DE10323488B4 - Method and device for operating point-dependent control of injectors of a fuel metering system of an internal combustion engine - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Steuerung eines Injektors eines Kraftstoffzumesssystems einer Brennkraftmaschine in wenigstens zwei Betriebsmodi, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Betriebsparameter des Injektors erfasst wird und in Abhängigkeit von der Anzahl bereits erfolgter Ansteuerzyklen des Injektors und/oder von der momentanen Betriebstemperatur des Injektors zwischen einer ladungs- und einer spannungsbasierten Steuerung oder Regelung des Injektors umgeschaltet wird.A method for controlling an injector of a fuel metering system of an internal combustion engine in at least two operating modes, characterized in that at least one operating parameter of the injector is detected and depending on the number of already completed control cycles of the injector and / or on the current operating temperature of the injector between a charged and a voltage-based control or regulation of the injector is switched.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung von Injektoren eines Kraftstoffzumesssystems einer Brennkraftmaschine gemäß den Oberbegriffen der jeweiligen unabhängigen Ansprüche.The invention relates to a method and a device for controlling injectors of a Kraftstoffzumesssystems an internal combustion engine according to the preambles of the respective independent claims.

Aus der DE 100 02 270 C1 ist ein Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten bekannt. Dieses Ventil weist eine piezoelektrische Einheit zur Betätigung eines in einer Bohrung eines Ventilkörpers axial verschiebbaren Ventilglieds auf. Dieses ist mit einem an die piezoelektrische Einheit grenzenden Stellkolben und wenigstens einem an ein Ventilschließglied grenzenden Betätigungskolben ausgebildet. Zwischen den Kolben ist eine als hydraulische Übersetzung arbeitende Hydraulikkammer angeordnet. Das Ventilschließglied wirkt mit wenigstens einem Ventilsitz zusammen und trennt einen Niederdruckbereich von einem Hochdruckbereich. Eine elektrische Steuereinheit gibt die Ansteuerspannung für die piezoelektrische Einheit in Abhängigkeit des Druckniveaus im Hochdruckbereich, eines Leckageverlustes des Niederdruckbereiches, insbesondere der Hydraulikkammer, und dessen Wiederbefüllung vor.From the DE 100 02 270 C1 a valve for controlling fluids is known. This valve has a piezoelectric unit for actuating a valve member axially displaceable in a bore of a valve body. This is formed with an adjoining the piezoelectric unit actuator piston and at least one adjacent to a valve closure member actuating piston. Between the piston, a working as a hydraulic ratio hydraulic chamber is arranged. The valve closure member cooperates with at least one valve seat and separates a low pressure area from a high pressure area. An electrical control unit predefines the drive voltage for the piezoelectric unit as a function of the pressure level in the high-pressure region, a leakage loss of the low-pressure region, in particular of the hydraulic chamber, and its refilling.

Aus der DE 101 48 217 C1 ist ein Verfahren und Regelgerät zum Betreiben Brennkraftmaschine bekannt. Bei der Brennkraftmaschine gelangt der Kraftstoff über eine Kraftstoff-Einspritzvorrichtung, welche einen Piezo-Aktor umfasst, in den Brennraum der Brennkraftmaschine. Um den Kraftstoff optimal einspritzen zu können, wird vorgeschlagen, dass das Soll-Niveau der Ansteuerenergie und/oder der Soll-Gradient der Ansteuerenergie, mit der der Piezo-Aktor zu einer Betätigung angesteuert wird, von einer Mehrzahl von Einflussgrößen abhängen bzw. abhängt, welche das Betriebsverhalten des Piezo-Aktors beeinflussen.From the DE 101 48 217 C1 is a method and control device for operating internal combustion engine known. In the internal combustion engine, the fuel reaches the combustion chamber of the internal combustion engine via a fuel injection device which comprises a piezoactuator. In order to be able to inject the fuel optimally, it is proposed that the desired level of the drive energy and / or the desired gradient of the drive energy with which the piezoactuator is actuated to be actuated depend on a plurality of influencing variables, which influence the operating behavior of the piezo actuator.

Die DE 101 47 814 A1 zeigt ein Verfahren und Regelgerät zum Betreiben Brennkraftmaschine. Bei einem Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine wird der Kraftstoff über mindestens eine Kraftstoff-Einspritzvorrichtung direkt in mindestens einen Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt. Das Ventilelement der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung wird von einem Piezoaktor bewegt. Ferner wird das Drehmoment bestimnt, welches bei der Verbrennung der bei einer Einspritzung in den Brennraum eingespritzten Kraftstoffmenge erzeugt wird. Um das Verbrauchs- und Emissionsverhalten der Brennkraftmaschine zu optimieren, wird vorgeschlagen, dass aus dem Drehmoment eine aktuelle Ventilkennlinie der in die Brennkraftmaschine eingebauten Kraftstoff-Einspritzvorrichtung wenigstens näherungsweise bestimmt wird, wobei die Ventilkennlinie einen Kraftstoff-Massenstrom, der von der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung abgegeben werden soll, mit einer dem Piezoaktor zuzuführenden Ansteuerenergie verknüpft.The DE 101 47 814 A1 shows a method and control apparatus for operating internal combustion engine. In a method for operating an internal combustion engine, the fuel is injected via at least one fuel injection device directly into at least one combustion chamber of the internal combustion engine. The valve element of the fuel injection device is moved by a piezoelectric actuator. Furthermore, the torque is determined, which is generated during the combustion of the injected into an injection in the combustion chamber fuel amount. In order to optimize the consumption and emission behavior of the internal combustion engine, it is proposed that a current valve characteristic of the fuel injector installed in the internal combustion engine is at least approximately determined from the torque, wherein the valve characteristic a fuel mass flow, which are discharged from the fuel injection device is to be linked to a piezoelectric actuator to be supplied drive energy.

Die DE 101 00 412 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine, bei dem ein Ansteuersignal für ein Stellglied, insbesondere ein die eingespritzte Kraftstoffmenge bestimmendes Stellglied, ausgehend von Betriebskenngrößen, vorgebbar ist. Ausgehend von einer Alterungsgröße wird ein Korrekturwert für das Ansteuersignal bestimnt. Zur Bildung des Korrekturwerts wird wenigstens eine maximale Abweichung mit der Alterungsgröße gewichtet. Die Alterungsgröße ist, ausgehend von der Anzahl der Einspritzungen pro Zeiteinheit und/oder von einem Kraftstoffdruck, vorgebbar.The DE 101 00 412 A1 describes a method and a device for controlling an internal combustion engine, in which a drive signal for an actuator, in particular an injected fuel quantity determining actuator, based on operating characteristics, can be predetermined. Based on an aging value, a correction value for the drive signal is determined. To form the correction value, at least one maximum deviation is weighted with the aging value. The aging variable can be predetermined based on the number of injections per unit of time and / or on a fuel pressure.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Zylindergleichstellung bezüglich der Kraftstoffeinspritzmenge für eine mehrzylindrische Brennkraftmaschine, bei der ein Steuerparameter zum Steuern der Einspritzung korrigiert wird, um einen systematischen Fehler an einer Einspritzvorrichtung auszugleichen, wobei als Steuerparameter eine Öffnungs- und/oder Schließflanke der Einspritznadel verwendet wird.The invention relates to a method for cylinder equalization with respect to the fuel injection quantity for a multi-cylinder internal combustion engine, in which a control parameter for controlling the injection is corrected to compensate for a systematic error on an injection device, wherein an opening and / or closing edge of the injection needle is used as a control parameter.

In heutigen Kraftfahrzeugen kommen zunehmend Kraftstoffzumesssysteme zum Einsatz, bei denen die Kraftstoffdruckerzeugung und die Kraftstoffzumessung mittels eines Hochdruckspeichers voneinander entkoppelt sind. Sehr verbreitet sind die sogenannten „Common-Rail-Systeme”, bei denen Kraftstoff mittels Injektoren in die Verbrennungsräume (Zylinder) der Brennkraftmaschine eingespritzt wird und der vorgenannte Hochdruckspeicher als „Rail” bezeichnet wird. In diesen Common-Rail-Systemen wird daher der Einspritzdruck unabhängig von der Motordrehzahl und der Einspritzmenge erzeugt und steht in dem Hochdruckspeicher fortlaufend für die Einspritzung zur Verfügung. Der jeweilige Einspritzzeitpunkt und die Einspritzmenge werden in einem elektronischen Motorsteuergerät berechnet und von den jedem Zylinder der Brennkraftmaschine zugeordneten Injektoren mittels geeigneter Ansteuerung einer in einer Einspritzdüse des Injektors angeordneten Düsennadel selbst oder eines die Bewegung der Düsennadel steuernden Steuer- bzw. Schaltventils umgesetzt. Beispielsweise erfolgt die Steuerung der Düsennadel bzw. des Schaltventils mittels eines Piezoaktors oder dgl., der mit der Düsennadel bzw. dem Schaltventil zusätzlich über einen zwischengeschalteten hydraulischen Koppler verbunden ist.In today's motor vehicles increasingly fuel metering systems are used, in which the fuel pressure generation and the fuel metering are decoupled from each other by means of a high-pressure accumulator. Very common are the so-called "common rail systems" in which fuel is injected by means of injectors in the combustion chambers (cylinder) of the internal combustion engine and the aforementioned high-pressure accumulator is referred to as "rail". In these common rail systems, therefore, the injection pressure is generated independently of the engine speed and the injection amount and is continuously available for injection in the high-pressure accumulator. The respective injection time and the injection quantity are calculated in an electronic engine control unit and implemented by the injectors associated with each cylinder of the internal combustion engine by means of suitable control of a nozzle needle arranged in an injection nozzle of the injector or a control or switching valve controlling the movement of the nozzle needle. For example, the control of the nozzle needle or the switching valve by means of a piezoelectric actuator or the like., Which is additionally connected to the nozzle needle or the switching valve via an intermediate hydraulic coupler.

In den genannten piezo-basierten Einspritzsystemen erfolgt die Betätigung des genannten Schaltventils mittels des Aktors, und zwar über einen zwischengeschalteten hydraulischen Koppler. Das Schaltventil moduliert dabei den Druck in einem hydraulischen Steuerraum, wobei die Druckmodulation wiederum die Düsennadelbewegung steuert.In the aforementioned piezo-based injection systems, the actuation of said switching valve by means of the actuator, via a intermediate hydraulic coupler. The switching valve modulates the pressure in a hydraulic control chamber, wherein the pressure modulation in turn controls the nozzle needle movement.

Für eine präzise Zumessung von Kraftstoff mittels dieser Injektoren in den jeweiligen Brennraum der Brennkraftmaschine ist es notwendig, den Hub des Piezoaktors bzw. den damit verbundenen Hub der Düsennadel sowie des Schaltventils genau zu kennen, um die Tolerenzen der Einspritzmenge im Hinblick auf einen geringen Kraftstoffverbrauch unter gleichzeitiger Einhaltung strenger Abgasnormen sowie zur Begrenzung des Geräuschpegels bei der Verbrennung möglichst gering zu halten.For a precise metering of fuel by means of these injectors in the respective combustion chamber of the internal combustion engine, it is necessary to know the stroke of the piezoelectric actuator or the associated stroke of the nozzle needle and the switching valve exactly to the tolerances of the injection quantity in terms of low fuel consumption Simultaneous compliance with strict emission standards and to limit the noise level during combustion as low as possible.

Allerdings weisen die eingesetzten Piezoaktoren bekanntermaßen ein „Hochlaufverhalten” auf, was bedeutet, dass sich bei einem fabrikneuen Aktor der Aktorhub bei unveränderter Ansteuerspannung innerhalb der ersten ca. 10 Millionen Ansteuerungen um bis zu 10% erhöht. Zusätzlich zu dem genannten Hochlaufverhalten kommt es zu entsprechenden Hubdriften aufgrund von Temperatureinflüssen oder dgl.. Die genannten Drifterscheinungen führen letztlich dazu, dass auch bei präziser Ansteuerung der Injektoren mit einer zeitlich konstanten Ansteuerspannung die den jeweiligen Brennräumen (Zylindern) der Brennkraftmaschine zugeführte Menge an Kraftstoff nicht vorhersagbar variiert, d. h. zu entsprechend unpräzisen Mengen an eingespritztem Kraftstoff führt.However, the piezoelectric actuators used are known to have a "run-up behavior", which means that with a brand-new actuator, the actuator stroke increases by up to 10% within the first approx. 10 million drives with unchanged drive voltage. In addition to the aforementioned run-up behavior, corresponding drifting drifts occur as a result of temperature influences or the like. The mentioned drift phenomena ultimately result in the amount of fuel supplied to the respective combustion chambers (cylinders) of the internal combustion engine even with precise control of the injectors with a time-constant control voltage predictably varies, d. H. leads to correspondingly imprecise amounts of injected fuel.

Die genannten Effekte sind darüber hinaus bei jedem Injektor individuell ausgeprägt und bspw. vom jeweiligen Injektortyp sowie vom über die Lebensdauer eines jeweiligen Injektors auftretenden Lastverlauf abhängig.In addition, the above-mentioned effects are individually pronounced in each injector and, for example, dependent on the particular injector type as well as on the load profile occurring over the lifetime of a respective injector.

Im Stand der Technik werden die genannten Effekte dadurch kompensiert, dass bei der Fertigung eines Injektors der jeweilige Aktor einem Standtest („Stresstest”) unterzogen wird, um das oben genannte „Hochlaufen” des Aktorhubes bereits in der Fertigung zu provozieren und damit für den im Injektor verbauten Aktor den genannten Hochlaufeffekt zu minimieren oder sogar ganz zu eliminieren.In the prior art, the effects mentioned are compensated by the fact that in the production of an injector the respective actuator is subjected to a state test ("stress test") to provoke the above-mentioned "run-up" of the actuator stroke already in the production and thus for the im Injector built actuator to minimize the aforementioned run-up effect or even eliminate it completely.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend fortzubilden, dass die genannten Drifterscheinungen möglichst präzise und zuverlässig kompensiert werden.The present invention is therefore the object of a method and an apparatus of the type mentioned in such a way that the drifting phenomena are compensated as precisely and reliably.

Diese Aufgabe wird bei einem hier betroffenen Verfahren und einer Vorrichtung zur Steuerung von Injektoren eines Kraftstoffzumesssystems einer Brennkraftmaschine durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.This object is achieved in a method and a device for controlling injectors of a fuel metering system of an internal combustion engine concerned by the features of the independent claims. Advantageous embodiments and further developments are the subject of the respective subclaims.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, den jeweiligen Injektor in wenigstens zwei Steuerungs- oder Regelungsmodi (Betriebsmodi), bevorzugt einer ladungs- und spannungsbasierten Steuerung oder Regelung, zu betreiben und dabei den momentanen Betriebsmodus an die aktuelle Betriebssituation des jeweiligen Injektors (optimal) anzupassen. Im Betrieb des jeweiligen Injektors wird zur Kompensation der genannten Erscheinungen daher bevorzugt betriebspunktabhängig zwischen den beiden genannten Betriebsmodi umgeschaltet.The invention is based on the idea of operating the respective injector in at least two control or regulation modes (operating modes), preferably a charge and voltage-based control or regulation, while optimally adapting the current operating mode to the current operating situation of the respective injector. In the operation of the respective injector is therefore preferably switched operating point dependent between the two modes of operation to compensate for the phenomena mentioned.

Mögliche genannte Betriebssituationen sind bspw. eine eingangs beschriebene Hochlaufphase, welche bevorzugt durch die gegenwärtige Anzahl der bereits erfolgten Ansteuerzyklen eines in dem jeweiligen Injektor angeordneten Aktors Berücksichtigung findet, oder die momentane Betriebstemperatur des Injektors bzw. seines Aktors.Possible operating situations mentioned are, for example, a run-up phase described at the outset, which is preferably taken into account by the current number of actuation cycles of an actuator arranged in the respective injector, or the instantaneous operating temperature of the injector or its actuator.

Die genannte ladungsbasierte Steuerung oder Regelung erfolgt bevorzugt mittels einer in der nicht vorveröffentlichten deutschen Anmeldung DE 103 17 654 A1 offenbarten Ladungsbilanzmessung. Dabei wird bei jeweils fest vorgegebener bzw. applizierter Ansteuerspannung eines Injektors der durch die Ansteuerspannung bewirkte Ladungsfluss durch den Injektor erfasst und die Ansteuerspannung des jeweiligen Injektors in Abhängigkeit von der daraus bestimmten Ladungsdifferenz adaptiert.Said charge-based control or regulation preferably takes place by means of a German application, not previously published DE 103 17 654 A1 revealed charge balance measurement. In each case, the charge flow caused by the drive voltage is detected by the injector and the drive voltage of the respective injector is adapted as a function of the charge difference determined therefrom in each case given fixed or applied drive voltage of an injector.

Bevorzugt wird mittels eines für den jeweiligen Injektor vorab ermittelten Kennfeldes (Ladungsmenge über Ansteuerspannung) die Ansteuerspannung entsprechend verändert.Preferably, the drive voltage is changed accordingly by means of a map determined in advance for the respective injector (amount of charge via drive voltage).

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Anwendung des genannten Verfahrens weist Mittel zur Erfassung wenigstens eines Betriebsparameters des Injektors und zur Umschaltung zwischen den genannten wenigstens zwei Betriebsmodi in Abhängigkeit von dem erfassten wenigstens einen Betriebsparameter auf. Bei den vorgenannten Mitteln kann es sich entweder um eine Steuerelektronik, einen Steuerrechner oder in einem Motorsteuergerät implementierten Steuercode handeln.The device according to the invention for the application of said method has means for detecting at least one operating parameter of the injector and for switching between said at least two operating modes as a function of the detected at least one operating parameter. The aforementioned means may be either an electronic control unit, a control computer or a control code implemented in an engine control unit.

Durch die vorgeschlagene, vom Betriebspunkt abhängige Umschaltung insbesondere des Ansteuerungsmodus' des jeweiligen Injektors wird automatisch eine für die jeweilige Betriebssituation optimale Ansteuerung gewählt. Dies ermöglicht eine präzise und zuverlässige Kompensierung bzw. Eliminierung der vorbeschriebenen Effekte, womit im Ergebnis die Mengengenauigkeit bei der Ansteuerung der Injektoren erhöht wird.The proposed, operating point-dependent switching in particular the control mode 'of the respective injector is automatically selected for the respective operating situation optimal control. This enables a precise and reliable compensation or elimination of the effects described above, as a result of which the quantity accuracy in the control of the injectors is increased.

Die Erfindung ist bevorzugt in einem eingangs beschriebenen Piezo-Common-Rail-Einspritzsystem mit den genannten Vorteilen einsetzbar. The invention can preferably be used in a piezo common rail injection system described at the beginning with the advantages mentioned.

Zeichnungdrawing

Die Erfindung wird nachfolgend, unter Bezugnahme auf die Zeichnung, anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele eingehender beschrieben, aus denen weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung hervorgehen.The invention will be described in more detail below with reference to the drawing, with reference to preferred embodiments, from which further features and advantages of the invention emerge.

Im Einzelnen zeigenShow in detail

1 eine Prinzipdarstellung eines Teils eines für den Einsatz der vorliegenden Erfindung geeigneten Common-Rail-Einspritzsystems gemäß dem Stand der Technik; 1 a schematic representation of part of a suitable for the use of the present invention common rail injection system according to the prior art;

2 eine schematische, ausschnittweise Darstellung eines Injektors (Kraftstoffeinspritzventils) für Brennkraftmaschinen im Längsschnitt gemäß dem Stand der Technik; 2 a schematic, fragmentary view of an injector (fuel injection valve) for internal combustion engines in longitudinal section according to the prior art;

3 ein Blockschaltbild zur Illustration einer ladungsabhängigen Ansteuerung eines in den 1 und 2 gezeigten Injektors; und 3 a block diagram for illustrating a charge-dependent activation of a in the 1 and 2 shown injector; and

4 ein Blockschaltbild zur Illustration des erfindungsgemäßen Verfahrens und der Vorrichtung. 4 a block diagram for illustrating the method and apparatus according to the invention.

Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments

In der 1 ist der Hochdruckteil eines für sämtliche von der Erfindung umfassten Kraftstoffzumesssysteme stellvertretend stehenden Common-Rail-Einspritzsystems dargestellt, wobei nachfolgend nur dessen Hauptkomponenten und solche Komponenten näher erläutert werden, welche für das Verständnis der Erfindung wesentlich sind.In the 1 is the high-pressure part of a comprehensive for all encompassed by the invention Kraftstoffzumesssysteme representative common-rail injection system shown, with only the main components and components are explained in more detail below, which are essential for understanding the invention.

Die gezeigte Anordnung weist eine Hochdruckpumpe 10 auf, welche über eine Hochdruckleitung 12 mit einem Hochdruckspeicher (”Rail”) 14 druckleitend in Verbindung steht. Der Hochdruckspeicher 14 ist über weitere Hochdruckleitungen mit Injektoren 18 verbunden. In der vorliegenden Darstellung sind zur Vereinfachung nur eine Hochdruckleitung 16 und ein Injektor 18 gezeigt. Der Injektor 18 ist in einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges angeordnet. Das dargestellte Einspritzsystem wird von einem Motorsteuergerät 20 gesteuert. Durch das Motorsteuergerät 20 erfolgt insbesondere eine Steuerung des gezeigten Injektors 18.The arrangement shown has a high-pressure pump 10 on, which via a high-pressure line 12 with a high-pressure accumulator ("rail") 14 communicating with the pressure. The high-pressure accumulator 14 is about other high pressure lines with injectors 18 connected. In the present description are for simplicity only a high-pressure line 16 and an injector 18 shown. The injector 18 is arranged in an internal combustion engine of a motor vehicle. The illustrated injection system is powered by an engine control unit 20 controlled. Through the engine control unit 20 in particular, a control of the injector shown 18 ,

An dem Injektor 18 ist eine Einrichtung 22 zum Speichern von Informationen angeordnet, mittels derer eine individuelle Steuerung des Injektors 18 durch das Motorsteuergerät 20 ermöglicht wird. Es versteht sich, dass in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel auch die anderen – hier nicht gezeigten – Injektoren eine entsprechende Einrichtung 22 aufweisen. Selbstverständlich kann auch vorgesehen sein, dass nur einer der Injektoren eine solche Speichereinrichtung 22 aufweist, die dann ebenfalls von den übrigen Injektoren genutzt wird. Bei den genannten Informationen handelt es sich vorzugsweise um Korrekturwerte für ein bevorzugt im Motorsteuergerät angeordnetes Mengenkennfeld des Injektors 18. Die Speichereinrichtung 22 kann bspw. als digitaler Datenspeicher ggf. mit einer alphanumerischen Verschlüsselung der Informationen oder dgl., als einer oder mehrere elektrische Widerstände, als Barcode, oder auch als eine integrierte Halbleiterschaltung realisiert sein. Das Motorsteuergerät 20 kann ebenfalls eine zusätzliche integrierte Halbleiterschaltung zur Auswertung der in der Einrichtung 22 gespeicherten Informationen aufweisen.At the injector 18 is a facility 22 arranged for storing information by means of which an individual control of the injector 18 through the engine control unit 20 is possible. It is understood that in the present embodiment, the other - not shown - injectors a corresponding device 22 exhibit. Of course, it can also be provided that only one of the injectors such a memory device 22 which is then also used by the other injectors. The information mentioned is preferably correction values for a quantity map of the injector, which is preferably arranged in the engine control unit 18 , The storage device 22 can be realized, for example, as a digital data memory, if necessary with an alphanumeric encryption of the information or the like, as one or more electrical resistors, as a barcode, or as a semiconductor integrated circuit. The engine control unit 20 may also be an additional semiconductor integrated circuit for evaluation in the device 22 have stored information.

Die von dem jeweiligen Injektor 18 zuzumessende Einspritzmenge wird abhängig von dem Betriebspunkt festgelegt. Die Einspritzmenge wird dabei in erster Linie durch die Einspritzdauer des Injektors sowie den Raildruck bestimmt, wobei sich die Einspritzdauer als Differenz zwischen dem Einspritzbeginn und dem Einspritzende ergibt.The of the respective injector 18 To be metered injection quantity is determined depending on the operating point. The injection quantity is determined primarily by the injection duration of the injector and the rail pressure, wherein the injection duration results as the difference between the start of injection and the end of injection.

In der 2 ist ein aus der DE 100 02 270 C1 hervorgehendes piezoelektrisch gesteuertes Einspritzventil 101 in größerem Detail in einer Schnittzeichnung dargestellt. Das Einspritzventil 101 weist eine piezoelektrische Einheit 104 zur Betätigung eines in einer Bohrung 113 eines Ventilkörpers 107 axial verschiebbaren Ventilglieds 103 auf. Das Einspritzventil 101 weist ferner einen an die piezoelektrische Einheit 104 angrenzenden Stellkolben 109 sowie einen an ein Ventilschließglied 115 angrenzenden Betätigungskolben 114 auf. Zwischen den Kolben 109, 114 ist eine als hydraulische Übersetzung arbeitende Hydraulikkammer 116 angeordnet. Das Ventilschließglied 115 wirkt mit wenigstens einem Ventilsitz 118, 119 zusammen und trennt einen Niederdruckbereich 120 von einem Hochdruckbereich 121. Eine nur schematisch angedeutete elektrische Steuereinheit 112 liefert die Ansteuerspannung für die piezoelektrische Einheit 104, und zwar in Abhängigkeit vom jeweils herrschenden Druckniveaus im Hochdruckbereich 121.In the 2 is one of the DE 100 02 270 C1 outstanding piezoelectrically controlled injection valve 101 shown in more detail in a sectional drawing. The injection valve 101 has a piezoelectric unit 104 for actuating one in a bore 113 a valve body 107 axially displaceable valve member 103 on. The injection valve 101 also has one to the piezoelectric unit 104 adjacent actuator piston 109 and one to a valve closure member 115 adjacent actuating piston 114 on. Between the pistons 109 . 114 is a working as a hydraulic transmission hydraulic chamber 116 arranged. The valve closure member 115 acts with at least one valve seat 118 . 119 together and separates a low pressure area 120 from a high pressure area 121 , An only schematically indicated electrical control unit 112 provides the driving voltage for the piezoelectric unit 104 , depending on the prevailing pressure levels in the high pressure area 121 ,

Die in der 3 schematisch gezeigte Anordnung zur ladungsbasierten Steuerung eines hier betroffenen Injektors (Einspritzventils) umfasst einen steuerbaren Spannungsgeber 200. Für die Ansteuerung des Injektors 205 existieren zwei Betriebsmodi. In dem einen Betriebsmodus wird der Injektor durch den Spannungsgeber 200 geladen, in dem anderen Betriebsmodus wird der Injektor entladen. Die Bedeutung dieser beiden Betriebsmodi wird aus der nachfolgenden Beschreibung noch deutlicher.The in the 3 schematically shown arrangement for the charge-based control of an injector (injector) affected here comprises a controllable voltage generator 200 , For controlling the injector 205 There are two operating modes. In one operating mode, the injector is driven by the voltage transmitter 200 In the other operating mode, the injector is discharged. The meaning of these two modes of operation will become more apparent from the following description.

Mittels eines Ladungsmessers 210 wird die in den Injektor ein- bzw. abströmende Ladungsmenge erfasst. Eine in den Injektor 205 einströmende Ladungsmenge ergibt sich insbesondere in dem genannten Betriebsmodus ,Mode 1', wohingegen eine abströmende Ladungsmenge im ,Mode 2' resultiert. Der Ladungsmesser 210 ist mit einem Integralbildner 215 verbunden, der die von dem Ladungsmesser 210 bereitgestellten momentanen Ladungswerte über die Zeit aufintegriert und den jeweils sich ergebenden Wert der Gesamtladungsmenge an einen Zwischenspeicher 220 übergibt. By means of a charge meter 210 the amount of charge entering or leaving the injector is detected. One in the injector 205 inflowing amount of charge results in particular in the said mode of operation, Mode 1 ', whereas an outflowing amount of charge results in' Mode 2 '. The charge meter 210 is with an integrator 215 connected to that of the charge meter 210 provided instantaneous charge values over time and the respective resulting value of the total charge amount to a buffer 220 passes.

Aus dem Zwischenspeicher 220 wird der gemessene Ladungswert an ein Vergleichermodul 235 übergeben und dort mit einem Sollwert Q_Soll verglichen, der aus der geforderten Sollspannung U_Soll 195 gebildet wird, indem die Sollspannung 195 über ein Kennfeld 230 in einen Ladungswert umgerechnet wird. Diesem Kennfeld liegt in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Beziehung U = Q/C mit C = „effektive elektrische Kapazität des Injektors” zugrunde.From the cache 220 the measured charge value is sent to a comparator module 235 passed there and compared there with a setpoint Q_Soll, from the required setpoint voltage U_Soll 195 is formed by the setpoint voltage 195 over a map 230 is converted into a charge value. In the present exemplary embodiment, this characteristic map is based on the relationship U = Q / C with C = "effective electrical capacitance of the injector".

Das Vergleichermodul 235 berechnet die Differenz Q_Soll – Q_Ist. Im Falle, dass sich bei dem Vergleich Q_Ist > Q_Soll ergibt, liefert das Vergleichermodul 235 die Information ,Spannungserniedrigung' an ein Steuermodul 240, welches wiederum mit einem Steueranschluss 245 des Spannungsgebers 200 verbunden ist. Im Gegensatz dazu liefert das Vergleichermodul 235 im Falle von Q_Ist < Q_Soll die Information ,Spannungserhöhung' an das Steuermodul 240. Die Absolutbeträge der Spannungserniedrigung bzw. Spannungserhöhung ergeben sich aus dem Zusammenhang ΔU = Δ(Q_Ist, Q_Soll)/C.The comparator module 235 calculates the difference Q_Soll - Q_Ist. In the case that Q_Ist> Q_Soll results in the comparison, the comparator module delivers 235 the information 'voltage reduction' to a control module 240 , which in turn with a control terminal 245 of the voltage transmitter 200 connected is. In contrast, the comparator module provides 235 in the case of Q_Ist <Q_set the information, voltage increase 'to the control module 240 , The absolute values of the voltage reduction or voltage increase result from the relationship ΔU = Δ (Q_Ist, Q_Soll) / C.

Es ist anzumerken, dass die vorbeschriebene Erfassung und Auswertung der in den Injektor einfließenden Ladungsmenge zusammen mit der aus dem Injektor hinausfließenden Ladungsmenge nur bevorzugt ist sowie die beiden Betriebsmodi des Spannungsgebers 200 nicht zwingend erforderlich sind.It should be noted that the above-described detection and evaluation of the amount of charge flowing into the injector together with the amount of charge flowing out of the injector is only preferred and the two operating modes of the voltage generator 200 are not mandatory.

Die in der 4 gezeigte Anordnung zur erfindungsgemäßen Umschaltung zwischen einer Ladungssteuerung und einer Spannungssteuerung einer Piezoendstufe 300 eines Piezoaktors 305 eines hier nicht gezeigten Injektors umfasst im Bereich eines links dargestellten Signaleingangs 310 ein erstes Berechnungsmodul 315 zur Umrechnung des in einem vorbeschriebenen Rail eines Common-Rail-Systems momentan herrschenden Raildrucks p_Rail in einen entsprechenden (vorbeschriebenen) Ladungssollwert Q_Soll und gleichzeitig in einen Spannungssollwert U_Soll. Die Berechnung basiert auf zwei unterschiedlichen Kennlinien, und zwar einer ersten Kennlinie 320 Q_Soll über p_Rail und einer zweiten Kennlinie 325 U_Soll über p_Rail. Die Kennlinien 320, 325 werden im Vorfeld empirisch ermittelt.The in the 4 arrangement shown for switching the invention between a charge control and a voltage control of a piezo amplifier 300 a piezoelectric actuator 305 an injector not shown here comprises in the region of a signal input shown on the left 310 a first calculation module 315 for converting the currently in a prescribed rail of a common rail system prevailing rail pressure p_Rail in a corresponding (pre-described) charge setpoint Q_Soll and at the same time in a voltage setpoint U_Soll. The calculation is based on two different characteristics, namely a first characteristic 320 Q_soll via p_Rail and a second characteristic 325 U_soll via p_Rail. The characteristics 320 . 325 are determined empirically in advance.

Die beiden Ausgangssignale Q_Soll, U_Soll des ersten Berechnungsmoduls 315 werden den beiden Eingängen 330, 335 eines ersten Umschalters 340 zugeführt. Eine dem ersten Umschalter 340 zugeführte Umschaltbedingung ,x' 345 stellt in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die von einem (nicht gezeigten) Zähler bereitgestellte Zyklenzahl bereits erfolgter Ansteuerungen des Piezoaktors 305 dar. Die Umschaltbedingung 345 kann jedoch auch auf einem anderen der bereits erwähnten Betriebsparameter beruhen. Ferner wird bereits an dieser Stelle angemerkt, dass die Umschaltbedingung 345 für sämtliche Umschalter 340, 395, 405 der Anordnung identisch ist. Der erste Umschalter 340 schaltet, je nach vorliegender Umschaltbedingung 345, eines der beiden Signale Q_Soll, U_Soll ohne Vorzeichenwechsel an einen ersten Verknüpfungspunkt 350 durch. An diesem Verküpfungspunkt 350 liegen auch die entsprechenden Ist-Werte Q_Ist und U_Ist an, welche – wie nachfolgend noch beschrieben – in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel direkt von der Piezo-Endstufe 300 bereitgestellt werden. Es versteht sich dabei, dass der Wert Q_Ist, bspw. wie in der 3 beschrieben, ermittelt wird.The two output signals Q_Soll, U_Soll of the first calculation module 315 become the two entrances 330 . 335 a first switch 340 fed. A first switch 340 supplied switching condition, x ' 345 In the present embodiment, the number of cycles already provided by the piezoactuator is provided by a counter (not shown) 305 dar. The switching condition 345 However, it can also be based on another of the already mentioned operating parameters. Furthermore, it is already noted at this point that the switching condition 345 for all switches 340 . 395 . 405 the arrangement is identical. The first switch 340 switches, depending on the existing switching condition 345 , one of the two signals Q_soll, U_soll without sign change to a first node 350 by. At this point of connection 350 are also the corresponding actual values Q_Ist and U_Ist, which - as described below - in the present embodiment, directly from the piezo power amplifier 300 to be provided. It goes without saying that the value Q_Ist, for example, as in the 3 described, is determined.

Hinter dem ersten Verknüpfungspunkt 350 ist in an sich bekannter Weise ein Regelglied 355 angeordnet, und zwar im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Proportional-Integral(PI)-Regler. Mittels des Regelglieds 355 wird die Ansteuerspannung U_Anst 360 auf einen vorgebbaren Wert geregelt. Zum Zwecke des integralen Regelverhaltens des Regelglieds 355 wird das Eingangssignal 365 zusätzlich auf einen nicht das Vorzeichen bestimmenden zweiten Verknüpfungspunkt 370 überführt 375. Die am Ausgang des Regelglieds 355 in Abhängigkeit von der genannten Umschaltbedingung 345 ggf. anliegende Regelgröße Q_neu wird nun mittels eines zweiten Berechnungsmoduls 380 mittels einer ebenfalls im Vorfeld empirisch zu ermittelnden Kennlinie 385 für die Aktorspannung in Abhängigkeit von der spannungsbedingten Ladungsmenge in eine entsprechende Regelgröße U_neu umgerechnet.Behind the first node 350 is in a conventional manner a control element 355 arranged, in the present embodiment, a proportional-integral (PI) controller. By means of the control element 355 the drive voltage U_Anst 360 regulated to a predefinable value. For the purpose of the integral control behavior of the control element 355 becomes the input signal 365 additionally to a non-sign defining second node 370 transferred 375 , The at the output of the control element 355 depending on the said switching condition 345 possibly applied control variable Q_neu is now using a second calculation module 380 by means of a characteristic which must also be empirically determined in advance 385 for the actuator voltage as a function of the voltage-related charge amount in a corresponding control variable U_neu converted.

Im Falle des Anliegens bereits der Größe U_neu (in Abhängigkeit von der Umschaltbedingung 345) wird diese lediglich an den Ausgang des zweiten Berechnungsmoduls 380 durchgeschleift 390. Mittels eines zweiten Umschalters 395 wird sichergestellt, dass entsprechend der Umschaltbedingung 345 das jeweils korrekte Signal durchgeschaltet wird und schließlich am Eingang 400 der Piezo-Endstufe 300 zum Zwecke der Ansteuerung des Piezoaktors 305 anliegt.In the case of the concern already the size U_neu (depending on the switching condition 345 ) this is only to the output of the second calculation module 380 looped 390 , By means of a second switch 395 it is ensured that according to the switching condition 345 the correct signal is switched through and finally at the input 400 the piezo amplifier 300 for the purpose of controlling the piezoelectric actuator 305 is applied.

Wie bereits erwähnt, liefert die Piezo-Endstufe 300 in dem einen Betriebsmodus entweder unmittelbar U_Ist oder Q_Ist. Mittels eines dritten Umschalters 405 wird, ebenfalls abhängig von der Umschaltbedingung 345, entweder U_Ist oder Q_Ist an den ersten Verknüpfungspunkt 350 durchgeschaltet.As already mentioned, the piezo power amplifier delivers 300 in the one operating mode either directly U_Ist or Q_Ist. By means of a third switch 405 also depends on the switching condition 345 , either U_Ist or Q_Is to the first node 350 connected through.

Es ist anzumerken, dass die vorbeschriebene Anordnung zur Umschaltung mir bevorzugt ist und jede andere, dem hier betroffenen Fachmann geläufige Art der Umschaltung vom Erfindungsgedanken mit umfasst ist.It should be noted that the above-described arrangement for switching is preferred to me and any other, the person skilled in this art familiar way of switching is included in the inventive concept.

Die in der 4 gezeigte Anordnung wird wie folgt betrieben. In der bereits beschriebenen Hochlaufphase des Aktorhubes des Piezoaktors eines Injektors wird der Aktor mit konstanter Ladung betrieben, d. h. die dem Aktor zugeführte Ladungsmenge wird auf einen empirisch vorgebbaren Wert geregelt. Hier wird der an sich bekannte Effekt zugrunde gelegt, dass der Aktorhub eines Piezoaktors bei idealer Ladungsregelung unabhängig von der Zahl der erfolgten Zyklen konstant ist. Obwohl die Ladungsregelung nicht mit der gleichen Präzision wie die Spannungsregelung durchzuführen ist, überwiegt der genannte Hochlaufeffekt in der Hochlaufphase die Toleranzen der Ladungsregelung. Nachdem der Aktor die Hochlaufphase beendet hat, wird in der vorbeschriebenen Weise auf die Spannungsregelung umgeschaltet. In dieser Betriebsphase verändert sich bzw. driftet der Aktorhub bei konstanter Ansteuerspannung nur noch geringfügig, so dass nun die Spannungsregelung die toleranzärmste Art der Ansteuerung darstellt.The in the 4 The arrangement shown is operated as follows. In the already described start-up phase of the actuator stroke of the piezoelectric actuator of an injector, the actuator is operated with a constant charge, ie the amount of charge supplied to the actuator is regulated to an empirically predeterminable value. This is based on the known effect that the actuator stroke of a piezoelectric actuator is constant with ideal charge control regardless of the number of cycles that have taken place. Although the charge control can not be performed with the same precision as the voltage regulation, the startup effect in the run-up phase outweighs the tolerances of the charge control. After the actuator has completed the run-up phase, the voltage regulation is switched in the manner described above. In this phase of operation, the actuator stroke changes or drifts only slightly at a constant drive voltage, so that now the voltage control represents the least tolerant type of control.

Das genannte Ende der Hochlaufphase kann in an sich bekannter Weise mittels eines in Hardware oder Software realisierten Zählers erfasst werden, wobei der Zähler bei jedem Ansteuerzyklus des Aktors um ,1' hochzählt, und zwar bis zu einem empirisch festzulegenden Schwellenwert. Ein bevorzugter Schwellenwert ist 10^6 Zyklen. In der einfachsten Ausgestaltung schalten die vorbeschriebenen Umschalter 340, 395, 405 bei Erreichen des genannten Schwellenwertes von der ladungsbasierten Regelung auf die spannungsbasierte Regelung um. Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Ansteuerspannung, in Abhängigkeit vom momentanen Zählerstand des genannten Zählers, in mehreren Zwischenschritten oder sogar kontinuierlich verändert wird, um den eingangs genannten Hochlaufeffekt über die geänderte Ansteuerspannung sukzessive zu eliminieren bzw. zu korrigieren.The said end of the run-up phase can be detected in a manner known per se by means of a counter implemented in hardware or software, the counter incrementing by '1' for each actuation cycle of the actuator, up to an empirically determined threshold value. A preferred threshold is 10 ^ 6 cycles. In the simplest embodiment, the above-described switch switch 340 . 395 . 405 upon reaching said threshold value from the charge-based control to the voltage-based control. Alternatively, it can be provided that the drive voltage, depending on the current count of said counter, in several intermediate steps or even continuously changed to successively eliminate the above-mentioned run-up effect on the changed drive voltage or correct.

Die vorbeschriebene Vorgehensweise hat gegenüber der im Stand der Technik bspw. durchgeführten driftkompensierenden Änderung der Ansteuerspannung in Abhängigkeit von der Anzahl der Ansteuerzyklen den besonderen Vorteil, dass der exakte Hubverlauf als Funktion der Zyklenzahl nicht bekannt sein muss. Die genaue Kenntnis dieses Zusammenhangs wäre nämlich erforderlich, wenn man die Ansteuerspannung kontinuierlich an das Aktorhubvermögen anpassen würde. Zudem würde jede sich zusätzlich einstellende Toleranz wie bspw. Exemplarstreuungen oder Umwelteinflüsse wie die Außentemperatur die Kompensationsgenauigkeit verschlechtern. Dies ist bei dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Ansatz nicht der Fall, da keine Kompensation vorgenommen wird, sondern eine fortlaufende Regelung der Ladungsmenge.The above-described procedure has the particular advantage over the drift-compensating change in the drive voltage, which is carried out in the prior art, depending on the number of drive cycles, that the exact stroke course as a function of the number of cycles need not be known. The exact knowledge of this relationship would be necessary if one would adjust the drive voltage continuously to the Aktorhubvermögen. In addition, any additional tolerance such as, for example, specimen scattering or environmental influences such as the outside temperature would worsen the compensation accuracy. This is not the case with the proposed approach according to the invention, since no compensation is made, but a continuous regulation of the charge quantity.

Die vorbeschriebene Anordnung bzw. das dieser Anordnung zugrundeliegende Verfahren können entweder in Form einer eigens vorgesehenen Steuerschaltung oder in Form eines in einem Motorsteuergerät vorgesehenen Steuerprogramms implementiert werden.The above-described arrangement or the method underlying this arrangement can be implemented either in the form of a dedicated control circuit or in the form of a control program provided in an engine control unit.

Claims (6)

Verfahren zur Steuerung eines Injektors eines Kraftstoffzumesssystems einer Brennkraftmaschine in wenigstens zwei Betriebsmodi, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Betriebsparameter des Injektors erfasst wird und in Abhängigkeit von der Anzahl bereits erfolgter Ansteuerzyklen des Injektors und/oder von der momentanen Betriebstemperatur des Injektors zwischen einer ladungs- und einer spannungsbasierten Steuerung oder Regelung des Injektors umgeschaltet wird.Method for controlling an injector of a fuel metering system of an internal combustion engine in at least two operating modes, characterized in that at least one operating parameter of the injector is detected and depending on the number of previously completed drive cycles of the injector and / or the current operating temperature of the injector between a charge and a voltage-based control or regulation of the injector is switched. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der ladungsbasierten Steuerung oder Regelung des Injektors dieser mit einer im Wesentlichen konstanten Ansteuerspannung beaufschlagt wird und die bei der im Wesentlichen konstanten Ansteuerspannung dem Injektor zufließende Ladungsmenge erfasst wird, dass die erfasste Ladungsmenge mit einem vorgegebenen Wert für die Ladungsmenge verglichen wird und dass in Abhängigkeit von dem Ergebnis dieses Vergleichs wenigstens eine Steuergröße des Injektors verändert wird.A method according to claim 1, characterized in that in the charge-based control or regulation of the injector it is acted upon by a substantially constant driving voltage and the substantially constant driving voltage to the injector flowing amount of charge is detected that the detected charge amount with a predetermined value for the amount of charge is compared and that, depending on the result of this comparison, at least one control variable of the injector is changed. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Steuergröße des Injektors durch die Ansteuerspannung eines Injektoraktors gebildet wird.A method according to claim 2, characterized in that the at least one control variable of the injector is formed by the drive voltage of an injector actuator. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erfasste Ladungsmenge mittels eines Kennfeldes mit einem vorgegebenen Wert für die Ansteuerspannung verglichen wird, wobei das Kennfeld Werte der in den Injektor einfließenden und/oder aus dem Injektor abfließenden Ladungsmenge in Abhängigkeit von der Ansteuerspannung enthält, und aus dem Vergleichsergebnis eine Veränderung der Ansteuerspannung in Abhängigkeit von der erfassten Ladungsmenge ermittelt wird.A method according to claim 2 or 3, characterized in that the detected amount of charge is compared by means of a characteristic field with a predetermined value for the drive voltage, wherein the map contains values of the charge flowing into the injector and / or flowing out of the injector in dependence on the drive voltage , And from the comparison result, a change in the drive voltage in dependence on the detected charge amount is determined. Vorrichtung zur Steuerung eines Injektors eines Kraftstoffzumesssystems einer Brennkraftmaschine in wenigstens zwei Betriebsmodi nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch Mittel zur Erfassung der Anzahl bereits erfolgter Ansteuerzyklen des Injektors und/oder von der momentanen Betriebstemperatur des Injektors und zur Umschaltung zwischen einer ladungs- und einer spannungsbasierten Steuerung oder Regelung des Injektors in Abhängigkeit von dem erfassten wenigstens einen Betriebsparameter.Device for controlling an injector of a fuel metering system of an internal combustion engine in at least two operating modes according to the method according to claim 1, characterized by means for detecting the number of actuation cycles of the injector that have already taken place and / or the instantaneous operating temperature of the injector and for switching between charge-based and voltage-based control or regulation of the injector as a function of the detected at least one operating parameter. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch Mittel zur Beaufschlagung des Injektors mit einer im Wesentlichen konstanten Ansteuerspannung, zur Erfassung der bei der im Wesentlichen konstanten Ansteuerspannung dem Injektor zufließenden Ladungsmenge, zum Vergleichen der erfassten Ladungsmenge mit einem vorgegebenen Wert für die Ladungsmenge und zur Veränderung wenigstens einer Steuergröße des Injektors in Abhängigkeit von dem Ergebnis des Vergleichs.Apparatus according to claim 5, characterized by means for acting on the injector with a substantially constant driving voltage, for detecting the amount of charge flowing to the injector at the substantially constant driving voltage, for comparing the detected amount of charge with a predetermined value for the amount of charge and for changing at least one Control quantity of the injector as a function of the result of the comparison.

Images