DE102013201777A1 - Method for driving injector of internal combustion engine in common rail injection system or fuel injection system, involves correcting deviating time for control start of injector individually, if zero stroke is reached at preset voltage - Google Patents

Method for driving injector of internal combustion engine in common rail injection system or fuel injection system, involves correcting deviating time for control start of injector individually, if zero stroke is reached at preset voltage Download PDF

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Volker Beuche
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Abstract

The method involves calculating a point of time (50) for which a zero stroke voltage (32-2,33-2,34-2) is reached to a predetermined voltage, during the operation of an internal combustion engine at a predetermined control start (32-1,34-1), based on a predetermined voltage gradient by an engine control unit. The deviating time for control start of an injector is corrected individually, if the zero stroke is reached at the predetermined voltage from a setpoint value. An independent claim is included for an injector with a control unit.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ansteuern eines Einspritzventils bzw. Injektors einer Brennkraftmaschine sowie ein entsprechendes Einspritzventil und ein Kraftstoffeinspritzsystem.The present invention relates to a method for controlling an injection valve or injector of an internal combustion engine and to a corresponding injection valve and a fuel injection system.

Stand der TechnikState of the art

Einspritzventile für Kraftstoffeinspritzsysteme, insbesondere für Common-Rail-Einspritzsysteme haben die Aufgabe, Kraftstoff möglichst fein zerstäubt in einen zugeordneten Brennraum einzuspritzen. Für eine gute Zerstäubung wird der Kraftstoff mit sehr hohem Druck beaufschlagt, bevor dieser bei Durchtritt durch entsprechende Düsenlöcher einer Einspritzdüse fein zerstäubt wird. Injection valves for fuel injection systems, in particular for common rail injection systems have the task of injecting the finest possible atomized fuel into an associated combustion chamber. For a good atomization of the fuel is subjected to very high pressure before it is finely atomized when passing through corresponding nozzle holes of an injection nozzle.

Ein Einspritzventil weist üblicherweise eine Ventilnadel auf, die innerhalb eines Ventilkörpers verschieblich gelagert ist. Die Ventilnadel weist einen Nadelsitz auf, der bei geschlossenem Einspritzventil an einem Sitz im Ventilkörper anliegt. Wenn die Ventilnadel mit ihrem Nadelsitz vom Ventilkörpersitz abgehoben wird, kann unter Hochdruck stehender Kraftstoff zu den Ventil- bzw. Düsenlöchern gelangen und dort zerstäubt werden.An injection valve usually has a valve needle which is displaceably mounted within a valve body. The valve needle has a needle seat which rests against a seat in the valve body when the injection valve is closed. When the valve needle is lifted with its needle seat from the valve body seat, high-pressure fuel can reach the valve or nozzle holes and be atomized there.

In einer bekannten Bauart von Common Rail Injektoren wird die Ventilnadel mittelbar oder unmittelbar von einem Piezoaktor betätigt, um die Einspritzung von Kraftstoff einzuleiten bzw. zu beenden. In Piezoinjektoren ist es notwendig, unabhängig von Fertigungstoleranzen und Bauteildehnungen, z. B. aufgrund von Temperaturschwankungen, einen Kraftschluss zwischen Piezoaktor und weiteren Bauteilen in einer entsprechenden Schaltkette zur Betätigung der Ventilnadel zu gewährleisten, beispielsweise das vom Piezoaktor zu betätigende Ventilstück eines Servoventils. In a known type of common rail injectors, the valve needle is actuated directly or indirectly by a piezoactuator to initiate or stop the injection of fuel. In Piezoinjektoren it is necessary, regardless of manufacturing tolerances and component strains, z. B. due to temperature fluctuations, to ensure a positive connection between the piezoelectric actuator and other components in a corresponding switching chain for actuating the valve needle, for example, to be actuated by the piezoelectric actuator valve piece of a servo valve.

Eine bekannte Lösung zur Gewährleistung des Kraftschlusses ist ein so genannter hydraulischer Koppler, dessen Funktion einem Hydrostößel ähnelt.A known solution for ensuring the frictional connection is a so-called hydraulic coupler whose function resembles a hydraulic tappet.

Alternativ besteht die theoretische Möglichkeit, den Kraftsschluss durch den Piezoaktor selbst zu gewährleisten. Dafür ist es erforderlich, die Ansteuerung des Piezoaktors dahingehend anzupassen, dass Dehnungseffekte kompensiert werden. Alternatively, there is the theoretical possibility to ensure the force closure by the piezoelectric actuator itself. For this it is necessary to adapt the activation of the piezoactuator in such a way that expansion effects are compensated.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Es ist nunmehr eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Möglichkeit vorzusehen, einen Injektor einer Brennkraftmaschine so anzusteuern, dass auf einen hydraulischen Koppler verzichtet werden kann, ohne dass die Einspritzqualität, insbesondere im Hinblick auf Einspritzbeginn und Einspritzmenge, negativ beeinflusst werden würde.It is now an object of the present invention to provide a way to control an injector of an internal combustion engine so that can be dispensed with a hydraulic coupler without the injection quality, especially with regard to injection start and injection quantity, would be adversely affected.

Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 sowie einen Injektor mit den Merkmalen von Patentanspruch 7 und ein Kraftstoffeinspritzsystem mit den Merkmalen von Patentanspruch 10. Weitere Ausgestaltungen sind den jeweiligen Unteransprüchen zu entnehmen.This object is achieved by a method having the features of patent claim 1 and an injector having the features of patent claim 7 and a fuel injection system having the features of patent claim 10. Further embodiments can be found in the respective subclaims.

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Ansteuern eines Injektors, im Folgenden auch Einspritzventil genannt, einer Brennkraftmaschine bereitgestellt. Dabei umfasst der Injektor einen piezoelektrischen Aktor, der mit einem mit einer Ventilnadel gekoppelten Schaltventil gekoppelt ist und an dem eine elektrische Spannung angelegt wird, die zu einer Längenänderung des piezoelektrischen Aktors führt. According to the invention, a method for controlling an injector, also referred to below as an injection valve, of an internal combustion engine is provided. In this case, the injector comprises a piezoelectric actuator which is coupled to a switching valve coupled to a valve and to which an electrical voltage is applied, which leads to a change in length of the piezoelectric actuator.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ferner für den piezoelektrischen Aktor eine Nullhubspannung bestimmt, bei deren Überschreiten das Schaltventil öffnet. Die Nullhubspannung gibt somit diejenige Spannung an, die an den piezoelektrischen Aktor anzulegen ist, um den piezoelektrischen Aktor genau so weit in seiner Länge zu ändern, dass er gerade an dem entsprechend vorgesehenen Schaltventil zur Anlage kommt, ohne jedoch eine Betätigung des Schaltventils zu bewirken. Somit kann noch kein Kraftstoff durch das Ventil strömen. Sobald jedoch dieser minimale Hub, im Folgenden auch Nullhub des piezoelektrischen Aktors genannt, überschritten ist, d. h. der Aktor am Schaltventil anliegt, wird die Ventilnadel angehoben, sodann entfernt sich die Ventilnadel von der durch die Ventilnadel zu schließende Bohrung im Ventilkörper und gibt diese für ein Einströmen von Kraftstoff frei. Ein Verzicht auf den voranstehend genannten hydraulischen Koppler führt dazu, dass der piezoelektrische Aktor quasi einen lastfreien Leerhub bzw. Nullhub ausführen muss, ehe er an dem entsprechend vorgesehenen Schaltventil anliegt. Erst nachdem dieser Nullhub bzw. Leerhub vollzogen ist, erfolgt eine Betätigung des Schaltventils unter Last. In the method according to the invention, a zero stroke voltage is further determined for the piezoelectric actuator, when exceeded, the switching valve opens. The zero-stroke voltage thus indicates the voltage which is to be applied to the piezoelectric actuator to change the piezoelectric actuator just so far in its length that it just comes to the appropriately provided switching valve to the plant, but without causing actuation of the switching valve. Thus, no fuel can flow through the valve yet. However, as soon as this minimum stroke, also called the zero stroke of the piezoelectric actuator below, is exceeded, d. H. the actuator is applied to the switching valve, the valve needle is raised, then the valve needle moves away from the valve needle to be closed by the bore in the valve body and releases it for an influx of fuel. A waiver of the above-mentioned hydraulic coupler causes the piezoelectric actuator quasi perform a no-load idle stroke or zero stroke before it rests against the correspondingly provided switching valve. Only after this zero stroke or idle stroke has been completed, the switching valve is actuated under load.

Der genannte Nullhub wird bei einer bestimmten Spannung, im Folgenden als Nullhubspannung bezeichnet, erreicht. Die Nullhubspannung ist abhängig von einer Toleranz-, Dehnungs- und Verschleißsituation eines entsprechenden Injektors und demnach für jeden Injektor unterschiedlich. Ein Motorsteuergerät regelt einen Spannungsaufbau am piezoelektrischen Aktor des Injektors, wobei hier vorgesehen ist, dass der Spannungsaufbau durch das Motorsteuergerät mit einer definierten Geschwindigkeit erfolgt. Im Falle eines Einspritzsystems mit mehreren Injektoren ist in der Regel vorgesehen, dass alle Injektoren bei einem konstanten Ansteuerbeginn angesteuert werden. Da jedoch, wie voranstehend erläutert, die Nullhubspannung von Injektor zu Injektor unterschiedlich sein kann, bedeutet dies, dass die Nullhubspannung bei konstantem Ansteuerbeginn und gleichem Spannungsaufbau, d. h. gleichem Spannungsgradienten, für jeden Injektor zu einem anderen Zeitpunkt erreicht wird. Dadurch kommt es in der Regel bei zumindest manchen der Injektoren zu Abweichungen eines Einspritzbeginns und einer Einspritzmenge von einem vorgegebenen Sollwert. The said zero stroke is achieved at a certain voltage, hereinafter referred to as zero stroke voltage. The zero stroke voltage is dependent on a tolerance, strain and wear situation of a corresponding injector and therefore different for each injector. An engine control unit regulates a voltage buildup on the piezoelectric actuator of the injector, wherein it is provided here that the voltage build-up by the engine control unit takes place at a defined speed. In the case of an injection system with a plurality of injectors, it is generally provided that all injectors are actuated at a constant activation start become. However, as discussed above, since the zero stroke voltage may vary from injector to injector, this means that the zero stroke voltage is achieved at a different timing for each injector at a constant initiation of initiation and equal stress build-up, ie same voltage gradient. As a result, in the case of at least some of the injectors, deviations of an injection start and of an injection quantity from a predetermined desired value usually occur.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es nunmehr möglich, den Ansteuerbeginn injektorindividuell zu korrigieren, so dass die Nullhubspannung zu einem vorgegebenen Zeitpunkt erreicht wird. Das bedeutet, dass in der Regel bei einem Einspritzsystem mit mehreren Injektoren nicht länger ein für alle Injektoren gemeinsamer konstanter Ansteuerbeginn zu wählen ist, sondern vielmehr für jeden Injektor individuell der Ansteuerbeginn festgelegt wird. Dabei ist es denkbar, dass sich der Ansteuerbeginn für jeden Injektor auch über die Lebensdauer des Injektors ändern kann und dadurch entsprechend dynamisch angepasst werden muss. Das bedeutet, dass die Nullhubspannung für jeden Injektor wiederholt, ggf. periodisch bestimmt werden muss und darüber der jeweilige Zeitpunkt, zu welchem diese Nullhubspannung erreicht wird, worüber dann der injektorindividuelle Ansteuerbeginn festzulegen ist. With the method according to the invention, it is now possible to correct the activation start in an injector-individual manner, so that the zero-stroke voltage is reached at a predetermined point in time. This means that, as a rule, in an injection system with several injectors, it is no longer necessary to select a constant start of control which is common to all injectors, but rather to define the start of activation individually for each injector. It is conceivable that the start of control for each injector can also change over the life of the injector and thus must be adjusted accordingly dynamic. This means that the zero-stroke voltage for each injector must be repeated, possibly periodically determined, and above this the respective time at which this zero-stroke voltage is reached, via which then the injector-individual control start is to be determined.

In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Ansteuerbeginn derart korrigiert, dass Einspritzzeitpunkt und Einspritzmenge des jeweiligen Injektors dem vorgegebenen Sollwert entsprechen. In a further embodiment of the method according to the invention, the activation start is corrected in such a way that injection time and injection quantity of the respective injector correspond to the predetermined desired value.

In weiterer Ausgestaltung wird vorgesehen, dass der Ansteuerbeginn derart korrigiert wird, dass Einspritzbeginn- und Einspritzmengen-Toleranzen eliminiert werden. In a further embodiment it is provided that the control start is corrected in such a way that injection start and injection quantity tolerances are eliminated.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Verfahren in einem Common-Rail-Einspritzsystem mit einem Piezo-Injektor, d. h. einem Einspritzventil mit piezoelektrischem Aktor, ohne hydraulischem Koppler eingesetzt.According to a further embodiment of the method according to the invention, the method in a common rail injection system with a piezo injector, d. H. an injection valve with piezoelectric actuator, used without hydraulic coupler.

Wie bereits voranstehend erläutert, ist es gemäß weiterer Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, im Falle einer Brennkraftmaschine mit mehreren Injektoren für jeden Injektor eine Nullhubspannung für einen jeweiligen piezoelektrischen Aktor injektorindividuell zu bestimmen. Ferner wird sodann im Betrieb der Brennkraftmaschine bei einem für alle Injektoren gleich vorgegebenen Ansteuerbeginn auf Basis des durch das Motorsteuergerät vorgegebenen Spannungsgradienten für jeden Injektor separat der Zeitpunkt berechnet, zu dem die bestimmte Nullhubspannung des piezoelektrischen Aktors des jeweiligen Injektors erreicht wird, und falls die Nullhubspannung zu einem von einem vorgegebenen Sollwert abweichenden Zeitpunkt erreicht wird, der Ansteuerbeginn injektorindividuell korrigiert.As already explained above, it is provided according to further embodiments of the method according to the invention, in the case of an internal combustion engine having a plurality of injectors for each injector to determine a zero stroke voltage for a respective piezoelectric actuator injector individually. Further, in the operation of the internal combustion engine is calculated at a predetermined for all injectors control start on the basis of predetermined by the engine control unit voltage gradient for each injector separately the time at which the particular zero stroke voltage of the piezoelectric actuator of the respective injector is achieved, and if the zero stroke voltage to is reached a deviating from a predetermined setpoint time, the start of control corrected injector individually.

Eine injektorindividuelle Erkennung bzw. Bestimmung des Nullhubs und damit der Nullhubspannung ist technisch möglich und wird beispielhaft in EP 1 789 675 B1 beschrieben. Das Motorsteuergerät gibt bei der Ansteuerung des Piezo-Injektors einen definierten Spannungsgradienten vor. Bei bekanntem Ansteuerbeginn kann der Zeitpunkt berechnet werden, zu dem die Nullhubspannung erreicht wird und damit der Zeitpunkt zu dem das Schaltventil öffnet. Sofern die Nullhubspannung und damit der Öffnungszeitpunkt des Schaltventils injektorindividuell zu einem vom Sollwert abweichenden Zeitpunkt erreicht wird, wird der bislang konstant vorgegebene Ansteuerbeginn injektorindividuell korrigiert, so dass ein injektorindividueller Ansteuerbeginn gegeben ist. Dies führt dazu, dass Einspritzbeginn und Einspritzmenge wieder dem vorgegebenen Sollwert entsprechen. Die Erfindung betrifft ferner einen Injektor zur Verwendung in einer Brennkraftmaschine mit einem Gehäuse, einer darin beweglich angeordneten, einem Schaltventil zugeordneten Ventilnadel und einem piezoelektrischen Aktor, der mit dem Schaltventil und darüber mit der Ventilnadel gekoppelt ist und an den eine elektrische Spannung anzulegen ist, die zu einer Längenänderung des piezoelektrischen Aktors führt. Dem piezoelektrischen Aktor ist dabei eine Nullhubspannung zugeordnet, bei deren Überschreiten das Schaltventil und infolgedessen der Injektor öffnet. An injector-individual recognition or determination of the zero stroke and thus the zero stroke voltage is technically possible and is exemplified in EP 1 789 675 B1 described. The engine control unit specifies a defined voltage gradient when controlling the piezo injector. If the start of control is known, the point in time at which the zero-stroke voltage is reached and thus the time at which the switching valve opens can be calculated. If the zero stroke voltage and thus the opening time of the switching valve is achieved injector-individual to a deviating from the desired time, the hitherto constant predetermined control start is corrected injector individually, so that an injector-individual control start is given. This leads to the start of injection and the injection quantity again corresponding to the predetermined desired value. The invention further relates to an injector for use in an internal combustion engine with a housing, a movable therein, a switching valve associated valve needle and a piezoelectric actuator, which is coupled to the switching valve and above with the valve needle and to which an electrical voltage is applied, the leads to a change in length of the piezoelectric actuator. The piezoelectric actuator is associated with a Nullhubspannung, when exceeded, the switching valve and consequently the injector opens.

Bei dem erfindungsgemäßen Einspritzventil ist vorgesehen, dass im Betrieb der Brennkraftmaschine bei einem vorgegebenen Ansteuerbeginn auf Basis eines durch ein Motorsteuergerät vorgegebenen Spannungsgradienten der Zeitpunkt zu berechnen ist, zu dem die bestimmte Nullhubspannung erreicht wird, und falls die Nullhubspannung zu einem von einem vorgegebenen Sollwert abweichenden Zeitpunkt erreicht wird, der Ansteuerbeginn injektorindividuell zu korrigieren ist.In the injection valve according to the invention, it is provided that, during operation of the internal combustion engine, the time at which the determined zero-stroke voltage is reached is determined for a given control start on the basis of a voltage gradient predetermined by an engine control unit, and if the zero-stroke voltage deviates from a given desired time is reached, the start of actuation injector is to be corrected individually.

Das erfindungsgemäße Einspritzventil ist insbesondere ohne hydraulischen Koppler ausgebildet. Ferner ist das Einspritzventil gemäß weiterer Ausführungsformen in einem Common-Rail-Einspritzsystem einsetzbar.The injection valve according to the invention is designed in particular without a hydraulic coupler. Furthermore, according to further embodiments, the injection valve can be used in a common-rail injection system.

Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Kraftstoffeinspritzsystem mit einem oder mehreren erfindungsgemäßen Einspritzventilen, bei welchen jeweils ein erfindungsgemäßes Verfahren, wie voranstehend ausgeführt, ausführbar ist.The present invention further relates to a fuel injection system with one or more injection valves according to the invention, in each of which a method according to the invention, as stated above, is executable.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen. Further advantages and embodiments of the invention will become apparent from the description and the accompanying drawings.

Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination indicated, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

1 zeigt in schematischer Darstellung einen Zusammenhang zwischen einer Nullhubspannung eines piezoelektrischen Aktors eines Injektors und einem Einspritzbeginn des entsprechenden Injektors. 1 shows a schematic representation of a relationship between a zero stroke voltage of a piezoelectric actuator of an injector and an injection start of the corresponding injector.

2 zeigt in schematischer Darstellung einen weiteren Zusammenhang zwischen einer Nullhubspannung eines piezoelektrischen Aktors eines Injektors und einem Einspritzbeginn des Injektors, wobei hier ein elektrischer Ansteuerbeginn gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens korrigiert wurde. 2 shows a schematic representation of a further relationship between a zero stroke voltage of a piezoelectric actuator of an injector and an injection start of the injector, in which case an electrical control start has been corrected according to an embodiment of the method according to the invention.

1 zeigt einen Zusammenhang zwischen einer Nullhubspannung und einem Einspritzbeginn. Auf einer Abszisse 20 ist die Zeit aufgetragen, und auf einer Ordinate 21 ist die an einen entsprechenden piezoelektrischen Aktor eines Injektors anzulegende Spannung aufgetragen. Dabei ist der Spannungsverlauf 22 über die Zeit aufgetragen. Je nach piezoelektrischem Aktor, die untereinander unterschiedlich sind, und je nach herrschender beispielsweise temperaturbedingter Dehnungssituation oder Verschleißsituation ist der Einspritzbeginn unterschiedlich, d. h. der Zeitpunkt, zu welchem das Schaltventil geöffnet, d. h. die Ventilnadel so weit angehoben wird, dass Kraftstoff durch eine entsprechende Bohrung im Injektor einströmen kann. Der Einspritzbeginn ist abhängig von einem voranstehend bereits erwähnten Nullhub des piezoelektrischen Aktors, gekoppelt mit einer Nullhubspannung, die von Injektor zu Injektor variieren kann. Da ein Motorsteuergerät bei einem vorgegebenen Ansteuerbeginn die Spannung auf Basis eines vorgegebenen Spannungsgradienten am piezoelektrischen Aktor anhebt, ist der Spannungsverlauf 22 vorgegeben. Es ergibt sich ein Spannungsanstieg über die Zeit bis zum Erreichen der Sättigungsspannung 22_1. Was sich jedoch von Injektor zu Injektor ändert, ist der Zeitpunkt, zu welchem die Nullhubspannung erreicht wird, d. h. diejenige Spannung, ab welcher eine Einspritzung tatsächlich stattfindet. Dabei ergibt sich bei einem konstanten Ansteuerbeginn für alle Injektoren, dass sich der Zeitpunkt, zu welchem eine jeweilige Nullhubspannung für die einzelnen piezoelektrischen Aktoren erreicht wird, in einem Intervall von t_min bis t_max befindet und nicht für alle Injektoren gleich ist, so dass bei konstantem Ansteuerbeginn der Einspritzzeitpunkt von Injektor zu Injektor zu einem anderen Zeitpunkt innerhalb des Intervalls [t_min, t_max] liegt. In der Darstellung sind zwei Zeitpunkte 23 und 25 aufgezeigt, die jeweils über den Spannungsverlauf 22 mit einer entsprechenden Spannung gekoppelt sind, wobei zum Zeitpunkt 23 eine Nullhubspannung 24 und zum Zeitpunkt 25 eine Nullhubspannung 26 verbunden ist, was bedeutet, dass für einen ersten Injektor bei einem Zeitpunkt 23 die für ihn bestimmte Nullhubspannung 24 erreicht ist und somit eine Einspritzung beginnt, während für einen zweiten Injektor zu einem Zeitpunkt 25 eine mit ihm verbundene Nullhubspannung 26 erreicht wird, so dass für diesen zweiten Injektor die Einspritzung erst zu einem späteren Zeitpunkt, nämlich zum Zeitpunkt 25 beginnt. Das sich ergebende Zeitintervall zwischen Zeitpunkt 23 und Zeitpunkt 25 ist in 2 durch einen Doppelpfeil 29 angedeutet. Ein nomineller Einspritzzeitpunkt 27 ist gekoppelt mit einer nominellen Nullhubspannung 28, wobei, wie voranstehend erläutert, die Injektoren bezüglich ihrer Nullhubspannung sich sowohl unterhalb als auch oberhalb dieser nominellen Nullhubspannung 28 bewegen können. Die Nullhubspannung bzw. der damit verbundene Nullhub des piezoelektrischen Aktors hängt von einer Toleranz- und Verschleißsituation im Zusammenspiel zwischen piezoelektrischem Aktor, Druckstange und Schaltventil ab. Daraus ergibt sich, dass der zum Ventilöffnen erforderliche Nullhub je nach piezoelektrischem Aktor und entsprechender Verschleißsituation unterschiedlich ist. Mit unterschiedlichem Piezo-Hub bzw. Nullhub ergibt sich automatisch auch eine zum Ventilöffnen unterschiedlich erforderliche Nullhubspannung. Dadurch kann, wie 2 zeigt, ein signifikanter Einfluss auf den Zeitpunkt des Ventilöffnens und somit eine Einspritzbeginn- und Einspritzmengen-Toleranz entstehen. 1 shows a relationship between a zero stroke voltage and an injection start. On an abscissa 20 time is plotted, and on an ordinate 21 the applied to a corresponding piezoelectric actuator of an injector voltage is applied. Here is the voltage curve 22 applied over time. Depending on the piezoelectric actuator, which are different from each other, and depending on the prevailing temperature-induced strain situation or wear situation, the start of injection is different, ie the time at which the switching valve is opened, ie the valve needle is raised so far that fuel through a corresponding hole in the injector can flow in. The start of injection is dependent on a previously mentioned zero stroke of the piezoelectric actuator coupled with a zero stroke voltage, which may vary from injector to injector. Since a motor control device raises the voltage on the basis of a predetermined voltage gradient on the piezoelectric actuator at a predetermined start of control, the voltage curve is 22 specified. This results in a voltage increase over the time until the saturation voltage is reached 22_1 , However, what changes from injector to injector is the time at which the zero stroke voltage is reached, ie, the voltage at which injection actually takes place. At a constant start of control for all injectors, it results that the point in time at which a respective zero stroke voltage is reached for the individual piezoelectric actuators is in an interval from t_min to t_max and is not the same for all injectors, so that at a constant activation start the injection time from injector to injector is at a different time within the interval [t_min, t_max]. In the illustration are two times 23 and 25 shown, each about the voltage curve 22 coupled with a corresponding voltage, at the time 23 a zero stroke voltage 24 and at the time 25 a zero stroke voltage 26 connected, which means that for a first injector at a time 23 the zero stroke voltage determined for him 24 is reached and thus an injection begins while for a second injector at a time 25 a zero lift voltage connected to it 26 is reached, so that for this second injector, the injection at a later time, namely at the time 25 starts. The resulting time interval between time 23 and time 25 is in 2 by a double arrow 29 indicated. A nominal injection time 27 is coupled with a nominal zero stroke voltage 28 in that, as explained above, the injectors with respect to their zero stroke voltage are both below and above this nominal zero stroke voltage 28 can move. The zero stroke voltage or the associated zero stroke of the piezoelectric actuator depends on a tolerance and wear situation in the interaction between piezoelectric actuator, push rod and switching valve. It follows that the zero stroke required for valve opening is different depending on the piezoelectric actuator and the corresponding wear situation. With different piezo stroke or zero stroke automatically results in a different valve opening required Nullhubspannung. This can, how 2 shows a significant influence on the timing of the valve opening and thus an injection start and injection quantity tolerance arise.

2 zeigt eine Abhängigkeit einer Nullhubspannung über die Zeit nach Anwendung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Auch hier ist wiederum über eine Abszisse 30 die Zeit aufgetragen und auf einer Ordinate 31 eine an einem jeweiligen piezoelektrischen Aktor anzulegende Spannung. Gezeigt sind die Spannungsverläufe für drei verschiedene Injektoren bzw. darin umfasste piezoelektrische Aktoren. Auf Basis eines fest vorgegebenen Spannungsgradienten, mit welchem ein Motorsteuergerät die Spannung an den jeweiligen Aktoren anhebt, sind die drei hier gezeigten Spannungsverläufe 32, 33 und 34 durch parallele Verschiebung entlang der Zeitachse ineinander überführbar. Für einen ersten Aktor wird die Spannung mit einem Ansteuerbeginn 33_1 gemäß dem Spannungsverlauf 33 langsam bis zu einer Maximalspannung 40 angehoben. Zu einem Zeitpunkt 50 wird dabei eine Nullhubspannung 33_2 erreicht. 2 shows a dependence of a zero stroke voltage over time after application of an embodiment of the method according to the invention. Again, there is an abscissa 30 the time is applied and on an ordinate 31 a voltage to be applied to a respective piezoelectric actuator. Shown are the voltage curves for three different injectors or piezoelectric actuators included therein. Based on a fixed voltage gradient, with which a motor control unit raises the voltage at the respective actuators, the three voltage curves shown here are 32 . 33 and 34 can be converted into each other by parallel displacement along the time axis. For a first actuator, the voltage is at a start of control 33_1 according to the voltage curve 33 slowly up to a maximum voltage 40 raised. At a time 50 becomes a zero stroke voltage 33_2 reached.

Sobald diese Nullhubspannung 33_2 überschritten wird, öffnet das Ventil, und die Einspritzung beginnt. Für einen zweiten piezoelektrischen Aktor muss der Ansteuerbeginn 32_1 gegenüber dem Ansteuerbeginn 33_1 vorverlegt werden, damit zum Zeitpunkt 50 auch für den zweiten piezoelektrischen Aktor diese ihm zugeordnete Nullhubspannung 32_2 gemäß dem Spannungsverlauf 32 erreicht ist und beim Zeitpunkt 50 auch hier die Einspritzung beginnt. Bei einem dritten piezoelektrischen Aktor muss demgegenüber gegenüber dem Ansteuerzeitpunkt 33_1 der Ansteuerbeginn 34_1 später gesetzt werden, damit die dem dritten Aktor zugeordnete Nullhubspannung 34_2 ebenfalls zum Zeitpunkt 50 erreicht wird, so dass auch bei diesem dritten piezoelektrischen Aktor die Einspritzung zum Zeitpunkt 50 einsetzt. Durch Korrektur des jeweiligen elektrischen Ansteuerbeginns 32_1 bzw. 34_1 wird die injektorindividuelle erforderliche Nullhubspannung 34_2, 32_2 zum Öffnen des Schaltventils zum richtigen Zeitpunkt 50 erreicht. Dadurch werden Einspritzbeginn- und Einspritzmengentoleranzen eliminiert. As soon as this zero stroke voltage 33_2 is exceeded, the valve opens, and the injection begins. For a second piezoelectric actuator, the start of control must 32_1 opposite to the start of tax 33_1 be advanced so that at the time 50 also for the second piezoelectric actuator this associated with him Nullhubspannung 32_2 according to the voltage curve 32 is achieved and at the time 50 here too the injection begins. In contrast, in the case of a third piezoelectric actuator, with respect to the actuation time 33_1 the start of tax 34_1 be set later, so that the third actuator associated Nullhubspannung 34_2 also at the time 50 is reached, so that even with this third piezoelectric actuator, the injection at the time 50 starts. By correction of the respective electrical control start 32_1 respectively. 34_1 becomes the injector-individual required zero stroke voltage 34_2 . 32_2 to open the switching valve at the right time 50 reached. This eliminates injection start and injection quantity tolerances.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • EP 1789675 [0017] EP 1789675 [0017]

Claims (10)

Verfahren zum Ansteuern eines Injektors einer Brennkraftmaschine, wobei der Injektor einen piezoelektrischen Aktor umfasst, der mit einem Schaltventil gekoppelt ist und an den eine elektrische Spannung angelegt wird, die zu einer Längenänderung des piezoelektrischen Aktors führt, wobei für den piezoelektrischen Aktor eine Nullhubspannung bestimmt wird, bei deren Überschreiten das Schaltventil und infolgedessen eine mit dem Schaltventil gekoppelte Ventilnadel öffnet, dadurch gekennzeichnet, dass im Betrieb der Brennkraftmaschine bei einem vorgegebenen Ansteuerbeginn auf Basis eines durch ein Motorsteuergerät vorgegebenen Spannungsgradienten der Zeitpunkt berechnet wird, zu dem die bestimmte Nullhubspannung erreicht wird und falls die Nullhubspannung zu einem von einem vorgegebenen Sollwert abweichenden Zeitpunkt erreicht wird, der Ansteuerbeginn injektorindividuell korrigiert wird. A method for driving an injector of an internal combustion engine, wherein the injector comprises a piezoelectric actuator which is coupled to a switching valve and to which an electrical voltage is applied, which leads to a change in length of the piezoelectric actuator, wherein a zero stroke voltage is determined for the piezoelectric actuator, when it is exceeded, the switching valve opens and consequently a valve needle coupled to the switching valve, characterized in that, during operation of the internal combustion engine, the point in time at which the determined zero-stroke voltage is reached, and at a given control start based on a voltage gradient predetermined by an engine control unit, is calculated Nullhubspannung is reached at a different time from a predetermined setpoint, the start of control is corrected injector-individual. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Ansteuerbeginn derart korrigiert wird, dass Einspritzzeitpunkt und Einspritzmenge des Injektors dem vorgegebenen Sollwert entsprechen.The method of claim 1, wherein the control start is corrected so that injection timing and injection quantity of the injector correspond to the predetermined target value. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem der Ansteuerbeginn derart korrigiert wird, dass Einspritzbeginn- und Einspritzmengentoleranzen eliminiert werden.The method of claim 2, wherein the start of the drive is corrected so that injection start and injection quantity tolerances are eliminated. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, das in einem Common-Rail-Einspritzsystem mit einem Piezo-Injektor ohne hydraulischen Koppler eingesetzt wird.Method according to one of the preceding claims, which is used in a common rail injection system with a piezo injector without a hydraulic coupler. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem im Falle einer Brennkraftmaschine mit mehreren Injektoren für jeden Injektor eine Nullhubspannung für einen jeweiligen piezoelektrischen Aktor injektorindividuell bestimmt wird. Method according to one of the preceding claims, wherein in the case of an internal combustion engine having a plurality of injectors for each injector a zero stroke voltage for a respective piezoelectric actuator is determined injector-individually. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem im Betrieb der Brennkraftmaschine bei einem für alle Injektoren gleich vorgegebenen Ansteuerbeginn auf Basis des durch das Motorsteuergerät vorgegebenen Spannungsgradienten für jeden Injektor separat der Zeitpunkt berechnet wird, zu dem die bestimmte Nullhubspannung des piezoelektrischen Aktors des jeweiligen Injektors erreicht wird und falls die Nullhubspannung zu einem von einem vorgegebenen Sollwert abweichenden Zeitpunkt erreicht wird, der Ansteuerbeginn injektorindividuell korrigiert wird.Method according to Claim 5, in which, during operation of the internal combustion engine, the starting point for all injectors is calculated separately for each injector on the basis of the voltage gradient predetermined by the engine control unit, at which point the specific zero stroke voltage of the piezoelectric actuator of the respective injector is reached If the zero-stroke voltage is reached at a time deviating from a predetermined desired time, the control start is corrected injector-individually. Injektor zur Verwendung in einer Brennkraftmaschine, mit einem Gehäuse, einer darin beweglich angeordneten und einem Schaltventil zugeordneten Ventilnadel und einem piezoelektrischen Aktor, der mit dem Schaltventil und darüber mit der Ventilnadel gekoppelt ist und an den eine elektrische Spannung anzulegen ist, die zu einer Längenänderung des piezoelektrischen Aktors führt, wobei dem piezoelektrischen Aktor eine Nullhubspannung zugeordnet ist, bei deren Überschreiten das Schaltventil öffnet, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinheit vorgesehen ist, die dazu ausgelegt, ist, im Betrieb der Brennkraftmaschine bei einem vorgegebenen Ansteuerbeginn auf Basis eines durch ein Motorsteuergerät vorgegebenen Spannungsgradienten den Zeitpunkt zu berechnen, zu dem die bestimmte Nullhubspannung erreicht wird und falls die Nullhubspannung zu einem von einem vorgegebenen Sollwert abweichenden Zeitpunkt erreicht wird, den Ansteuerbeginn injektorindividuell zu korrigieren.Injector for use in an internal combustion engine, comprising a housing, a valve needle arranged movably therein and a switching valve, and a piezoelectric actuator which is coupled to the switching valve and above to the valve needle and to which an electrical voltage is to be applied resulting in a change in length of the valve piezoelectric actuator leads, wherein the piezoelectric actuator is assigned a Nullhubspannung over which the switching valve opens, characterized in that a control unit is provided which is designed to, during operation of the internal combustion engine at a predetermined start of control based on a predetermined by an engine control unit Voltage gradients to calculate the time at which the specific zero stroke voltage is reached and if the Nullhubspannung is reached at a different time from a predetermined reference time to correct the start of actuation injector individually. Injektor nach Anspruch 7, der ohne hydraulischen Koppler ausgebildet ist.Injector according to claim 7, which is formed without a hydraulic coupler. Injektor nach Anspruch 7 oder 8, der in einem Common-Rail-Einspritzsystem einsetzbar ist.Injector according to claim 7 or 8, which can be used in a common rail injection system. Kraftstoffeinspritzsystem mit einem oder mehreren Injektoren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, bei welchen jeweils ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 ausführbar ist.Fuel injection system with one or more injectors according to one of claims 7 to 9, wherein each of a method according to any one of claims 1 to 6 is executable.
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EP1789675A1 (en) 2004-09-14 2007-05-30 Siemens Aktiengesellschaft Method and device for characterising a return stroke of injectors

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