustand gegeben, in dem dem Piezo- Stellantrieb 75 keine elektrische Energie zugeführt ist . Der Leerhub umfasst j edoch auch eine durch eine elastische Verspannung des Piezo-Stellantriebs 75 in dem Inj ektor 7-13 hervorgerufene kontinuierliche Kraftzunahme beim Zuführen von elektrischer Energie bis zum Öffnen des Steuerventils . Ein Zuführen von elektrischer Energie innerhalb des Leerhubs des Piezo-Stellantriebs 75 führt somit nicht zu einer Längung des Piezo-Stellantriebs 75, die sich auf der dem Ventilkörper 77 zugewandten Seite auswirkt, wenn der Piezo-Stellantrieb 75 an dem Ventilkörper 77 anliegt . Insbesondere bei sehr hohen Drücken in dem Steuerraum 55 kann beispielsweise der Ventilkörper 77 bereits in Anlage sein mit dem Piezo-Stellantrieb 75 auch wenn diesem keine elektrische Energie zugeführt ist .
Befindet sich das Steuerventil 43 in seiner Schließstellung so kann über die Ablaufdrossel 73 kein Fluid abfließen und der Druck steigt somit in dem Steuerraum 55 an, bis er den Druck in dem Fluid-Hochdruckspeicher 31 in etwa erreicht . Wird das Steuerventil 43, also insbesondere der Ventilkörper 77 , aus seiner Schließstellung heraus bewegt, so kann Fluid von dem Steuerraum 55 über die Ablaufdrossel 73 vorbei an dem Ventilkörper 77 hin zu dem Niederdruckraum 49 abfließen . Dies hat zur Folge, dass der Druck in den Steuerraum 55 sinkt abhängig von dem Verhältnis der Drosselwirkungen der Ablaufdrossel und der Zulaufdrossel und, falls der Ventilkörper 77 einen derart geringen freien Querschnitt freigibt, dass auch in diesem Bereich eine Drosselung des Abflusses von Fluid erfolgt, auch abhängig von der Stellung des Ventilkörpers 77.
Mit sinkendem Druck in den Steuerraum 55 nimmt auch die erste Kraft ab, die über den Steuerkolben 53 auf die Düsennadel 57 einwirkt . Selbst wenn das Steuerventil 43 sich in seiner Schließstellung befindet, erfolgt eine Leckage von dem Steuerraum 55 hin zu dem Niederdruckraum 49. Die Leckage wird hervorgerufen durch Fluid, das von dem Steuerraum 55 durch einen Spalt zwischen der Wandung der Ausnehmung 51 des Inj ektorgehäuses 37 und dem Steuerkolben 53 hin zu dem Niederdruckraum 49 strömt . Diese Leckage ist druckabhängig und steigt mit steigendem Druck in dem Steuerraum, gegebenenfalls verstärkt durch eine bei hohen Drücken auftretende leichte Aufweitung des Spalts aufgrund der hohen Kräfte .
Alternativ kann die Düsennadel 57 hydraulisch gekoppelt sein mit dem Steuerraum 55 und somit der Steuerkolben 53 entfallen . In diesem Fall ist dann die Leckage an Fluid in dem Steuerraum 55 vernachlässigbar, wenn das Steuerventil 43 in seiner Schließstellung ist .
Ein Programm zum Steuern des Inj ektors 7-13 ist in der Steuereinrichtung 35 in einem Programmspeicher gespeichert und wird während des Betriebs der Brennkraftmaschine abgearbeitet, und zwar bevorzugt für j eden der Inj ektoren 7 , 9, 11 , 13.
Das Programm zum Steuern des Inj ektors gemäß der nachfolgenden Schritte ist geeignet zum Bestimmen eines Maßes für den Leerhub des Steuerventils .
Das Programm wird in einem Schritt Sl gestartet (Figur 5) , in dem gegebenenfalls Variablen initialisiert werden . Der Start des Programms kann grundsätzlich zu einem beliebigen Zeitpunkt während des Betriebs der Brennkraftmaschine erfolgen . Bevorzugt erfolgt der Start, wenn kein Kraftstoff in den FIu- id-Hochdruckspeicher 31 gefördert wird und wenn bevorzugt auch kein Kraftstoff über die Inj ektoren 7 bis 13 in die Brennräume der Zylinder Zl bis Z4 zugemessen werden soll .
In einem Schritt S3 wird eine Ladezeitdauer T L und bevorzugt eine Entladezeitdauer T_EL ermittelt . Die Ladezeitdauer T_L, und/oder die Entladezeitdauer T EL können denj enigen entsprechen, die für den Betrieb des Inj ektors 7-13 mit Zumessung von Kraftstoff vorgesehen ist . Sie können j edoch auch von diesen Werten abweichen, insbesondere größer sein und entsprechend entweder fest vorgegeben sein oder abhängig von mindestens einer Betriebsgröße der Brennkraftmaschine vorgegeben sein, wobei Betriebsgrößen die Messgrößen der Sensoren und davon abgeleitete Größen umfassen .
In einem Schritt S5 wird einer Ansteuerzeitdauer T_CTRL des Piezo-Stellantriebs 75 eine Start-Ansteuerzeitdauer T_CTRL_ST zugeordnet . Ferner wird einer dem Piezo-Stellantrieb 75 zuzuführenden elektrischen Energie E eine Start-Energie E ST zugeordnet . Die Start-Energie E_ST und die Start- Ansteuerzeitdauer T_CTRL_ST für den Piezo-Stellantrieb 75 sind bevorzugt so vorgegeben, dass ein entsprechend ausgeführter Ansteuerpuls sicher nicht zur Folge hat, dass Kraftstoff durch das Einspritzloch 61 in einen der Brennräume der Zylinder Zl bis Z4 zugemessen wird. Die Ansteuerzeitdauer T_CTRL_ST ist bevorzugt repräsentativ für einen Zeitraum, von dem zu Beginn mit dem Zuführen von elektrischer Energie zu dem Piezo-Stellantrieb 75 begonnen wird und zu dessen Ende ein Entladevorgang des Piezo-Stellantriebs erfolgt . Bevorzugt wird der Entladevorgang am Ende des Zeitraums gestartet .
In einem bevorzugt aber nicht notwendigerweise vorhandenen Schritt S7 wird anschließend geprüft, ob das Volumen- Stromsteuerventil VCV in seinem Schließzustand CL ist, in dem kein oder lediglich ein geringer Leckagestrom an Fluid durch das Volumenstromsteuerventil VCV hin zu der Hochdruckpumpe 29 strömt und somit von der Hochdruckpumpe 29 ebenfalls kein Fluid oder lediglich der Leckagestrom des Volumenstromsteuerventils VCV in den Fluid-Hochdruckspeicher 31 gefördert wird.
Ist die Bedingung des Schrittes S7 nicht erfüllt, so wird das Programm in einem Schritt S15 beendet .
Ansonsten wird die Bearbeitung in einem Schritt S9 fortgesetzt, in dem der Piezo-Stellantrieb 75 für die Ansteuerzeitdauer T CTRL unter Zuführen der elektrischen Energie E angesteuert wird mit der in dem Schritt S5 ermittelten Ladezeitdauer T L und der Entladezeitdauer T EL . Das Zuführen der e- lektrischen Energie E zu dem Piezo-Stellantrieb 75 erfolgt bevorzugt durch direktes Vorgeben der zuzuführenden elektrischen Energie E, es kann j edoch beispielsweise auch erfolgen durch ein entsprechendes Vorgeben eines Stromverlaufs oder auch eines Spannungsverlaufs , wobei in diesen Fällen bevorzugt temperaturabhängige Kapazitätsveränderungen des Piezo- Stellantriebs zumindest berücksichtigt werden sollten .
Die zeitliche Lage der j eweiligen Ansteuerzeitdauer T CTRL bezogen auf den Kurbelwellenwinkel ist dann frei wählbar, wenn eine entsprechende Funktion zum Umsetzen einer Ansteuerung einer Endstufe der Steuereinrichtung 35 dies zu einem beliebigen Zeitpunkt zulässt und ebenfalls die Endstufe so ausgelegt ist . Häufig ist j edoch die Steuereinrichtungen 35 dazu ausgebildet, den Piezo-Stellantrieb 75 j eweils nur innerhalb des dem j eweiligen Zylinder Zl bis Z4 zugeordneten Zylindersegments ZS1-ZS4 anzusteuern . Unter dem Zylindersegment ZSl bis ZS4 ist derj enige Kurbelwellenwinkel und somit ein entsprechender Zeitbereich zu verstehen, der sich aus dem Kurbelwellenwinkel für einen Arbeitszyklus der Brennkraftmaschine dividiert durch die Anzahl der Zylinder ergibt . Bei einer Brennkraftmaschine mit einem Arbeitszyklus von 720 ° Kurbelwelle und beispielsweise vier Zylindern beträgt somit ein Zylindersegment 180 ° Kurbelwellenwinkel . Die dem j eweiligen Zylindersegment zugeordnete Zeitdauer ist dann abhängig von der aktuellen Drehzahl der Kurbelwelle 15. Die den j eweiligen Zylindern zugeordneten Zylindersegmente haben eine vorgegebene Lage in Bezug auf eine Referenz-Winkelposition der Kurbelwelle, die beispielsweis ein oberer Totpunkt des Kolbens bei Zündung sein kann .
In einem Schritt Sil wird anschließend geprüft, ob der Druckverlauf P_V, der durch den Hochdrucksensor 33 erfasst wird, einen charakteristischen Druckverlauf P V M hat für eine Bewegung des Steuerventils 43 heraus aus seiner Schließstellung, ohne dass ein Zumessen von Fluid durch das Einspritzloch 61 erfolgt . Der charakteristische Druckverlauf P_V_M ist bevorzugt durch entsprechende Versuche oder Simulationen vorab ermittelt und ist in dem Datenspeicher der Steuereinrichtung 35 gespeichert . Bevorzugt ist er so ermittelt, dass der Ventilkörper 77 und somit das Steuerventil 43 sich lediglich geringst möglich aus seiner Schließstellung heraus bewegt und somit ein minimaler Fluss an Kraftstoff von dem Steuerraum 55 durch die Ablaufdrossel 73 vorbei an dem Steuerventil 43 hin zu dem Niederdruckraum 49 strömt, wenn der Druckverlauf P V dem charakteristischen Druckverlauf P V M entspricht .
Bevorzugt ist die Bedingung des Schrittes Sil auch dann erfüllt, wenn der Druckverlauf P V in einem vorgebbaren, vorzugsweise engem, Wertebereichsfenster um den charakteristischen Druckverlauf P V M liegt . Der charakteristische Druckverlauf P_V_M kann beispielsweise repräsentiert sein durch eine vorgebbare Änderung des Drucks oder eine vorgebbare Änderungsgeschwindigkeit des Drucks , die auch als Gradient bezeichnet wird, oder auch eine weitere entsprechend repräsentative Größe .
Ist die Bedingung des Schrittes Sil nicht erfüllt, so wird in einem Schritt S17 zu der Ansteuerzeitdauer T CTRL eine Inkre- mentierungsZeitdauer DT hinzuaddiert . Darüber hinaus oder auch alternativ dazu wird in dem Schritt S17 der zuzuführenden elektrischen Energie E eine Inkrementierungsenergie DE hinzuaddiert . Die Inkrementierungszeitdauer DT und die Inkrementierungsenergie DE sind mit so kleinen Werten belegt, dass mit hoher Wahrscheinlichkeit sichergestellt werden kann, dass bei einem entsprechenden Ansteuern des Inj ektors 7 - 13 in einem nachfolgenden Durchlauf des Schrittes S8 weiterhin kein Zumessen von Kraftstoff durch das Einspritzloch 61 erfolgt .
Je nach Ausgestaltung des Programms kann auch nur entweder die Ansteuerzeitdauer T CTRL oder die zuzuführende elektrische Energie E in dem Schritt S17 variiert werden . Dies kann auch bei aufeinander folgenden Durchläufen des Schrittes S17 unterschiedlich erfolgen . Im Anschluss an den Schritt S17 wird dann die Bearbeitung in dem Schritt S7 fortgesetzt .
Ist die Bedingung des Schrittes Sil hingegen erfüllt, so wird in einem Schritt S13 einer Ziel-Ansteuerzeitdauer T_CTRL_Z die Ansteuerzeitdauer T CTRL zugeordnet . Ferner wird in dem Schritt S13 einer Ziel-Energie E Z die zuzuführende elektrische Energie E zugeordnet . Das Verfahren wird anschließend in dem Schritt S15 beendet .
Die in dem Schritt S13 ermittelte Ziel-Energie E Z und die Ziel-Ansteuerzeitdauer T_CTRL_Z können j eweils für sich al- lein oder in Kombination ein Maß für den Leerhub des Steuerventils 43 sein .
Abhängig von beispielsweise auch in der Steuereinrichtung 35 gespeicherten Referenzwerten für die Ziel-Energie E Z beziehungsweise die Ziel-Ansteuerzeitdauer T_CTRL_Z kann dann für den folgenden Betrieb des Inj ektors 7 bis 13 mit Zumessung von Kraftstoff durch das Einspritzloch 61 dafür vorgesehene Ansteuerzeiten oder auch zuzuführende elektrische Energien entsprechend angepasst werden und somit ein sehr präzises Zumessen der gewünschten Kraftstoffmenge erreicht werden . Darüber hinaus können die Ziel-Ansteuerzeitdauer T_CTRL_Z und/oder die Ziel-Energie E Z auch eingesetzt werden für eine Diagnose des Inj ektors 7 - 13. So kann beispielsweise bei Ü- berschreiten eines oder beider Werte der Ziel- Ansteuerzeitdauer T_CTRL_Z oder der Ziel-Energie E_Z auf einen Fehler in dem Inj ektor geschlossen werden und entsprechende Maßnahmen eingeleitet werden, die beispielsweise in einem nicht mehr weiter erfolgenden Ansteuern des Inj ektors bestehen können oder einer Warnmeldung an einen Benutzer eines Fahrzeugs , in dem die Brennkraftmaschine angeordnet ist .
Bevorzugt wird das Programm zum Steuern des Inj ektors gemäß der Figur 5 für j eden der Inj ektoren 7 - 13 durchgeführt und somit können dann auch für j eden der Inj ektoren 7 - 13 unterschiedliche Ansteuerzeitdauern T_CTRL_Z und Ziel-Energien E_Z ermittelt werden . Dadurch können somit inj ektorspezifische Unterschiede ausgeglichen werden und somit eine über die Zylinder Zl bis Z4 der Brennkraftmaschine gleichmäßige Zumessung von Kraftstoff gewährleistet werden .
Bevorzugt wird das Programm gemäß der Figur 5 in einem Betriebszustand des Schubbetriebs des Fahrzeugs , während dessen kein Kraftstoff in die Zylinder der Brennkraftmaschine zugemessen wird, abgearbeitet oder auch abgearbeitet unmittelbar im Anschluss an das Abstellen der Brennkraftmaschine .
In diesen Betriebszuständen erwartet ein Nutzer der Brennkraftmaschine, dass er keine Geräusche hervorgerufen durch ein Betätigen der Inj ektoren 7 bis 13 wahrnimmt . Aus diesem Grund ist es für ein hohes Komfortgefühl des Nutzers des Fahrzeugs wichtig, die Schallemissionen, die durch das Durchführen des Programms gemäß der Figur 5 hervorgerufen werden, so zu minimieren, dass sie zumindest subj ektiv durch den Nutzer des Fahrzeugs nicht oder zumindest nicht als störend wahrgenommen werden . Zu diesem Zweck können neben einer geeigneten Auswahl der Ladezeitdauer T_L oder der Entladezeitdauer T_EL, wie dies anhand des Schrittes S3 dargestellt wurde auch noch weitere Maßnahmen vorteilhaft durchgeführt werden, die im folgenden anhand der Figuren 6A bis 6D und 7 erläutert werden .
In den Figuren 6A bis 6D sind j eweils den j eweiligen Einspritzventilen 7 - 13 der j eweiligen Zylinder Zl bis Z4 zugeordnete Ansteuerpulse aufgetragen, die j eweils bei der Durchführung des Schrittes S9 in dem j eweiligen Inj ektor 7 bis 13 erzeugt werden . Ansteuerpulse für den Piezo-Stellantrieb 75 des Inj ektors 7 , der dem Zylinder Zl zugeordnet ist werden j eweils in dem dem Zylinder Zl zugeordneten Zylindersegment ZSl durchgeführt . Entsprechendes gilt für die Ansteuerpulse der restlichen Inj ektoren 9 - 13. Die Höhe der Ansteuerpulse kann repräsentativ sein für die während des Ansteuerpulses zugeführte Energie E . Die j eweiligen Ansteuerpulse werden in Bezug auf das j eweilige Zylindersegment bezüglich ihres Beginns und/oder Endes variiert, was anhand ihrer unterschiedlichen Lage bezüglich des j eweiligen Zylindersegments ZSl - ZS4 erkennbar ist . Darüber hinaus werden auch das Ende und/oder der Beginn der j eweiligen Ansteuerzeitdauer T CTRL verschiedenen Inj ektoren 7 - 13 zugeordneter Ansteuerpulse relativ zueinander variiert . Dies ist ebenfalls anhand der unterschiedlichen Lage der Ansteuerpulse bezogen auf den j eweiligen Beginn des j eweiligen Zylindersegments ZSl bis ZS4 in den Signalverläufen der Figuren 6A bis 6D der Fall . Durch ein entsprechendes Abstimmen dieses in Bezug auf das j eweilige Zylindersegment Variierens kann gezielt ein gewünschtes Schallspektrum erzeugt werden, das beispielsweise durch den Nutzer entweder gar nicht wahrgenommen wird oder lediglich als Rauschen wahrgenommen wird oder sich in sonstige Betriebsgeräusche der Brennkraftmaschine einfügt .
Die Darstellung der Ansteuerpulse in den Figuren 6A bis 6D muss nicht notwendigerweise der tatsächlichen Signalform der entsprechenden physikalischen Größen entsprechen . Insbesondere wird zum Ende der Ansteuerzeitdauer die dem Piezo- Stellantrieb 75 zugeführte elektrische Energie wieder entnommen .
Anhand der Figur 7 ist ein möglicher Verlauf eines Ansteuerpulses detaillierter dargestellt . Während der Ansteuerzeitdauer T_CTRL wird für die vorgegebene Ladezeitdauer T_L e- lektrische Energie dem Piezo-Stellantrieb 75 zugeführt . Dies erfolgt bevorzugt durch entsprechende Energiepulse, die bevorzugt in ihrer Höhe und somit der zugeführten Leistung PEL variiert werden, wenn die zuzuführende Energie E verändert wird. Direkt im Anschluss an den Abschluss der Ansteuerzeitdauer T CTRL wird dann der Piezo-Stellantrieb 75 durch entsprechende Entladepulse entgegengesetzter Polarität wieder entladen und zwar über die Entladezeitdauer T EL . Der Begriff des Kraftstoffs ist in den Ausführungsbeispielen lediglich beispielhaft verwendet für ein spezielles Fluid. Er kann j edoch auch ersetzt sein durch Fluid.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Steuern eines Inj ektors (7 , 9, 11 , 13) mit
- einer Düsennadel (57 ) , deren Position abhängig von einem Druck in einem Steuerraum (55) einstellbar ist und die in einer Schließposition einen Fluidfluss durch mindestens ein Einspritzloch ( 61 ) unterbindet und diesen ansonsten freigibt,
- dem Steuerraum (55) , der hydraulisch gekoppelt ist mit einem Fluid-Hochdruckspeicher (31 ) ,
- einem Piezo-Stellantrieb (75) und
- einem Steuerventil (43) , das in seiner Schließstellung den Steuerraum (55) hydraulisch entkoppelt von einem Niederdruckraum (49) , das außerhalb der Schließstellung den Steuerraum (55) hydraulisch koppelt mit dem Niederdruckraum (49) und auf das der Piezo-Stellantrieb (75) einwirkt, wobei
- eine Kombination aus einer Ansteuerzeitdauer (T_CTRL) des Piezo-Stellantriebs (75) und einer dem Piezo-Stellantrieb (75) zuzuführenden elektrischen Energie (E) ausgehend von einer vorgegebenen Startkombination bis zu einer Zielkombination variiert wird, bei der ein Druckverlauf (P_V) erfasst wird, der charakteristisch ist für eine Bewegung des Steuerventils (43) heraus aus seiner Schließstellung, ohne dass ein Zumessen von Fluid durch das Einspritzloch ( 61 ) erfolgt .
2. Verfahren nach Anspruch 1 , bei dem das Variieren der Kombination aus der Ansteuerzeitdauer (T CTRL) und der zuzuführenden elektrischen Energie (E) in einem Betriebzustand erfolgt, in dem ein Stellglied zum Einstellen der Fluidzufuhr in den Fluid-Hochdruckspeicher (31 ) in seinem Schließzustand ist .
3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das Variieren der Kombination aus der Ansteuerzeitdauer (T CTRL) und der zugeführten elektrischen Energie (E) erfolgt mit einer Ladezeitdauer (T L) , während der dem Piezo- Stellantrieb (75) elektrische Energie (E) zugeführt wird, die länger ist als diej enige während eines Betriebs des Inj ektors (7-13) , in dem ein Zumessen von Fluid beabsichtigt ist .
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das Variieren der Kombination aus der Ansteuerzeitdauer (T_CTRL) und der zugeführten elektrischen Energie (E) erfolgt mit einer Entladezeitdauer (T EL) , während der dem Piezo-Stellantrieb (75) elektrische Energie (E) entnommen wird, die länger ist als diej enige während eines Betriebs des Inj ektors (7-13) , in dem ein Zumessen von Fluid beabsichtigt ist .
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem ein Beginn aufeinander folgender Ansteuerzeitdauern (T CTRL) in Bezug auf das j eweilige Zylindersegment variiert wird.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem ein Ende aufeinander folgender Ansteuerzeitdauern (T_CTRL) in Bezug auf das j eweilige Zylindersegment variiert wird.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der Beginn aufeinander folgender Ansteuerzeitdauern (T_CTRL) für unterschiedliche Inj ektoren (7 , 9, 11 , 13) in Bezug auf das j eweilige Zylindersegment variiert wird.
8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das Ende aufeinander folgender Ansteuerzeitdauern (T_CTRL) für unterschiedliche Inj ektoren (7 , 9, 11 , 13) in Bezug auf das j eweilige Zylindersegment variiert wird.
9. Vorrichtung zum Steuern eines Inj ektors (7-13) mit
- einer Düsennadel (57 ) , deren Position abhängig von einem Druck in einem Steuerraum (55) einstellbar ist und die in einer Schließposition einen Fluidfluss durch mindestens ein Einspritzloch ( 61 ) unterbindet und diesen ansonsten freigibt,
- dem Steuerraum (55) , der hydraulisch gekoppelt ist mit einem Fluid-Hochdruckspeicher (31 ) ,
- einem Piezo-Stellantrieb (75) und
- einem Steuerventil (43) , das in seiner Schließstellung den Steuerraum (55) hydraulisch entkoppelt von einem Niederdruckraum (49) , das außerhalb der Schließstellung den Steuerraum (55) hydraulisch koppelt mit dem Niederdruckraum (49) und auf das der Piezo-Stellantrieb (75) einwirkt, wobei die Vorrichtung ausgebildet ist zum
- Variieren einer Kombination aus einer Ansteuerzeitdauer (T_CTRL) des Piezo-Stellantriebs (75) und einer dem Piezo- Stellantrieb (75) zuzuführenden elektrischen Energie (E) ausgehend von einer vorgegebenen Startkombination bis zu einer Zielkombination, bei der ein Druckverlauf (P V) erfasst wird, der charakteristisch ist für eine Bewegung des Steuerventils (43) heraus aus seiner Schließstellung, ohne dass ein Zumessen von Fluid durch das Einspritzloch ( 61 ) erfolgt .
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