WO2004022957A1 - Verfahren zum betrieb einer brennkraftmaschine - Google Patents

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WO2004022957A1
WO2004022957A1 PCT/DE2003/002254 DE0302254W WO2004022957A1 WO 2004022957 A1 WO2004022957 A1 WO 2004022957A1 DE 0302254 W DE0302254 W DE 0302254W WO 2004022957 A1 WO2004022957 A1 WO 2004022957A1
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WO
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combustion engine
internal combustion
piezoelectric actuator
control signal
control
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PCT/DE2003/002254
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English (en)
French (fr)
Inventor
Klaus Joos
Ulrich Steinbrenner
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Publication date
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Priority to DE50308287T priority patent/DE50308287D1/de
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    • 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
    • F02M51/00—Fuel-injection apparatus characterised by being operated electrically
    • F02M51/06—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle
    • F02M51/0603—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using piezoelectric or magnetostrictive operating means
    • 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
    • F02M57/005—Fuel-injectors combined or associated with other devices the devices being sensors

Definitions

  • the present invention relates to a method for operating an internal combustion engine with at least one injection valve,. to which is assigned a piezoelectric actuator which is supplied with a control signal by a control unit of the internal combustion engine and which causes a needle stroke of a valve needle of the injection valve corresponding to the control signal for a fuel injection.
  • the present invention relates to a control device for an internal combustion engine with at least one
  • Injection valve to which is assigned a piezoelectric actuator which is supplied with a control signal by the control unit and which causes a needle stroke of a valve needle of the injection valve corresponding to the control signal for a fuel injection.
  • the present invention relates to a computer program for a control device Internal combustion engine with at least one injection valve, to which is assigned a piezoelectric actuator which is supplied with a control signal by the control device and which causes a needle stroke of a valve needle of the injection valve corresponding to the control signal for a fuel injection.
  • an upper speed limit is defined for the internal combustion engine, which limits the maximum output of the internal combustion engine.
  • the power output stage usually comprises a direct current-direct current (DC / DC) converter, the performance of which cannot be increased arbitrarily from a cost point of view and because of the available installation space. From the above-mentioned upper speed limit, the drive power of the DC / DC converter is no longer sufficient to compensate for the loss of energy converted in the piezoelectric actuators. In addition, the control unit can reach impermissibly high temperatures due to the heating of the DC / DC converter.
  • DC / DC direct current-direct current
  • this object is achieved according to the invention in that the control signal is changed as a function of a control power consumed by the piezoelectric actuator.
  • the mechanical expansion of the corresponding piezoelectric actuator and thus the needle stroke of the corresponding injection valve is also reduced.
  • the loss of energy converted in the piezoelectric actuator with a smaller needle stroke is smaller than when the actuator is actuated with the reference value, so that when the operating method according to the invention is used, a smaller amount of thermal energy must also be dissipated from the actuator.
  • the energy dissipated in the power output stage is reduced, which also lowers the control unit temperature.
  • the injection time must be increased accordingly in order to use the Inject the method according to the invention with a reduced needle stroke into the same amount of fuel into a combustion chamber of the internal combustion engine as with a conventional control.
  • a limit for a minimum needle stroke or a corresponding minimal control signal must be set.
  • Another, very special advantage of the operating method according to the invention is the possibility of increasing the performance of the internal combustion engine, which results from the fact that the upper speed limit for multiple injections is increased compared to conventional methods.
  • a Predeterminable maximum control power when a Predeterminable maximum control power reduces the control signal to a maximum value.
  • the maximum drive power corresponds, for example, to a predetermined maximum speed of the internal combustion engine in the case of multiple injection.
  • the maximum value is a reduction of the needle stroke, so that the speed of the internal combustion engine can be increased with multiple injection with the same power loss in the piezoelectric actuator.
  • a very particularly simple embodiment of the method according to the invention is characterized in that the maximum value is a constant.
  • the control signal for the piezoelectric actuator is set to the constant maximum value when the predefinable maximum control power or a corresponding maximum speed is exceeded.
  • the maximum value is dependent on one
  • Characteristic selected which is stored, for example, in a memory of the control unit.
  • the characteristic curve like the constant maximum value, can be applied, so that a change in the relevant values even after the initial start-up of the
  • the maximum control power can also preferably be applied to increase flexibility.
  • control power consumed by the piezoelectric actuator is calculated from operating variables of the internal combustion engine. That way is one Monitoring of the control power required for operating the actuator is possible, the control power being determinable solely from variables that are all present in the control unit of the internal combustion engine, namely: the energy loss of the actuator per needle stroke, the number of injections per cycle and the speed of the internal combustion engine.
  • the drive power consumed by the piezoelectric actuator is measured.
  • the amount of charge flowing onto the piezoelectric actuator and the corresponding charging time as well as, if necessary, other quantities are recorded.
  • a control device for an internal combustion engine with at least one injection valve, to which a piezoelectric actuator, which is supplied with a control signal by the control device, is assigned, which causes a needle stroke of a valve needle of the injection valve for a fuel injection corresponding to the control signal ,
  • the control signal can be changed as a function of a control power consumed by the piezoelectric actuator.
  • FIG. 1 shows a flow chart of an embodiment of the method according to the invention
  • FIG. 2 shows an internal combustion engine according to the invention
  • FIG. 3 shows an injection valve of the internal combustion engine from FIG. 2.
  • FIG. 1 shows an embodiment of the method according to the invention, which is used in an internal combustion engine 10 shown in broken lines in FIG. 2 in order to increase a maximum speed and thus also a maximum output of the internal combustion engine 10.
  • the internal combustion engine 10 has injection valves 30a, 30b, 30c, which inject fuel from a fuel rail 26 directly into combustion chambers 32a, 32b, 32c of the cylinders 33a, 33b, 33c.
  • the injection valves 30a, 30b, 30c are controlled by a control unit 34 of the internal combustion engine 10.
  • injection valves 30a, 30b, 30c The exact structure of the injection valves 30a, 30b, 30c results from FIG. 3, in which an injection valve 30 is shown as an example.
  • Each of the injection valves 30a, 30b, 30c has a piezoelectric actuator 58, the one Drives valve needle 44 of the respective injection valve 30a, 30b, 30c.
  • valve needle 44 which is also referred to as the needle stroke, is proportional to a control signal with which piezoelectric actuator 58 is acted upon by control unit 34 (FIG. 2) of internal combustion engine 10 via lines 70 (FIG. 3).
  • the control signal is generated within the control unit 34 by a DC / DC converter (not shown), which in the present case supplies all of the piezoelectric actuators 58 of the injection valves 30a, 30b, 30c (FIG. 2) of the internal combustion engine 10 with the control signal. Since the piezoelectric actuators 58 are components with essentially capacitive properties, when they are actuated, they flow with the DC / DC converter (not shown), which in the present case supplies all of the piezoelectric actuators 58 of the injection valves 30a, 30b, 30c (FIG. 2) of the internal combustion engine 10 with the control signal. Since the piezoelectric actuators 58 are components with essentially capacitive properties, when they are actuated, they flow with the
  • Control signal an amount of electrical charge proportional to the control signal to / from the actuators (s) 58.
  • the electrical energy to be applied by the DC / DC converter for controlling the piezoelectric actuators 58 which is referred to below as total actuation energy, results from the product of the number of cylinders 33a, 33b, 33c of internal combustion engine 10, and the power loss of an actuator 58 as a function of it the needle stroke, the number of activations of the actuator 58 per injection cycle and the speed of the internal combustion engine 10.
  • Total control energy corresponding control power evaluated by the piezoelectric actuators 58 of the injection valves 30a, 30b, 30c of the internal combustion engine 10 is recorded in order to move the valve needle 44 of the respective injection valve 30a, 30b, 30c.
  • the DC / DC converter contained in the control unit 34 can provide the total control energy in the time specified by the speed of the internal combustion engine 10, which in step 120 of FIG. 1 by comparing the control power actually consumed by the actuators 58 with an applicable, predetermined maximum Control power is queried, the needle stroke of the injection valves 30a, 30b, 30c is specified according to the subsequent step 130 in a conventional manner, ie the maximum needle stroke of the valve needles 44 is predetermined by the control signal.
  • step 150 fuel is injected into the combustion chambers 32a, 32b, 32c of the cylinders 33a, 33b, 33c (FIG. 2).
  • the piezoelectric actuators 58 no longer controlled conventionally, but, as can be seen from FIG. 1, the method branches first to query step 140.
  • the piezoelectric actuators 58 are activated after the query 140 with a reduced control signal, which results in a reduced needle stroke and thus a lower overall control energy.
  • the drive time is extended accordingly.
  • step 140 the control unit 34 of the internal combustion engine 10 queries a status flag which states how the needle stroke of the injection valves 30a, 30b, 30c is to be limited.
  • the control signal can be set to a constant maximum value in step 142.
  • the constant maximum value and the characteristic curve can be applied so that adjustments to the stored values are possible at any time.
  • step 130 the fuel is injected into the combustion chambers 32a, 32b, 32c of the cylinders 33a, 33b, 33c according to step 150 even after the control signal has been specified in one of the steps 142, 144.
  • the internal combustion engine 10 can also be operated at a higher speed using the control according to the invention with a reduced needle stroke, without the total control energy to be applied by the DC / DC converter takes impermissibly high values. In this case, there is an increase in performance of the internal combustion engine 10.
  • control power actually required by the actuators 58 which is actually required by the actuators 58, is determined in step 120 by a calculation from the operating variables of the internal combustion engine 10, as has already been described.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine (10) mit mindestens einem Einspritzventil (30), dem ein durch ein Steuergerät (34) der Brennkraftmaschine (10) mit einem Ansteuersignal beaufschlagtes piezoelektrisches Stellglied (58) zugeordnet ist, das einen dem Ansteuersignal entsprechenden Nadelhub einer Ventilnadel (44) des Einspritzventils (30) für eine Kraftstoffeinspritzung bewirkt. Das Ansteuersignal wird in Abhängigkeit von einer von dem piezoelektrischen Stellglied (58) aufgenommenen Ansteuerleistung geändert, um eine Leistungssteigerung der Brennkraftmaschine (10) zu erzielen. Eine Verringerung der Temperatur des Steuergeräts (34) ist ebenfalls möglich.

Description

Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine
Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine mit mindestens einem Einspritzventil, . dem ein durch ein Steuergerät der Brennkraftmaschine mit einem Ansteuersignal beaufschlagtes piezoelektrisches Stellglied zugeordnet ist, das einen dem Ansteuersignal entsprechenden Nadelhub einer Ventilnadel des Einspritzventils für eine Kraftstoffeinspritzung bewirkt .
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Steuergerät für eine Brennkraftmaschine mit mindestens einem
Einspritzventil, dem ein durch das Steuergerät mit einem Ansteuersignal beaufschlagtes piezoelektrisches Stellglied zugeordnet ist, das einen dem Ansteuersignal entsprechenden Nadelhub einer Ventilnadel des Einspritzventils für eine Kraftstoffeinspritzung bewirkt.
Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung ein Computerprogramm für ein Steuergerät einer Brennkraftmaschine mit mindestens einem Einspritzventil, dem ein durch das Steuergerät mit einem Ansteuersignal beaufschlagtes piezoelektrisches Stellglied zugeordnet ist, das einen dem Ansteuersignal entsprechenden Nadelhub einer Ventilnadel des Einspritzventils für eine Kraftstoffeinspritzung bewirkt.
Herkömmliche Betriebsverfahren der eingangs genannten Art haben den Nachteil, dass aufgrund der in den piezoelektrischen Stellgliedern umgesetzten Verlustleistung und der begrenzten, vom Steuergerät bzw. einer
Leistungsendstufe des Steuergeräts bereitgestellten Ansteuerleistung insbesondere bei einer Mehrfacheinspritzung eine obere Drehzahlgrenze für die Brennkraftmaschine definiert wird, die die maximale Leistung der Brennkraftmaschine begrenzt.
Die Leistungsendstufe umfasst üblicherweise einen Gleichstrom-Gleichstrom- (DC/DC) -Wandler, dessen Leistung aus Kostengesichtspunkten und wegen des zur Verfügung stehenden Einbauraums nicht beliebig gesteigert werden kann. Ab der angesprochenen oberen Drehzahlgrenze reicht die Ansteuerleistung des DC/DC-Wandlers nicht mehr aus, die in den piezoelektrischen Stellgliedern umgesetzte Verlustenergie zu kompensieren. Darüber hinaus kann das Steuergerät durch die Erwärmung des DC/DC-Wandlers unzulässig hohe Temperaturen annehmen.
Ein weiterer Nachteil bekannter Verfahren besteht in der Notwendigkeit der Ableitung der Verlustleistung von den piezoelektrischen Stellgliedern, um eine Überhitzung der Stellglieder zu verhindern.
Demgemäß ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Betriebsverfahren, ein Steuergerät und ein Computerprogramm hierfür anzugeben, wodurch eine Leistungssteigerung der Brennkraftmaschine ermöglicht wird und gleichzeitig die in den piezoelektrischen Stellgliedern umgesetzte Verlustleistung verringert wird.
Diese Aufgabe wird bei einem Betriebsverfahren für eine Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Ansteuersignal in Abhängigkeit von einer von dem piezoelektrischen Stellglied aufgenommenen Ansteuerleistung geändert wird.
Dadurch ist es möglich, das Ansteuersignal stets so zu wählen, bspw. zu verringern, dass noch ein sicherer Betrieb der Brennkraftmaschine sowie eine ausreichende Ableitung der Verlustwärme von den piezoelektrischen Stellgliedern gewährleistet ist. Ferner ist auf diese Weise sichergestellt, dass die Steuergerätetemperatur stets innerhalb zulässiger Grenzen bleibt.
Sobald das ein piezoelektrisches Stellglied steuernde Ansteuersignal gegenüber einem Bezugswert verringert wird, verringert sich auch die mechanische Ausdehnung des entsprechenden piezoelektrischen Stellglieds und damit der Nadelhub des entsprechenden Einspritzventils. Die bei einem geringeren Nadelhub in dem piezoelektrischen Stellglied umgesetzte Verlustenergie ist kleiner als bei Ansteuerung des Stellglieds mit dem Bezugswert, so dass bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens auch eine geringere Menge thermischer Energie von dem Stellglied abzuführen ist. Ebenso wird die in der Leistungsendstufe umgesetzte Verlustenergie verringert, wodurch auch die Steuergerätetemperatur sinkt.
Da sich bei verringertem Nadelhub auch ein geringerer statischer Durchfluss an Kraftstoff durch das
Einspritzventil ergibt, muss die Einspritzzeit entsprechend angehoben werden, um bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit reduziertem Nadelhub dieselbe Kraftstoffmenge in einen Brennraum der Brennkraftmaschine einzuspritzen wie mit einer herkömmlichen Ansteuerung.
Um Verschmutzungen zu vermeiden, die z.B. durch ein Einklemmen von Partikeln in einer Öffnung des Einspritzventils entstehen, ist eine Grenze für einen minimalen Nadelhub bzw. ein damit korrespondierendes minimales Ansteuersignal festzulegen.
Ein weiterer, ganz besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens besteht in der Möglichkeit einer Leistungssteigerung der Brennkraftmaschine, die sich dadurch ergibt, dass die obere Drehzahlgrenze für Mehrfacheinspritzungen gegenüber herkömmlichen Verfahren erhöht ist.
Wie bereits angesprochen, wird durch die erfindungsgemäße Reduzierung des Nadelhubs pro Zeit eine geringere Verlustenergie in dem piezoelektrischen Stellglied umgesetzt. Diese Einsparungen, d.h. die Differenz zur maximal zulässigen Verlustenergie, die durch den DC/DC- Wandler kompensiert werden kann, können dazu aufgewandt werden, die Brennkraftmaschine mit einer höheren Drehzahl und Mehrfacheinspritzungen hierbei zu betreiben, wobei die in dem piezoelektrischen Stellglied umgesetzte Verlustenergie aufgrund ihrer Proportionalität zur Drehzahl wieder zunimmt. Somit ist ein Betrieb der Brennkraftmaschine bei gleicher maximaler Leistung des DC/DC-Wandlers und erhöhter maximaler Drehzahl mit Mehrfacheinspritzungen und damit erhöhter maximaler Leistung der Brennkraftmaschine möglich.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird bei Überschreiten einer vorgebbaren maximalen Ansteuerleistung das Ansteuersignal auf einen Maximalwert reduziert. Die maximale Ansteuerleistung entspricht beispielsweise einer vorgegebenen Maximaldrehzahl der Brennkraftmaschine bei Mehrfacheinspritzung. Durch entsprechende Wahl des
Maximalwerts ist dabei eine Reduzierung des Nadelhubs möglich, so dass bei gleicher Verlustleistung im piezoelektrischen Stellglied die Drehzahl der Brennkraftmaschine bei Mehrfacheinspritzung gesteigert werden kann.
Eine ganz besonders einfache Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass der Maximalwert eine Konstante ist. Bei dieser Ausführungsform wird das Ansteuersignal für das piezoelektrische Stellglied bei Überschreiten der vorgebbaren maximalen Ansteuerleistung bzw. einer damit korrespondierenden Maximaldrehzahl auf den konstanten Maximalwert gesetzt.
Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird der Maximalwert in Abhängigkeit von einer
Kennlinie gewählt, die beispielsweise in einem Speicher des Steuergeräts abgelegt ist.
Die Kennlinie ist, ebenso wie der konstante Maximalwert, applizierbar, so dass eine Veränderung der betreffenden Werte auch noch nach der Erstinbetriebnahme der
Brennkraftmaschine möglich ist. Auch die maximale Ansteuerleistung ist zur Steigerung der Flexibilität vorzugsweise applizierbar.
Besonders vorteilhaft ist gemäß einer weiteren Variante der Erfindung, dass die von dem piezoelektrischen Stellglied aufgenommene Ansteuerleistung aus Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine berechnet wird. Auf diese Weise ist eine Überwachung der zum Betrieb des Stellglieds erforderlichen Ansteuerleistung möglich, wobei die Ansteuerleistung allein aus Größen ermittelbar ist, die alle in dem Steuergerät der Brennkraftmaschine vorliegen, nämlich: die Verlustenergie des Stellglieds je Nadelhub, die Anzahl der Einspritzungen je Zyklus und die Drehzahl der Brennkraftmaschine.
Bei einer anderen Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die von dem piezoelektrischen Stellglied aufgenommene Ansteuerleistung messtechnisch erfasst. Hierzu wird beispielsweise die auf das piezoelektrische Stellglied fließende Ladungsmenge und die entsprechende Ladezeit sowie ggf. weitere Größen erfasst.
Als eine weitere Lösung der Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein Steuergerät für eine Brennkraftmaschine vorgeschlagen, mit mindestens einem Einspritzventil, dem ein durch das Steuergerät mit einem Ansteuersignal beaufschlagtes piezoelektrisches Stellglied zugeordnet ist, das einen dem Ansteuersignal entsprechenden Nadelhub einer Ventilnadel des Einspritzventils für eine Kraftstoffeinspritzung bewirkt. Bei dem Steuergerät ist das Ansteuersignal in Abhängigkeit von einer von dem piezoelektrischen Stellglied aufgenommenen Ansteuerleistung änderbar.
Ferner ist als noch eine weitere Lösung für die Aufgabe der vorliegenden Erfindung bei einem Computerprogramm der eingangs genannten Art vorgeschlagen, dass das Computerprogramm zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist. Das Computerprogramm ist vorteilhaft auf einem elektrischen Speichermedium, insbesondere auf einem Flash-Memory oder einem Read-Only- Memory, abgespeichert. Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in der Zeichnung.
Figur 1 zeigt einen Ablaufplan einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens,
Figur 2 zeigt eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine, und
Figur 3 zeigt ein Einspritzventil der Brennkraftmaschine aus Figur 2.
Figur 1 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, das bei einer in Figur 2 strichpunktiert dargestellten Brennkraftmaschine 10 eingesetzt wird, um eine maximale Drehzahl und damit auch eine maximale Leistung der Brennkraftmaschine 10 zu erhöhen.
Die Brennkraftmaschine 10 weist Einspritzventile 30a, 30b, 30c auf, die Kraftstoff aus einer Kraftstoff-Sammelleitung 26 direkt in Brennräume 32a, 32b, 32c der Zylinder 33a, 33b, 33c einspritzen. Die Einspritzventile 30a, 30b, 30c werden von einem Steuergerät 34 der Brennkraftmaschine 10 gesteuert .
Der genaue Aufbau der Einspritzventile 30a, 30b, 30c ergibt sich aus Figur 3, in der beispielhaft ein Einspritzventil 30 abgebildet ist. Jedes der Einspritzventile 30a, 30b, 30c weist ein piezoelektrisches Stellglied 58 auf, das eine Ventilnadel 44 des jeweiligen Einspritzventils 30a, 30b, 30c antreibt.
Der von der Ventilnadel 44 zurückgelegte Weg, der auch als Nadelhub bezeichnet wird, ist proportional zu einem Ansteuersignal, mit dem das piezoelektrische Stellglied 58 von dem Steuergerät 34 (Figur 2) der Brennkraftmaschine 10 über die Leitungen 70 (Figur 3) beaufschlagt wird.
Das Ansteuersignal wird innerhalb des Steuergeräts 34 von einem DC/DC-Wandler (nicht gezeigt) erzeugt, der im vorliegenden Fall alle piezoelektrischen Stellglieder 58 der Einspritzventile 30a, 30b, 30c (Figur 2) der Brennkraftmaschine 10 mit dem Ansteuersignal versorgt. Da es sich bei den piezoelektrischen Stellgliedern 58 um Bauelemente mit im wesentlichen kapazitiven Eigenschaften handelt, fließt bei einer Ansteuerung mit dem
Ansteuersignal eine zu dem Ansteuersignal proportionale Menge elektrischer Ladung auf die / von den Stellglieder (n) 58.
Die vom DC/DC-Wandler zur Ansteuerung der piezoelektrischen Stellglieder 58 aufzubringende elektrische Energie, die im folgenden als Gesamtansteuerungsenergie bezeichnet wird, ergibt sich aus dem Produkt der Zahl der Zylinder 33a, 33b, 33c der Brennkraftmaschine 10, der Verlustleistung eines Stellglieds 58 in Abhängigkeit vom Nadelhub, der Zahl der Ansteuerungen des Stellglieds 58 je Einspritzzyklus und der Drehzahl der Brennkraftmaschine 10.
In einem ersten Schritt 110 des erfindungsgemäßen Verfahrens (Figur 1) wird eine mit der
Gesamtsteuerungsenergie korrespondierende Ansteuerleistung ausgewertet, die von den piezoelektrischen Stellgliedern 58 der Einspritzventile 30a, 30b, 30c der Brennkraftmaschine 10 aufgenommen wird, um die Ventilnadel 44 des jeweiligen Einspritzventils 30a, 30b, 30c zu bewegen.
Solange der im Steuergerät 34 enthaltene DC/DC-Wandler die Gesamtansteuerungsenergie in der durch die Drehzahl der Brennkraftmaschine 10 vorgegebenen Zeit bereitstellen kann, was im Schritt 120 der Figur 1 durch einen Vergleich der tatsächlich von den Stellgliedern 58 aufgenommenen Ansteuerleistung mit einer applizierbaren, vorgegebenen maximalen Ansteuerleistung abgefragt wird, erfolgt die Vorgabe des Nadelhubs der Einspritzventile 30a, 30b, 30c gemäß dem nachfolgenden Schritt 130 auf konventionelle Weise, d.h. es wird der maximale Nadelhub der Ventilnadeln 44 durch das Ansteuersignal vorgegeben.
Anschließend erfolgt in Schritt 150 die Einspritzung von Kraftstoff in die Brennräume 32a, 32b, 32c der Zylinder 33a, 33b, 33c (Figur 2) .
Falls der Vergleich der tatsächlich von den Stellgliedern 58 aufgenommenen Ansteuerleistung mit der vorgegebenen maximalen Ansteuerleistung in Schritt 120 jedoch ergibt, dass der DC/DC-Wandler bei gegebener Drehzahl sowie Mehrfacheinspritzung der Brennkraftmaschine 10 die Gesamtansteuerungsenergie nicht mehr aufwenden kann, werden die piezoelektrischen Stellglieder 58 erfindungsgemäß nicht mehr konventionell angesteuert, sondern es wird, wie aus Figur 1 ersichtlich, zunächst in den Abfrageschritt 140 verzweigt .
Unabhängig von dem Ergebnis der noch zu erläuternden Abfrage 140 werden die piezoelektrischen Stellglieder 58 nach der Abfrage 140 mit einem reduzierten Ansteuersignal angesteuert, wodurch sich ein reduzierter Nadelhub und damit eine geringere Gesamtansteuerungsenergie ergibt. Um trotzdem dieselbe Einspritzmenge wie bei der konventionellen Ansteuerung mit maximalem Nadelhub, vgl. Schritt 130, zu erhalten, wird die Ansteuerzeit entsprechend verlängert.
In Schritt 140 schließlich wird von dem Steuergerät 34 der Brennkraftmaschine 10 ein Statusflag abgefragt, das besagt, auf welche Weise der Nadelhub der Einspritzventile 30a, 30b, 30c begrenzt werden soll. Zum einen kann das Ansteuersignal in Schritt 142 auf einen konstanten Maximalwert gesetzt werden. Andererseits ist es bei dem Verfahren gemäß Figur 1 auch möglich, den Maximalwert für das Ansteuersignal im Schritt 144 in Abhängigkeit von einer Kennlinie zu wählen, die in einem Speicher des Steuergeräts 34 abgelegt ist.
Der konstante Maximalwert und die Kennlinie sind applizierbar, so dass Anpassungen der gespeicherten Werte jederzeit möglich sind.
Analog zu Schritt 130 erfolgt auch nach der Vorgabe des Ansteuersignais in einem der Schritte 142, 144 die Einspritzung von Kraftstoff in die Brennräume 32a, 32b, 32c der Zylinder 33a, 33b, 33c gemäß Schritt 150.
Aufgrund des geringeren Nadelhubs bei der Ansteuerung der piezoelektrischen Stellglieder 58 gemäß einem der Schritte 142, 144 ergibt sich bei gleicher Drehzahl im Vergleich zur Ansteuerung der Stellglieder 58 mit maximalem Nadelhub eine Reduzierung der von den Stellgliedern 58 aufgenommenen Ansteuerleistung, so dass die von den Stellgliedern 58 abzuführende Wärmeenergie ebenfalls verringert ist. Zusätzlich verringert sich die Temperatur des Steuergeräts 34 entsprechend.
Alternativ kann die Brennkraftmaschine 10 unter Einsatz der erfindungsgemäßen Ansteuerung mit reduziertem Nadelhub auch bei einer höheren Drehzahl betrieben werden, ohne dass die vom DC/DC-Wandler aufzubringende Gesamtansteuerungsenergie unzulässig hohe Werte annimmt. In diesem Fall ergibt sich eine Leistungssteigerung der Brennkraftmaschine 10.
Die Ermittlung der im Schritt 120 für den beschriebenen Vergleich erforderlichen tatsächlich von den Stellgliedern 58 aufgenommenen Ansteuerleistung erfolgt im vorliegenden Fall durch eine Berechnung aus den Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine 10, wie sie bereits beschrieben worden ist.
Alternativ hierzu ist es auch möglich, die tatsächlich von den Stellgliedern 58 aufgenommene Ansteuerleistung messtechnisch zu erfassen, indem die auf das jeweilige piezoelektrische Stellglied 58 fließende Ladungsmenge und die entsprechende Ladezeit hierfür sowie ggf. weitere Größen der Brennkraftmaschine 10 erfasst werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine (10) mit mindestens einem Einspritzventil (30), dem ein durch ein Steuergerät (34) der Brennkraftmaschine (10) mit einem Ansteuersignal beaufschlagtes piezoelektrisches Stellglied (58) zugeordnet ist, das einen dem Ansteuersignal entsprechenden Nadelhub einer Ventilnadel (44) des Einspritzventils (30) für eine Kraftstoffeinspritzung bewirkt, dadurch gekennzeichnet, dass das Ansteuersignal in Abhängigkeit von einer von dem piezoelektrischen Stellglied (58) aufgenommenen Ansteuerleistung geändert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Überschreiten einer vorgebbaren maximalen Ansteuerleistung das Ansteuersignal auf einen Maximalwert reduziert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Maximalwert eine Konstante ist.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Maximalwert in Abhängigkeit von einer Kennlinie gewählt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die maximale Ansteuerleistung und/oder der Maximalwert und/oder die Kennlinie für den Maximalwert appliziert wird.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die von dem piezoelektrischen Stellglied (58) aufgenommene Ansteuerleistung aus Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine (10) berechnet wird.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die von dem piezoelektrischen Stellglied (58) aufgenommene Ansteuerleistung messtechnisch erfasst wird.
8. Steuergerät (34) für eine Brennkraftmaschine (10) mit mindestens einem Einspritzventil (30) , dem ein durch das Steuergerät (34) mit einem Ansteuersignal beaufschlagtes piezoelektrisches Stellglied (58) zugeordnet ist, das einen dem Ansteuersignal entsprechenden Nadelhub einer Ventilnadel (44) des Einspritzventils (30) für eine Kraftstoffeinspritzung bewirkt, dadurch gekennzeichnet, dass das Ansteuersignal in Abhängigkeit von einer von dem piezoelektrischen Stellglied (58) aufgenommenen Ansteuerleistung änderbar ist.
9. Computerprogramm für ein Steuergerät (34) einer Brennkraftmaschine (10) mit mindestens einem Einspritzventil (30), dem ein durch das Steuergerät (34) mit einem Ansteuersignal beaufschlagtes piezoelektrisches Stellglied (58) zugeordnet ist, das einen dem Ansteuersignal entsprechenden Nadelhub einer Ventilnadel (44) des Einspritzventils (30) für eine Kraftstoffeinspritzung bewirkt, dadurch gekennzeichnet, dass das Computerprogramm zur Ausführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 geeignet ist.
10. Computerprogramm nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Computerprogramm auf einem elektrischen Speichermedium, insbesondere auf einem Flash- Memory oder einem Read-Only-Memory abgespeichert ist.
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