WO2003083278A1 - Verfahren und vorrichtung zur ansteuerung des piezo-aktuators eines piezo-steuerventils einer pumpe-düse-einheit - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur ansteuerung des piezo-aktuators eines piezo-steuerventils einer pumpe-düse-einheit Download PDF

Info

Publication number
WO2003083278A1
WO2003083278A1 PCT/DE2003/000956 DE0300956W WO03083278A1 WO 2003083278 A1 WO2003083278 A1 WO 2003083278A1 DE 0300956 W DE0300956 W DE 0300956W WO 03083278 A1 WO03083278 A1 WO 03083278A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
piezo
pressure
control valve
current
current pulse
Prior art date
Application number
PCT/DE2003/000956
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ralf Marohn
Richard Pirkl
Walter Schrod
Peter Voigt
Original Assignee
Volkswagen Mechatronic Gmbh & Co. Kg
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Volkswagen Mechatronic Gmbh & Co. Kg filed Critical Volkswagen Mechatronic Gmbh & Co. Kg
Priority to DE50301997T priority Critical patent/DE50301997D1/de
Priority to EP03727149A priority patent/EP1488089B1/de
Publication of WO2003083278A1 publication Critical patent/WO2003083278A1/de

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/20—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils
    • F02D41/2096—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils for controlling piezoelectric injectors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M57/00—Fuel-injectors combined or associated with other devices
    • F02M57/02—Injectors structurally combined with fuel-injection pumps
    • F02M57/022—Injectors structurally combined with fuel-injection pumps characterised by the pump drive
    • F02M57/023—Injectors structurally combined with fuel-injection pumps characterised by the pump drive mechanical
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M59/00—Pumps specially adapted for fuel-injection and not provided for in groups F02M39/00 -F02M57/00, e.g. rotary cylinder-block type of pumps
    • F02M59/20—Varying fuel delivery in quantity or timing
    • F02M59/36—Varying fuel delivery in quantity or timing by variably-timed valves controlling fuel passages to pumping elements or overflow passages
    • F02M59/366—Valves being actuated electrically
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/04—Fuel-injection apparatus having means for avoiding effect of cavitation, e.g. erosion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/30—Fuel-injection apparatus having mechanical parts, the movement of which is damped

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for controlling the piezo actuator during the closing process of a piezo control valve of a pump-nozzle unit.
  • Pump-nozzle units are used to supply fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine.
  • This can be, for example, a pump-nozzle unit with a control and / or controllable fuel pump, a fuel injection nozzle which has a nozzle needle which can be moved back and forth between a closed position and an open position, a first pressure chamber which is separated from the fuel pump a first pressure fuel can be filled, a second pressure chamber, wherein in the second pressure chamber fuel under a second pressure exerts a closing force on the nozzle needle, and a third pressure chamber that communicates with the first pressure chamber, in the third pressure chamber below a third pressure fuel exerts an opening force on the nozzle needle.
  • Pump-nozzle units are used in particular in connection with pressure-controlled injection systems.
  • An essential feature of a pressure-controlled injection system is that the fuel injection nozzle opens as soon as an opening force that is at least influenced by the currently prevailing pressures is exerted on the nozzle needle.
  • Such pressure-controlled injection systems are used for fuel metering, fuel conditioning, shaping the injection process and sealing the fuel supply against the combustion chamber of the internal combustion engine.
  • the time course of the volume flow can be controlled in an advantageous manner during the injection. This can have a positive impact on performance, the fuel consumption and pollutant emissions of the engine are taken.
  • the fuel pump and the fuel injection nozzle are generally designed as an integrated component. At least one pump-nozzle unit is provided for each combustion chamber of the internal combustion engine and is usually installed in the cylinder head.
  • the fuel pump typically includes a fuel pump piston that can be moved back and forth in a fuel pump cylinder and is driven either directly by a tappet or indirectly by rocker arm of a camshaft of the internal combustion engine.
  • the section of the fuel pump cylinder which usually forms the first pressure chamber can be connected to a low-pressure fuel region via a control valve, fuel being sucked into the first pressure chamber from the low-pressure fuel region when the control valve is open, and into the fuel chamber from the first pressure chamber when the control valve is still open. Low pressure area is pushed back.
  • Pump-nozzle unit is known for example from EP 0 277 939 B1.
  • pump-nozzle units In order to avoid the problems caused by the use of solenoid valves, it is also already known to equip pump-nozzle units with a control valve which is operated piezoelectrically. Such a pump-nozzle unit is known for example from DE 198 35 494 AI.
  • the piezo actuator It is known to control the piezo actuator with a single-pulse current package when the piezo control valve closes.
  • the single-pulse current packet can be formed by a sine half-wave or a plurality of pulsed current packets immediately following one another.
  • This known control of the piezo actuator can lead to a so-called bouncer when the piezo control valve closes as soon as the valve needle reaches the valve seat.
  • Such a bouncer can lead to one or more of the following functional problems:
  • the liquid column is torn off and a pronounced cavitation occurs, whereby the piezo control valve may also open unintentionally when the cavitation is recompressed.
  • the object of the invention is to develop the generic methods and devices in such a way that unwanted bouncers are avoided or at least reduced when a piezo control valve is closed. This object is solved by the features of the independent claims.
  • the method according to the invention builds on the generic prior art in that the control comprises at least a first current pulse and a second current pulse following this at a time interval.
  • the valve needle of the piezo control valve is set in motion with the first current pulse.
  • the second current pulse following the first current pulse with a time interval, which preferably lasts until the valve needle strikes the valve seat, serves to ensure a rapid build-up of sealing force. Bouncing of the valve needle after reaching the valve seat is avoided or at least reduced by the control according to the invention, which results in lower pressure vibrations in the element space and less cavitation in the control and actuator space.
  • activation is to be understood in particular as the charging of the piezo actuator.
  • charging is divided into at least two charge packets, different charge contents being possible.
  • a partial current level is maintained between the first current pulse and the second current pulse.
  • the level of the partial flow level can vary for different operating states.
  • it can be used to adapt the control to different types of piezo control valve. Particularly good results are achieved with the method according to the invention if it is provided that the control is carried out by circuit devices which comprise at least one analog amplifier. By means of analog circuit devices, in particular by means of analog amplifiers, continuous piezo currents can be achieved.
  • control is current-controlled and / or controlled, in particular transformer-based.
  • CC control Current Control
  • CC Current Control
  • the use of a CC power amplifier is particularly advantageous in terms of costs.
  • the device according to the invention builds on the generic state of the art in that it generates at least one first current pulse and one second current pulse following this at a time interval for control purposes.
  • the advantages explained in connection with the method according to the invention result in the same or similar manner, which is why reference is made to the corresponding statements in order to avoid repetitions.
  • the device it can be provided that it is between the first Current pulse and the second current pulse maintains a partial current level.
  • the device according to the invention has at least one analog amplifier.
  • the device according to the invention can also be used to carry out the control in a current-controlled and / or controlled manner, in particular with the aid of a transformer.
  • the invention is based on the finding that the movement of the coupled valve mechanism can be modeled via the electrical control of the piezo actuator.
  • the valve needle course can be acted on electrically, in particular for deflection and for building seat force.
  • FIG. 1 shows a schematic embodiment of a pump-nozzle unit with or with which the method according to the invention or the device according to the invention can be used;
  • FIG. 2a shows a schematic partial sectional view of a piezo control valve which closes in the flow direction from the high-pressure area to the low-pressure area and can be used with the pump-nozzle unit according to FIG. 1
  • FIG. 2b shows a schematic partial sectional view of a piezo control valve which closes in the opposite direction to the flow from the high pressure area to the low pressure area and can likewise be used with the pump-nozzle unit according to FIG. 1;
  • FIG. 3 shows an example of the course of the piezo control current for closing the piezo control valve according to the prior art, with analog control;
  • FIG. 4 shows a second example of the course of the piezo control current for closing the piezo control valve according to the prior art, with CC control;
  • FIG. 5 shows an example of the course of the piezo drive current for closing the piezo control valve according to the present invention, with analog control;
  • FIG. 6 shows a second example of the course of the piezo control current for closing the piezo control valve according to the present invention, with CC control;
  • FIG. 7 shows a graph which shows the course of the piezo
  • Control current, the piezo voltage, the valve needle lift, the high-pressure chamber pressure and the pressure in the outlet area of the pump-nozzle unit for a control according to the prior art and two control variants according to the invention;
  • FIG. 9 shows a graph which illustrates the course of the piezo voltage, the valve needle lift and the control chamber pressure when the piezo control valve or the valve needle is opened unintentionally, with such an unintentional opening of the piezo valve.
  • Control valve can be avoided or at least reduced by the invention.
  • FIG. 1 shows schematically a pump-nozzle unit.
  • the pump-nozzle unit shown for supplying fuel 10 into a combustion chamber 12 of an internal combustion engine has a fuel pump 14-22.
  • a fuel pump piston 14 can be moved back and forth in a fuel pump cylinder 16.
  • the fuel pump piston 14 is driven directly or indirectly via a camshaft, not shown, of the internal combustion engine.
  • the compression chamber of the fuel pump cylinder 16 forms a first pressure chamber 28.
  • the first pressure chamber 28 is connected to a piezo control valve 22 via a fuel line 20.
  • the piezo control valve 22 serves to either close the fuel line 20 or to connect it to a low-pressure fuel region 18 from which fuel 10 can be drawn.
  • the illustrated Pump-nozzle unit further comprises a fuel injection nozzle, designated overall by 24, which has a nozzle needle 46 that can be moved back and forth between a closed position and an open position.
  • a pressure pin 26 can in particular exert a downward force on the nozzle needle 46.
  • an adjusting disk 40 is provided, which is guided in a second pressure chamber 30 , fuel 10 in the second pressure chamber 30 having a second pressure p 30 being pressed downward via the pressure pin 26, based on the illustration in FIG directed closing force exerts on the nozzle needle 46.
  • the shim 40 is preferably only so strongly sealed to the second pressure chamber 30, that the second pressure p 3 is already dismantled o before beginning a new injection cycle.
  • a further closing force, also directed downward, is exerted by a first spring 36 on the pressure pin 26 and thus the nozzle needle 46, the first spring 36 being arranged in the second pressure chamber 30 and having its rear end supported on the adjusting disk 40.
  • a section of the nozzle needle 46 having a shoulder 44 is surrounded by a third pressure chamber 32, which communicates with the first pressure chamber 28 via a connecting line 42.
  • a third pressure p 32 is built up in the third pressure chamber 32 as a function of the throttling action of the connecting line 42 and, if appropriate, further throttling devices (not shown), depending on the first pressure p 28 prevailing in the first pressure chamber 28.
  • the nozzle needle 46 assumes its open position as long as there is a difference between the opening force caused by the third pressure p 32 and the sum of the closing force generated by the second pressure p 30 and that generated by the first spring 36
  • the Nozzle opening pressure can be influenced.
  • a pressure limiting and holding valve 34 can be provided between the first pressure chamber 28 and the second pressure chamber 30.
  • FIG. 2a shows a schematic partial sectional view of a piezo control valve 22, which closes in the flow direction from the high-pressure area to the low-pressure area and can be used with the pump-nozzle unit according to FIG. 1.
  • the piezo control valve 22 shown has a valve needle 48, which can be moved into the first end position shown for closing the piezo control valve 22 and into a second end position for completely opening the piezo control valve 22, which shifted to the right in relation to the illustration is.
  • a valve plate 64 provided on the valve needle 48 interacts with a valve seat 62 on the housing side.
  • the piezo control valve 22 has a piezo actuator or a piezo element 76. With suitable activation of the piezo element 76, this exerts a force on a pressure piece 54 via an end face 78. The pressure piece 54 in turn transmits the force generated by the piezo element 76 to a first lever 56 and a second lever 58, the first lever 56 and the second lever 58 being provided to effect a force transmission.
  • the first lever 56 and the second lever 58 abut a second axial end surface 72 of the valve needle 48 in order to transmit the translated force generated by the piezo element 76 to the valve needle 48.
  • the translated force generated by the suitably controlled piezo element 76, the acts on the valve needle 48 is greater than an opposite force generated by a second spring 66 and exerted on a first axial end face 70 of the valve needle 48 via a spring pressure piece 68.
  • the low-pressure fuel region 18 is connected to a control chamber 50, which is also connected via a compensating bore 52 to an actuator chamber 74 located in front of the piezo element 76. This actuator chamber 74 is connected to a return 60 via which fuel can flow back from the actuator chamber 74.
  • FIG. 2b shows a schematic partial sectional view of a piezo control valve 22 which closes in the opposite direction to the flow from the high pressure area to the low pressure area and which can also be used with the pump-nozzle unit according to FIG. 1. Due to the fact that the piezo control valve 22 shown in FIG. 2b closes in the opposite direction to the flow direction from the high pressure area to the low pressure area, this piezo control valve 22 ensures greater security against possible jamming.
  • the piezo control valve 22 shown in FIG. 2b also has a valve needle 48 which can be moved into the first end position shown for closing the piezo control valve 22 and into a second end position for fully opening the piezo control valve 22, which is related to the Representation of Figure 2b is shifted to the right.
  • valve needle 48 When the valve needle 48 is in its illustrated first end position, a valve plate 64 provided on the valve needle 48 interacts again with a valve seat 62 on the housing side. As a result, the low-pressure fuel region 18 or the control chamber 50 is closed off from a high-pressure chamber 38 which is connected to the fuel line 20 shown in FIG. 1.
  • the piezo control valve 22 again has a piezo actuator or a piezo element 76 which exerts a force on a second axial end face 72 of the valve needle 48 via an end face 78 and a pressure piece 54.
  • the piezo element 76 appropriately controlled The generated, translated force that acts on the valve needle 48 is greater than an opposite force that is also generated in this embodiment by a second spring 66 and is exerted on a first axial end surface 70 of the valve needle 48. Since the piezo control valve 22 shown in FIG. 2b, in contrast to the piezo control valve 22 shown in FIG. 2a, opens in the flow direction from the high pressure area 38 to the low pressure area 18 or to the control chamber 50, a high pressure present in the high pressure chamber 38 exerts an opening force on the valve needle 48, so that undesired jamming of this valve needle 48 can be avoided particularly safely.
  • Figure 3 shows an example of the course of the piezo drive current i (t) for closing the piezo control valve 22 according to the prior art, with analog control
  • Figure 4 shows a second example of the course of the piezo drive current i (t ) for closing the piezo control valve 22 according to the prior art, with CC control.
  • FIG. 5 shows a first embodiment of the actuation of the piezo actuator 76 according to the invention for closing the piezo control valve 22.
  • the current profile i (t) shown in FIG. 5 has a first current pulse Ii and a subsequent second current pulse I 2 spaced from it in time.
  • a partial current level I ⁇ is maintained between the first current pulse Ii and the second current pulse I 2 .
  • the continuous curve shape shown in FIG. 5 can be implemented in particular by an analog control.
  • the first current pulse I x , the second current pulse I 2 and the partial current level I ⁇ cause the charging process of the piezo Actuator thus divided into charge packets that have different charge contents.
  • FIG. 6 shows a second embodiment of the actuation of the piezo actuator 76 according to the invention for closing the piezo control valve 22.
  • the current profile i (t) shown in FIG. 6 also has a first current pulse Ii and a second current pulse I 2 that follows this at a distance in time on. In the embodiment shown in FIG. 6, no partial current level is maintained between the first current pulse Ii and the second current pulse I 2 .
  • the first current pulse Ii and the second current pulse I 2 are each composed of a plurality of immediately following short current pulses, as is the case in particular with CC control.
  • FIG. 7 shows a graph which shows the course of the piezo drive current i (t), the piezo voltage u (t), the valve needle stroke h (t), the high-pressure chamber pressure t 38 (t) and the pressure in the outlet region of the pump - Nozzle unit for a control according to the prior art and two control variants according to the invention illustrated, wherein FIG. 8 shows a temporal section of the curves of FIG. 7.
  • the curves which result in a control corresponding to the prior art are each designated a, the piezo drive current i (t) being shown inverted in this case.
  • curve b of the piezo drive current si (t) has a somewhat higher partial current level I ⁇ than curve c.
  • the system is strongly accelerated at the beginning by the first current pulse I ⁇ . No further energy is required in the middle range, at which the partial flow level I ⁇ is maintained. In order to generate a high closing force, the energy is increased again towards the end by the second current pulse I 2 (see area A of FIG. 7).
  • Activation in accordance with the curve profiles b or c results in lower pressure pulses (see area B in FIG. 7).
  • the cavitation time is reduced or a strong re-compression and a related reopening of the piezo control valve is even avoided (see area C of FIG. 7).
  • FIG. 9 shows a graph which illustrates the course of the piezo voltage u (t), the valve needle stroke h (t) and the control chamber pressure Pso (t) when the piezo control valve 22 or the valve needle 48 is opened unintentionally.
  • the piezo actuator 76 is provided with at least one first current pulse Ii and a second current pulse I 2 following this at intervals driven. A bouncer when the valve needle 48 hits the valve seat 62 can thereby be avoided or at least reduced. If necessary, a partial current level I ⁇ is maintained between the first current pulse Ii and the second current pulse I 2 .

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)

Abstract

Zum Schließen des Piezo-Steuerventils (22) einer Pumpe-Düse-Einheit wird der Piezo-Aktuator (76) anstelle eines Ein-Puls-Strompaketes mit zumindest einem ersten Stromimpuls (I1) und einem diesem mit zeitlichem Abstand nachfolgenden zweiten Stromimpuls (I2) angesteuert. Dadurch kann ein Preller beim Auftreffen der Ventilnadel (48) auf den Ventilsitz (62) vermieden oder zumindest verringert werden. Gegebenenfalls wird zwischen dem ersten Stromimpuls (I1) und dem zweiten Stromimpuls (I2) ein Teilstromniveau (IT) aufrechterhalten.

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zur Ansteuerung des Piezo-Aktuators eines Piezo-Steuerventils einer Pumpe-Düse-Einheit
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ansteuerung des Piezo-Aktuators beim Schließvorgangs eines Piezo-Steuerventils einer Pumpe-Düse-Einheit.
Pumpe-Düse-Einheiten dienen zum Zuführen von Kraftstoff in einen Verbrennungsraum einer Brennkraftmaschine. Dabei kann es sich beispielsweise um eine Pumpe-Düse-Einheit mit einer Steuer- und/oder regelbaren Kraftstoffpumpe, einer Kraftstoffeinspritzdüse, die eine zwischen einer Schließstellung und einer Öffnungsstellung hin und her bewegliche Düsennadel aufweist, einem ersten Druckraum, der von der Kraftstoffpumpe mit unter einem ersten Druck stehenden Kraftstoff befüllbar ist, einem zweiten Druckraum, wobei in dem zweiten Druckraum unter einem zweiten Druck stehender Kraftstoff eine Schließ- kraft auf die Düsennadel ausübt, und einen dritten Druckraum, der mit dem ersten Druckraum kommuniziert, wobei in dem dritten Druckraum unter einem dritten Druck stehender Kraftstoff eine Öffnungskraft auf die Düsennadel ausübt, handeln.
Pumpe-Düse-Einheiten werden insbesondere im Zusammenhang mit druckgesteuerten Einspritzsystemen verwendet. Ein wesentliches Merkmal eines druckgesteuerten Einspritzsystems besteht darin, dass die Kraftstoffeinspritzdüse öffnet, sobald eine zumindest vom aktuell herrschenden Drücken beeinflusste Öff- nungskraft auf die Düsennadel ausgeübt wird. Derartige druckgesteuerte Einspritzsysteme dienen der Kraftstoffdosierung, der Kraftstoffaufbereitung, der Formung des Einspritzverlaufs und einer Abdichtung der KraftstoffZuführung gegen den Verbrennungsraum der Brennkraftmaschine. Mit druckgesteuerten Einspritzsystemen lässt sich der zeitliche Verlauf des Mengenstroms während der Einspritzung in vorteilhafter Weise steuern. Damit kann ein positiver Einfluss auf die Leistung, den Kraftstoffverbrauch und die Schadstoffemission des Motors genommen werden.
Bei Pumpe-Düse-Einheiten sind die Kraftstoffpumpe und die Kraftstoffeinspritzdüse in der Regel als integriertes Bauteil ausgebildet. Für jeden Verbrennungsraum der Brennkraftmaschine wird zumindest eine Pumpe-Düse-Einheit vorgesehen, die in der Regel in den Zylinderkopf eingebaut wird. Die Kraftstoffpumpe umfasst dabei typischerweise einen in einem Kraftstoff- pumpenzylinder hin und her beweglichen Kraftstoffpumpenkolben, der entweder direkt über einen Stößel oder indirekt über Kipphebel von einer Nockenwelle der Brennkraftmaschine angetrieben wird. Der üblicherweise den ersten Druckraum bildende Abschnitt des Kraftstoffpumpenzylinders ist über ein Steuer- ventil mit einem Kraftstoff-Niederdruckbereich verbindbar, wobei bei geöffnetem Steuerventil Kraftstoff von dem Kraftstoff-Niederdruckbereich in den ersten Druckraum angesaugt und bei weiterhin geöffnetem Steuerventil von dem ersten Druckraum in den Kraftstoff-Niederdruckbereich zurückgedrückt wird. Sobald das Steuerventil geschlossen wird, erfolgt durch den Kraftstoffpumpenkolben eine Komprimierung des in dem ersten Druckraum befindlichen Kraftstoffs und somit ein Druckaufbau. Es ist bekannt, das Steuerventil in Form eines Magnetventils vorzusehen. Magnetventile weisen jedoch üblicher- weise eine relativ lange Ansprechzeit auf, was insbesondere dadurch bedingt ist, dass der Magnetanker eines Magnetventils aufgrund der von seiner Masse abhängigen Massenträgheitskräfte nicht beliebig schnell beschleunigt werden kann. Weiterhin erfordert auch der Aufbau des Magnetfeldes zur Erzeugung der Anzugskraft Zeit. Eine mit einem Magnetventil ausgestattete
Pumpe-Düse-Einheit ist beispielsweise aus der EP 0 277 939 Bl bekannt.
Um die durch die Verwendung von Magnetventilen hervorgerufe- nen Probleme zu vermeiden, ist es weiterhin bereits bekannt, Pumpe-Düse-Einheiten mit einem Steuerventil auszustatten, das piezoelektrisch betrieben wird. Eine derartige Pumpe-Düse- Einheit ist beispielsweise aus der DE 198 35 494 AI bekannt.
Um bei einem Einspritzvorgang neben einer Haupteinspritzmenge eine zusätzliche Voreinspritzmenge und/oder eine zusätzliche Nacheinspritzmenge in den Verbrennungsraum einzubringen, ist es weiterhin bekannt, während eines Einspritzzyklus mehrere in kurzen Zeitabständen aufeinanderfolgende Einspritzimpulse auszulösen.
Es ist bekannt, den Piezo-Aktuator beim Schließvorgang des Piezo-Steuerventils mit einem Einpulsstrompaket anzusteuern. Das Einpulsstrompaket kann dabei durch eine Sinushalbwelle o- der mehrere unmittelbar aufeinander folgende gepulste Strom- pakete gebildet sein. Diese bekannte Ansteuerung des Piezoak- tuators kann beim Schließvorgang des Piezo-Steuerventils, sobald die Ventilnadel den Ventilssitz erreicht, zu einem sogenannten Preller führen. Ein derartiger Preller kann zu einem oder mehreren der folgenden Funktionsprobleme führen:
Risiko des iederöffnens des Piezo-Steuerventils (Funktionsstörung mit möglichem Ausfall der Einspritzung) ;
Druckschwingungen im Verlauf des Elementraumdrucks, bei- spielsweise mit einem negativen Einfluss auf das Mengen- kennfeld einer Voreinspritzung;
Abreißen der Flüssigkeitssäule und somit Auftreten einer ausgeprägten Kavitation, wobei es bei der Re-Kompression der Kavitation ebenfalls zu einem ungewollten Öffnen des Piezo-Steuerventils kommen kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäßen Verfahren und Vorrichtungen derart weiterzubilden, dass unge- wollte Preller beim Schließen eines Piezo-Steuerventils vermieden oder zumindest verringert werden. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfin- düng ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Das erfindungsgemäße Verfahren baut auf dem gattungsgemäßen Stand der Technik dadurch auf, dass die Ansteuerung zumindest einen ersten Stromimpuls und einen diesem mit zeitlichem Ab- stand nachfolgenden zweiten Stromimpuls umfasst. Dabei wird die Ventilnadel des Piezo-Steuerventils mit dem ersten Stromimpuls in Bewegung gesetzt. Der dem ersten Stromimpuls mit einem zeitlichen Abstand nachfolgende zweite Stromimpuls, der vorzugsweise bis zum Anschlagen der Ventilnadel am Ventilsitz andauert, dient dazu, einen schnellen Dichtkraftaufbau zu gewährleisten. Durch die erfindungsgemäße Ansteuerung wird ein Prellen der Ventilnadel nach dem Erreichen des Ventilsitzes vermieden oder zumindest verringert, wodurch sich geringere Druckschwingungen im Elementraum sowie eine geringere Kavita- tion im Absteuer- und Aktorraum ergeben. Unter dem Begriff
Ansteuerung ist im vorliegenden Zusammenhang insbesondere die Aufladung des Piezo-Aktuators zu verstehen. Eine derartige Aufladung wird erfindungsgemäß in zumindest zwei Ladungspakete unterteilt, wobei unterschiedliche Ladungsinhalte möglich sind.
Bei einigen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens kann weiterhin vorgesehen sein, dass zwischen dem ersten Stromimpuls und dem zweiten Stromimpuls ein Teilstromniveau aufrechterhalten wird. Die Höhe des Teilstromniveaus kann dabei für unterschiedliche Betriebszustände variieren. Weiterhin kann sie, ebenso wie der Verlauf des ersten Stromimpulses und/oder des zweiten Stromimpulses, zur Anpassung der Ansteuerung an unterschiedliche Piezo-Steuerventiltypen herangezo- gen werden. Besonders gute Ergebnisse werden mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzielt, wenn vorgesehen ist, dass die Ansteuerung durch Schaltungseinrichtungen erfolgt, die zumindest einen a- nalogen Verstärker umfassen. Durch analoge Schaltungseinrich- tungen, insbesondere durch analoge Verstärker, lassen sich stetige Piezostro verläufe erzielen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann jedoch ebenfalls vorgesehen sein, dass die Ansteuerung stromgeregelt und/oder -gesteuert erfolgt, insbesondere transformatorgestützt. Eine derartige Ansteuerung, die auch als CC-Ansteuerung (CC = Current Control / Stromsteuerung) bezeichnet wird, kann insbesondere dazu führen, dass sowohl der erste Stromimpuls als auch der zweiten Stromimpuls (und gegebenenfalls ein zwischen dem ersten Stromimpuls und dem zweiten Stromimpuls aufrechterhaltenes Teilstromniveau) jeweils durch eine Mehrzahl von unmittelbar aufeinander folgenden Stromimpulsen gebildet wird. Der Einsatz einer CC-Endstufe ist insbesondere hinsichtlich der Kosten vorteilhaft.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung baut auf dem gattungsgemäßen Stand der Technik dadurch auf, dass sie zur Ansteuerung zumindest einen ersten Stromimpuls und einen diesem mit zeitlichem Abstand nachfolgenden zweiten Stromimpuls erzeugt. Da- durch ergeben sich die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erläuterten Vorteile in gleicher oder ähnlicher Weise, weshalb zur Vermeidung von Wiederholungen auf die entsprechenden Ausführungen verwiesen wird.
Gleiches gilt sinngemäß für die folgenden bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei auch diesbezüglich auf die entsprechenden Ausführungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verwiesen wird.
Bei einigen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann vorgesehen sein, dass sie zwischen dem ersten Stromimpuls und dem zweiten Stromimpuls ein Teilstromniveau aufrechterhält .
Weiterhin kann bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgese- hen sein, dass sie zumindest einen analogen Verstärker aufweist.
Ähnlich wie bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann auch bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehen sein, dass sie die Ansteuerung stromgeregelt und/oder -gesteuert durchführt, insbesondere transformatorgestützt .
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass über die e- lektrische Ansteuerung des Piezo-Aktuators die Bewegung der gekoppelten Ventilmechanik modelliert werden kann. Beispielsweise kann dabei elektrisch auf den Ventilnadelverlauf eingewirkt werden, insbesondere zur Auslenkung und zum Sitzkraftaufbau.
Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsformen beispielhaft erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Ausführungsform einer Pumpe-Düse- Einheit bei beziehungsweise mit der das erfindungsgemäße Verfahren beziehungsweise die erfindungsgemäße Vorrichtung angewendet werden können;
Figur 2a eine schematische Teil-Schnittansicht eines Piezo- Steuerventils, das in Strömungsrichtung vom Hochdruckbereich zum Niederdruckbereich schließt und mit der Pumpe-Düse-Einheit nach Figur 1 verwendet werden kann; Figur 2b eine schematische Teil-Schnittansicht eines Piezo- Steuerventils, das entgegengesetzt zur Strömungsrichtung vom Hochdruckbereich zum Niederdruckbereich schließt und ebenfalls mit der Pumpe-Düse- Einheit nach Figur 1 verwendet werden kann;
Figur 3 ein Beispiel für den Verlauf des Piezo- Ansteuerstroms zum Schließen des Piezo- Steuerventils gemäß dem Stand der Technik, bei analoger Ansteuerung;
Figur 4 ein zweites Beispiel für den Verlauf des Piezo- Ansteuerstroms zum Schließen des Piezo- Steuerventils gemäß dem Stand der Technik, bei CC- Ansteuerung;
Figur 5 ein Beispiel für den Verlauf des Piezo- Ansteuerstroms zum Schließen des Piezo- Steuerventils gemäß der vorliegenden Erfindung, bei analoger Ansteuerung;
Figur 6 ein zweites Beispiel für den Verlauf des Piezo- Ansteuerstro s zum Schließen des Piezo- Steuerventils gemäß der vorliegenden Erfindung, bei CC-Ansteuerung;
Figur 7 einen Graph, der den Verlauf des Piezo-
Ansteuerstroms, der Piezo-Spannung, des Ventilnadelhubs, des Hochdruckraumdrucks und des Drucks im Auslassbereich der Pumpe-Düse-Einheit für eine Ansteuerung gemäß dem Stand der Technik und zwei erfindungsgemäße Ansteuerungsvarianten veranschaulicht;
Figur einen zeitlichen Ausschnitt der Kurvenverläufe von Figur 7; und Figur 9 einen Graph, der den Verlauf der Piezospannung, des Ventilnadelhubs und des Absteuerraumdrucks bei einem ungewollten Öffnen des Piezo-Steuerventils beziehungsweise der Ventilnadel veranschaulicht, wo- bei ein derartiges ungewolltes Öffnen des Piezo-
Steuerventils durch die Erfindung vermieden oder zumindest verringert werden kann.
Figur 1 zeigt schematisch eine Pumpe-Düse-Einheit. Die darge- stellte Pumpe-Düse-Einheit zum Zuführen von Kraftstoff 10 in einen Verbrennungsraum 12 einer Brennkraftmaschine weist eine Kraftstoffpumpe 14-22 auf. Dabei ist ein Kraftstoffpumpenkolben 14 in einem Kraftstoffpumpenzylinder 16 hin und her bewegbar. Der Kraftstoffpumpenkolben 14 wird direkt oder indi- rekt über eine nicht dargestellte Nockenwelle der Brennkraftmaschine angetrieben. Der Kompressionsraum des Kraftstoffpumpenzylinders 16 bildet einen ersten Druckraum 28. Der erste Druckraum 28 ist über eine Kraftstoffleitung 20 mit einem Piezo-Steuerventil 22 verbunden. Das Piezo-Steuerventil 22 dient dazu, die Kraftstoffleitung 20 entweder zu verschließen oder mit einem Kraftstoff-Niederdruckbereich 18 zu verbinden, aus dem Kraftstoff 10 angesaugt werden kann. In der geöffneten Ruhestellung des Piezo-Steuerventils 22 wird bei einer bezogen auf Figur 1 nach oben gerichteten Bewegung des Kraft- stoffpumpenkolbens 14 Kraftstoff 10 aus dem Kraftstoff- Niederdruckbereich 18 in den ersten Druckraum 28 angesaugt. Sofern das Piezo-Steuerventil 22 sich bei einer bezogen auf Figur 1 nach unten gerichteten Bewegung des Kraftstoffpumpenkolbens 14 noch in seiner geöffneten Ruhestellung befindet, kann vorher in den ersten Druckraum 28 angesaugter Kraftstoff 10 wieder zurück in den Kraftstoff-Niederdruckbereich 18 gedrückt werden. Bei einer geeigneten Ansteuerung des Piezo- Steuerventils 22 verschließt dieses die Kraftstoffleitung 20. Dadurch wird der in den ersten Druckraum 28 angesaugte Kraft- stoff 10 bei einer nach unten gerichteten Bewegung des Kraft- stoffpumpenkolbens 14 komprimiert, wodurch ein erster Druck p28 in dem ersten Druckraum 28 erzeugt wird. Die dargestellte Pumpe-Düse-Einheit umfasst weiterhin eine insgesamt mit 24 bezeichnete Kraftstoffeinspritzdüse, die eine zwischen einer Schließstellung und einer Öffnungsstellung hin und her bewegliche Düsennadel 46 aufweist. Ein Druckstift 26 kann, bezogen auf die Darstellung von Figur 1, insbesondere eine nach unten gerichtete Kraft auf die Düsennadel 46 ausüben. Am oberen Ende des Druckstifts 26 ist eine Einstellscheibe 40 vorgesehen, die in einem zweiten Druckraum 30 geführt ist, wobei in dem zweiten Druckraum 30 unter einem zweiten Druck p30 stehender Kraftstoff 10 über den Druckstift 26 eine bezogen auf die Darstellung von Figur 1 nach unten gerichtete Schließkraft auf die Düsennadel 46 ausübt. Die Einstellscheibe 40 ist dabei vorzugsweise gegenüber dem zweiten Druckraum 30 nur so stark abgedichtet, dass der zweite Druck p3o vor Beginn eines neuen Einspritzzyklus bereits wieder abgebaut ist. Eine ebenfalls nach unten gerichtete weitere Schließkraft wird durch eine erste Feder 36 auf den Druckstift 26 und somit die Düsennadel 46 ausgeübt, wobei die erste Feder 36 in dem zweiten Druckraum 30 angeordnet ist und sich mit ihrem hinteren Ende an der Einstellscheibe 40 abstützt. Ein eine Schulter 44 aufweisender Abschnitt der Düsennadel 46 ist von einem dritten Druckraum 32 umgeben, der mit dem ersten Druckraum 28 über eine Verbindungsleitung 42 kommuniziert. In Abhängigkeit von der Drosselwirkung der Verbindungsleitung 42 und gegebenen- falls weiterer nicht dargestellter Drosseleinrichtungen wird in Abhängigkeit von dem in dem ersten Druckraum 28 herrschenden ersten Druck p28 in dem dritten Druckraum 32 ein dritter Druck p32 aufgebaut. Der in dem dritten Druckraum 32 unter dem dritten Druck p32 stehende Kraftstoff 10 übt eine bezogen auf die Darstellung von Figur 1 nach oben gerichtete Öffnungskraft auf die Düsennadel 46 aus. Die Düsennadel 46 nimmt ihre Öffnungsstellung ein, solange eine Differenz zwischen der durch den dritten Druck p32 verursachten Öffnungskraft und der Summe aus der durch den zweiten Druck p30 erzeugten Schließkraft und der durch die erste Feder 36 erzeugten
Schließkraft einen vorgegebenen Wert überschreitet. Über den zweiten Druck p30 in dem zweiten Druckraum 30 kann somit der Düsenö fnungsdruck beeinflusst werden. Um den zweiten Druck p30 im zweiten Druckraum 30 auf jeweils geeignet Werte zu begrenzen und zu halten kann beispielsweise ein Druckbegren- zungs- und -halteventil 34 zwischen dem ersten Druckraum 28 und dem zweiten Druckraum 30 vorgesehen sein. Die Ankopplung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 80 an das anhand von den Figuren 2a und 2b näher erläuterte Piezo- Steuerventil 22 ist in Figur 1 ebenfalls dargestellt.
Figur 2a zeigt eine schematische Teil-Schnittansicht eines Piezo-Steuerventils 22, das in Strömungsrichtung vom Hochdruckbereich zum Niederdruckbereich schließt und mit der Pumpe-Düse-Einheit nach Figur 1 verwendet werden kann. Das dargestellte Piezo-Steuerventil 22 weist eine Ventilnadel 48 auf, die zum Schließen des Piezo-Steuerventils 22 in die dargestellte erste Endstellung und zum vollständigen Öffnen des Piezo-Steuerventils 22 in eine zweite Endstellung bewegt werden kann, die bezogen auf die Darstellung nach rechts verschoben ist. Wenn sich die Ventilnadel 48 in ihrer darge- stellten ersten Endstellung befindet, wirkt ein an der Ventilnadel 48 vorgesehener Ventilteller 64 mit einem gehäuse- seitigen Ventilsitz 62 zusammen. Dadurch wird der Kraftstoff- Niederdruckbereich 18 gegenüber einer Hochdruckkammer 38 verschlossen, die mit der in Figur 1 dargestellten Kraftstoff- leitung 20 in Verbindung steht. Das Piezo-Steuerventil 22 weist einen Piezo-Aktuator beziehungsweise ein Piezoelement 76 auf. Bei geeigneter Ansteuerung des Piezoelementes 76 übt dieses über eine Stirnfläche 78 eine Kraft auf ein Druckstück 54 aus. Das Druckstück 54 überträgt die von dem Piezoelement 76 erzeugte Kraft seinerseits auf einen ersten Hebel 56 und einen zweiten Hebel 58, wobei der erste Hebel 56 und der zweite Hebel 58 dazu vorgesehen sind, eine Kraftübersetzung zu bewirken. Der erste Hebel 56 und der zweite Hebel 58 liegen an einer zweiten axialen Endfläche 72 der Ventilnadel 48 an, um die von dem Piezoelement 76 erzeugte, übersetzte Kraft auf die Ventilnadel 48 zu übertragen. Die von dem geeignet angesteuerten Piezoelement 76 erzeugte, übersetzte Kraft, die auf die Ventilnadel 48 wirkt, ist größer als eine entgegengesetzte Kraft, die von einer zweiten Feder 66 erzeugt und über ein Federdruckstück 68 auf eine erste axiale Endfläche 70 der Ventilnadel 48 ausgeübt wird. Der Kraftstoff- Niederdruckbereich 18 steht mit einem Absteuerraum 50 in Verbindung, der über eine Ausgleichsbohrung 52 weiterhin mit einem vor dem Piezoelement 76 befindlichen Aktorraum 74 in Verbindung steht. Dieser Aktorraum 74 steht mit einem Rücklauf 60 in Verbindung, über den Kraftstoff aus dem Aktorraum 74 zurückströmen kann.
Figur 2b zeigt eine schematische Teil-Schnittansicht eines Piezo-Steuerventils 22, das entgegengesetzt zur Strömungsrichtung vom Hochdruckbereich zum Niederdruckbereich schließt und ebenfalls mit der Pumpe-Düse-Einheit nach Figur 1 verwendet werden kann. Aufgrund der Tatsache, dass das in Figur 2b dargestellte Piezo-Steuerventil 22 entgegengesetzt zur Strömungsrichtung vom Hochdruckbereich zum Niederdruckbereich schließt, gewährleistet dieses Piezo-Steuerventil 22 eine hö- here Sicherheit gegen ein mögliches Verklemmen. Auch das in Figur 2b dargestellte Piezo-Steuerventil 22 weist eine Ventilnadel 48 auf, die zum Schließen des Piezo-Steuerventils 22 in die dargestellte erste Endstellung und zum vollständigen Öffnen des Piezo-Steuerventils 22 in eine zweite Endstellung bewegt werden kann, die bezogen auf die Darstellung von Figur 2b nach rechts verschoben ist. Wenn sich die Ventilnadel 48 in ihrer dargestellten ersten Endstellung befindet, wirkt wieder ein an der Ventilnadel 48 vorgesehener Ventilteller 64 mit einem gehäuseseitigen Ventilsitz 62 zusammen. Dadurch wird der Kraftstoff-Niederdruckbereich 18 beziehungsweise der Absteuerraum 50 gegenüber einer Hochdruckkammer 38 verschlossen, die mit der in Figur 1 dargestellten Kraftstoffleitung 20 in Verbindung steht. Das Piezo-Steuerventil 22 weist wieder einen Piezo-Aktuator beziehungsweise ein Piezoelement 76 auf, das über eine Stirnfläche 78 und ein Druckstück 54 eine Kraft auf eine zweite axiale Endfläche 72 der Ventilnadel 48 ausübt. Die von dem geeignet angesteuerten Piezoelement 76 erzeugte, übersetzte Kraft, die auf die Ventilnadel 48 wirkt, ist größer als eine entgegengesetzte Kraft, die auch bei dieser Ausführungsform von einer zweiten Feder 66 erzeugt und auf eine erste axiale Endfläche 70 der Ventilnadel 48 ausge- übt wird. Da das in Figur 2b dargestellte Piezo-Steuerventil 22 im Gegensatz zu dem in Figur 2a dargestellten Piezo- Steuerventil 22 in Strömungsrichtung vom Hochdruckbereich 38 zum Niederdruckbereich 18 beziehungsweise zum Absteuerraum 50 öffnet, übt ein in der Hochdruckkammer 38 vorhandener hoher Druck eine Öffnungskraft auf die Ventilnadel 48 aus, so dass ein unerwünschtes Verklemmen dieser Ventilnadel 48 besonders sicher vermieden werden kann.
Figur 3 zeigt ein Beispiel für den Verlauf des Piezo- Ansteuerstroms i(t) zum Schließen des Piezo-Steuerventils 22 gemäß dem Stand der Technik, bei analoger Ansteuerung, und Figur 4 zeigt ein zweites Beispiel für den Verlauf des Piezo- Ansteuerstroms i(t) zum Schließen des Piezo-Steuerventils 22 gemäß dem Stand der Technik, bei CC-Ansteuerung. Wenn das Piezoelement beziehungsweise der Piezo-Aktuator 76 von den Figuren 2a und 2b zum Schließen des Piezo-Steuerventils 22 mit einem der in den Figuren 3 oder 4 dargestellten Piezo- Ansteuerstromprofilen angesteuert wird, kann es beim Auftreffen der Ventilnadel 48 auf den Ventilsitz 62 zu dem eingangs erläuterten Preller und den damit verbunden Problemen kommen.
Figur 5 zeigt eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ansteuerung des Piezo-Aktuators 76 zum Schließen des Piezo-Steuerventils 22. Der in Figur 5 dargestellte Stromverlauf i(t) weist einen ersten Stromimpuls Ii und einen von diesem zeitlich beabstandeten nachfolgenden zweiten Stromimpuls I2 auf. Zwischen dem ersten Stromimpuls Ii und dem zweiten Stromimpuls I2 wird ein Teilstromniveau Iτ aufrechtgehalten. Der in Figur 5 dargestellte stetige Kurvenverlauf kann insbe- sondere durch eine analoge Ansteuerung verwirklicht werden. Durch den ersten Stromimpuls Ix, den zweiten Stromimpuls I2 und das Teilstromniveau Iτ wird der Aufladevorgang des Piezo- Aktuators somit in Ladungspakete unterteilt, die unterschiedliche Ladungsinhalte aufweisen.
Figur 6 zeigt eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemä- ßen Ansteuerung des Piezo-Aktuators 76 zum Schließen des Piezo-Steuerventils 22. Auch der in Figur 6 dargestellte Stromverlauf i(t) weist einen ersten Stromimpuls Ii und einen diesem zeitlich beabstandet nachfolgenden zweiten Stromimpuls I2 auf. Bei der in Figur 6 dargestellten Ausführungsform wird zwischen dem ersten Stromimpuls Ii und dem zweiten Stromimpuls I2 kein Teilstromniveau aufrechterhalten. Weiterhin sind der erste Stromimpuls Ii und der zweite Stromimpuls I2 jeweils durch eine Mehrzahl von unmittelbar aufeinanderfolgenden kurzen Stromimpulsen zusammengesetzt, wie dies insbeson- dere bei einer CC-Ansteuerung der Fall ist.
Wenn der Piezo-Aktuator 76 zum Schließen des Piezo- Steuerventils 22 entsprechend dem Kurvenverlauf von Figur 5 oder 6 angesteuert wird, kann ein Preller beim Auftreffen der Ventilnadel 48 auf den Ventilsitz 62 vermieden oder zumindest verringert werden.
Figur 7 zeigt einen Graph, der den Verlauf des Piezo- Ansteuerstroms i(t), der Piezo-Spannung u(t), des Ventilna- delhubs h(t), des Hochdruckraumdrucks t38(t) und des Drucks im Auslassbereich der Pumpe-Düse-Einheit für eine Ansteuerung gemäß dem Stand der Technik und zwei erfindungsgemäße Ansteu- erungsvarianten veranschaulicht, wobei Figur 8 einen zeitlichen Ausschnitt der Kurvenverläufe von Figur 7 zeigt. In den Figuren 7 und 8 sind die Kurven, die sich bei einer dem Stand der Technik entsprechenden Ansteuerung ergeben, jeweils mit a bezeichnet, wobei der Piezo-Ansteuerstrom i(t) in diesem Fall invertiert dargestellt ist. Die Kurven, die sich für eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ansteuerung erge- ben, sind mit b bezeichnet, während die Kurven, die sich für eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ansteuerung ergeben, mit c bezeichnet sind. Wie dies insbesondere Figur 8 zu entnehmen ist, weist die Kurve b des Piezo-Ansteuerstro s i(t) ein etwas höheres Teilstromniveau Iτ auf als die Kurve c. Durch den ersten Stromimpuls Iχ wird das System zu Beginn stark beschleunigt. Im mittleren Bereich, zu dem das Teil- stromniveau Iτ aufrechterhalten wird, ist keine weitere Energie erforderlich. Um eine hohe Schließkraft zu erzeugen, wird die Energie zum Ende hin durch den zweiten Stromimpuls I2 wieder erhöht (siehe Bereich A von Figur 7) . Durch eine Ansteuerung entsprechend den Kurvenverläufen b oder c ergeben sich geringere Druckimpulse (siehe Bereich B von Figur 7) . Im weiteren Verlauf wird die Kavitationszeit verringert beziehungsweise eine starke Re-Kompression sowie ein damit verbundenes Wiederöffnen des Piezo-Steuerventils wird sogar vermieden (siehe Bereich C von Figur 7) .
Dem in Figur 8 dargestellten Verlauf des Ventilnadelhubs h(t) ist besonders deutlich zu entnehmen, dass ein Preller durch ein sanftes Schließen der Ventilnadel 48 deutlich verringert wird, wodurch der Druckabfall des Hochdruckkammerdrucks P3β(t) verringert wird (siehe Bereich D von Figur 8) . Zum
Zeitpunkt des Schließens (bei 0 μs) ist noch ein Überschuss an Strom i(t) und Spannung u(t) vorhanden, so dass eine größere Kraft zum Dichten der Ventilnadel 48 bereitsteht (siehe Bereich E von Figur 8) .
Figur 9 zeigt einen Graph, der den Verlauf der Piezospannung u(t), des Ventilnadelhubs h(t) und des Absteuerraumdrucks Pso(t) bei einem ungewollten Öffnen des Piezo-Steuerventils 22 beziehungsweise der Ventilnadel 48 veranschaulicht. Diese Probleme können durch die erfindungsgemäße Ansteuerung vermieden oder zumindest verringert werden.
Die Erfindung lässt sich wie folgt zusammenfassen: Zum Schließen des Piezo-Steuerventils 22 einer Pumpe-Düse-Einheit wird der Piezo-Aktuator 76 anstelle eines Einpulsstrompaketes mit zumindest einem ersten Stromimpuls Ii und einem diesem mit zeitlichem Abstand nachfolgenden zweiten Stromimpuls I2 angesteuert. Dadurch kann ein Preller beim Auftreffen der Ventilnadel 48 auf den Ventilsitz 62 vermieden oder zumindest verringert werden. Gegebenenfalls wird zwischen dem ersten Stromimpuls Ii und dem zweiten Stromimpuls I2 ein Teilstrom- niveau Iτ aufrechterhalten.
Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Ansteuerung des Piezo-Aktuators (76) beim Schließvorgang eines Piezo-Steuerventils (22) einer Pumpe- Düse-Einheit, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Ansteuerung zumindest einen ersten Stromimpuls (Ix) und einen diesem mit zeitlichem Abstand nachfolgenden zweiten Stromimpuls (I2) umfasst.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass zwischen dem ersten Stromimpuls (Ix) und dem zweiten Stromimpuls (I2) ein Teilstromniveau (Iτ) aufrechterhalten wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Ansteuerung durch Schaltungseinrichtungen erfolgt, die zumindest einen analogen Verstärker umfassen.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Ansteuerung stromgeregelt und/oder -gesteuert er- folgt, insbesondere transformatorgestützt.
5. Vorrichtung zur Ansteuerung des Piezo-Aktuators (76) beim Schließvorgang eines Piezo-Steuerventils (22) einer Pumpe- Düse-Einheit, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass sie zur Ansteuerung zumindest einen ersten Stromimpuls (Ii) und einen diesem mit zeitlichem Abstand nachfolgenden zweiten Stromimpuls (I2) erzeugt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass sie zwischen dem ersten Stromimpuls und dem zweiten Stromimpuls ein Teilstromniveau (Iτ) aufrechterhält.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass sie zumindest einen analogen Verstärker aufweist.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass sie die Ansteuerung stromgeregelt und/oder -gesteuert durchführt, insbesondere transformatorgestützt.
PCT/DE2003/000956 2002-03-28 2003-03-21 Verfahren und vorrichtung zur ansteuerung des piezo-aktuators eines piezo-steuerventils einer pumpe-düse-einheit WO2003083278A1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE50301997T DE50301997D1 (de) 2002-03-28 2003-03-21 Verfahren und vorrichtung zur ansteuerung des piezo-aktuators eines piezo-steuerventils einer pumpe-düse-einheit
EP03727149A EP1488089B1 (de) 2002-03-28 2003-03-21 Verfahren und vorrichtung zur ansteuerung des piezo-aktuators eines piezo-steuerventils einer pumpe-düse-einheit

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10214206 2002-03-28
DE10214206.8 2002-03-28

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2003083278A1 true WO2003083278A1 (de) 2003-10-09

Family

ID=28458472

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/DE2003/000956 WO2003083278A1 (de) 2002-03-28 2003-03-21 Verfahren und vorrichtung zur ansteuerung des piezo-aktuators eines piezo-steuerventils einer pumpe-düse-einheit

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP1488089B1 (de)
DE (1) DE50301997D1 (de)
WO (1) WO2003083278A1 (de)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006069750A1 (de) * 2004-12-23 2006-07-06 Siemens Vdo Automotive Ag Verfahren und vorrichtung zur kompensation von prelleffekten in einem piezogesteuerten einspritzsystem einer verbrennungskraftmaschine
DE102005040530B3 (de) * 2005-08-26 2006-12-21 Siemens Ag Verfahren und Vorrichtung zum Ansteuern eines Ventils
DE102005046933A1 (de) * 2005-09-30 2007-04-19 Siemens Ag Verfahren zum Ansteuern eines piezobetätigten Einspritzventils
DE102010040306A1 (de) * 2010-09-07 2012-03-08 Continental Automotive Gmbh Verfahren zur Ansteuerung eines Piezoinjektors eines Kraftstoffeinspritzsystems
DE102013224385B3 (de) * 2013-11-28 2015-03-12 Continental Automotive Gmbh Verfahren zum Betreiben eines Injektors eines Einspritzsystems einer Brennkraftmaschine

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5057734A (en) * 1988-11-30 1991-10-15 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Apparatus for driving piezoelectric element for closing and opening valve member
DE19921456A1 (de) * 1999-05-08 2000-11-16 Bosch Gmbh Robert Verfahren und Vorrichtung zur Ansteuerung eines piezoelektrischen Aktors

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5057734A (en) * 1988-11-30 1991-10-15 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Apparatus for driving piezoelectric element for closing and opening valve member
DE19921456A1 (de) * 1999-05-08 2000-11-16 Bosch Gmbh Robert Verfahren und Vorrichtung zur Ansteuerung eines piezoelektrischen Aktors

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8239115B2 (en) 2004-12-23 2012-08-07 Continental Automotive Gmbh Method and device for offsetting bounce effects in a piezo-actuated injection system of an internal combustion engine
DE102004062073A1 (de) * 2004-12-23 2006-07-13 Volkswagen Mechatronic Gmbh & Co. Kg Verfahren und Vorrichtung zur Kompensation von Prelleffekten in einem piezogesteuerten Einspritzsystem einer Verbrennungskraftmaschine
WO2006069750A1 (de) * 2004-12-23 2006-07-06 Siemens Vdo Automotive Ag Verfahren und vorrichtung zur kompensation von prelleffekten in einem piezogesteuerten einspritzsystem einer verbrennungskraftmaschine
DE102004062073B4 (de) * 2004-12-23 2015-08-13 Continental Automotive Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Kompensation von Prelleffekten in einem piezogesteuerten Einspritzsystem einer Verbrennungskraftmaschine
DE102005040530B3 (de) * 2005-08-26 2006-12-21 Siemens Ag Verfahren und Vorrichtung zum Ansteuern eines Ventils
DE102005046933B4 (de) * 2005-09-30 2015-10-15 Continental Automotive Gmbh Verfahren zum Ansteuern eines piezobetätigten Einspritzventils
DE102005046933A1 (de) * 2005-09-30 2007-04-19 Siemens Ag Verfahren zum Ansteuern eines piezobetätigten Einspritzventils
CN103154481A (zh) * 2010-09-07 2013-06-12 大陆汽车有限公司 用于操控燃料喷射系统的压电喷射器的方法
DE102010040306A1 (de) * 2010-09-07 2012-03-08 Continental Automotive Gmbh Verfahren zur Ansteuerung eines Piezoinjektors eines Kraftstoffeinspritzsystems
US9453473B2 (en) 2010-09-07 2016-09-27 Continental Automotive Gmbh Method for actuating a piezo injector of a fuel injection system
DE102010040306B4 (de) 2010-09-07 2020-06-25 Continental Automotive Gmbh Verfahren zur Ansteuerung eines Piezoinjektors eines Kraftstoffeinspritzsystems
DE102013224385B3 (de) * 2013-11-28 2015-03-12 Continental Automotive Gmbh Verfahren zum Betreiben eines Injektors eines Einspritzsystems einer Brennkraftmaschine
US9976505B2 (en) 2013-11-28 2018-05-22 Continental Automotive Gmbh Method for operating an injector of an injection system of an internal combustion engine

Also Published As

Publication number Publication date
EP1488089A1 (de) 2004-12-22
EP1488089B1 (de) 2005-12-21
DE50301997D1 (de) 2006-01-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0939857B1 (de) Kraftstoffeinspritzventil
EP1488088B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur detektion des einschlagzeitpunktes der ventilnadel eines piezo-steuerventils
DE102005028866A1 (de) Direkt gesteuerte Brennstoffeinspritzvorrichtung mit der Fähigkeit einer Einspritzsequenz mit Voreinspritzung und Haupteinspritzung
EP1203151B1 (de) Zweistufiges magnetventil für einen injektor von brennkarftmaschinen
EP1252437A2 (de) Einspritzeinrichtung und verfahren zum einspritzen von fluid
DE102004022267A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Formung des Einspritzdruckes an einem Kraftstoffinjektor
WO2009033887A1 (de) Einspritzsystem und verfahren zum herstellen eines einspritzsystems
EP1488089B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur ansteuerung des piezo-aktuators eines piezo-steuerventils einer pumpe-düse-einheit
EP1472454B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur detektion von betriebszuständen einer pumpe-düse-einheit
WO2001053696A2 (de) Einspritzeinrichtung und verfahren zum einspritzen von fluid
WO2003091559A1 (de) Vorrichtung und verfahren zur ansteuerung des piezo-aktuators eines steuerventils einer pumpe-düse-einheit
EP1144859A1 (de) Einspritzeinrichtung und verfahren zum einspritzen von fluid
EP1236884A2 (de) Kraftstoffeinspritzeinrichtung für Brennkraftmaschinen
EP1310666A2 (de) Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine
EP1546545B8 (de) Pumpe-düse-einheit und verfahren zur einstellung der härte von anlagebereichen eines steuerventils
DE10310120B4 (de) Verfahren zur Bestimmung der auf einen Piezoaktor ausgeübten Last sowie Verfahren und Vorrichtung zur Ansteuerung eines Piezoaktors eines Steuerventils einer Pumpe-Düse-Einheit
EP1472455B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur ansteuerung eines steuerventils einer pumpe-düse-einheit
DE10140093A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Ansteuern eines Magnetventils
DE10124510B4 (de) Verfahren zum Ansteuern einer magnetventilgesteuerten Kraftstoffpumpe einer Brennkraftmaschine
WO2002090765A1 (de) Injektor zum einspritzen von kraftstoff mit in reihe geschalteten steuerventilgliedern
EP1593838B1 (de) Ansteuerverfahren zur Beeinflussung der Öffnungsgeschwindigkeit eines Steuerventiles an einem Kraftstoffinjektor
WO2003106836A1 (de) Pumpe-düse-einheit
DE10006786A1 (de) Einspritzeinrichtung und Verfahren zum Einspritzen von Fluid
EP1451465A1 (de) Pumpe-düse-einheit
DE10310585A1 (de) Pumpe-Düse-Einheit

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): JP US

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IT LU MC NL PT RO SE SI SK TR

DFPE Request for preliminary examination filed prior to expiration of 19th month from priority date (pct application filed before 20040101)
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2003727149

Country of ref document: EP

WWP Wipo information: published in national office

Ref document number: 2003727149

Country of ref document: EP

WWG Wipo information: grant in national office

Ref document number: 2003727149

Country of ref document: EP

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: JP

WWW Wipo information: withdrawn in national office

Country of ref document: JP