EP1704315B1 - Verfahren zum steuern eines ventils und verfahren zum steuern einer pumpe-d se-vorrichtung mit einem ventil - Google Patents

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EP1704315B1
EP1704315B1 EP04803890A EP04803890A EP1704315B1 EP 1704315 B1 EP1704315 B1 EP 1704315B1 EP 04803890 A EP04803890 A EP 04803890A EP 04803890 A EP04803890 A EP 04803890A EP 1704315 B1 EP1704315 B1 EP 1704315B1
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EP
European Patent Office
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valve
piezo actuator
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during
charging
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EP04803890A
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EP1704315A1 (de
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Jörg BEILHARZ
Sven Rebeschiess
Harald Schmidt
Maximilian Kronberger
Richard Pirkl
Hans-Jörg Wiehoff
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Continental Automotive GmbH
Original Assignee
Continental Automotive GmbH
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Publication date
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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

Definitions

  • the invention relates to a method for controlling a valve. It further relates to a method for controlling a pump-nozzle device with a valve.
  • the valve has a valve drive, which is designed as a piezoelectric actuator, a valve member, a valve body and a valve seat.
  • a pump-nozzle device is used in particular for supplying fuel into a combustion chamber of a cylinder of an internal combustion engine, in particular a diesel internal combustion engine.
  • a pump, a control unit with the valve and a nozzle unit form a structural unit.
  • the drive of a piston of the pump is preferably via a camshaft of an internal combustion engine by means of a rocker arm.
  • the pump can be hydraulically coupled via the valve to a low-pressure fuel supply device. It is hydraulically coupled on the output side with the nozzle unit. Start of injection and injection quantity are determined by the valve and its valve drive. Due to the compact design of the pump-nozzle device results in a very low volume of high pressure and high hydraulic stiffness. This enables very high injection pressures of around 2,000 bar. This high injection pressure in conjunction with the good controllability of the start of injection and the injection quantity allow a significant reduction in emissions while low fuel consumption when used in the internal combustion engine.
  • a pump-nozzle device comprising a pump and a valve having a valve member which controls the hydraulic coupling of a spill space to a drain passage.
  • the drainage channel is hydraulically coupled to the pump and a nozzle unit.
  • An inlet channel is provided, which is hydraulically coupled to the Abberichtraum.
  • the valve member is associated with a piezoelectric valve drive, via which the valve member can be adjusted between two end positions. In a first end position of the valve member of the flow channel is hydraulically coupled to a Ab tenuraum and this in turn with the inlet channel. In a second end position of the valve member of the drainage channel is hydraulically decoupled from the Abberichtraum and the valve member is in a valve seat of the valve.
  • the injection end is determined by the valve member being controlled to its first end position by means of the actuator and thus allowing fluid to flow back into the discharge chamber and the inlet channel via the discharge channel, with the result that the pressure in the pump and thus also decreases in the nozzle unit, which in turn leads to a closing of the nozzle unit.
  • a precise metering of fuel through the pump-nozzle device requires a very precise controllability of the valve.
  • a method for driving an injection valve with a piezoelectric actuator in which the piezoelectric actuator is initially reloaded with a first partial charge with a maximum pitch during opening and closing of the valve and thus performs a partial stroke. After a transfer break with a predetermined period of time then the piezoelectric actuator is loaded in the same direction with a second partial charge on the final stroke, wherein the slope for the second partial charge is less than the maximum slope of the first partial stroke.
  • the object of the invention is to provide a method for controlling a valve or a pump-nozzle device with the valve, which ensures a precise driving of the valve.
  • the invention is characterized by a method for controlling a valve with a valve drive, which is designed as a piezoelectric actuator, with a valve member, a valve body and a valve seat.
  • a valve drive which is designed as a piezoelectric actuator
  • the valve member is controlled from a position in contact with the valve seat to a predetermined position away from the valve seat by a discharge of the piezoelectric actuator.
  • the discharging operation is divided into a first discharging period during which a predetermined first amount of electric power is dissipated from the piezoactuator, a subsequent holding period during which the piezoactuator is not driven, and a subsequent second discharging period during which a predetermined second amount of electric energy of is removed from the piezoelectric actuator.
  • the hold time period and / or the first discharge time period is adapted.
  • pressure oscillations can easily be greatly dampened even under various operating conditions of the valve, which are caused by the release of the valve seat in a fluid flowing through the valve. Furthermore, so also noise emissions can be easily reduced.
  • the magnitude is the voltage that drops across the piezoelectric actuator, or the current that flows through the piezoelectric actuator.
  • the invention is further distinguished by a method for controlling the valve, in which at a predeterminable time, the valve member is controlled from a predetermined position away from the valve seat into the valve seat by a charging operation of the piezoelectric actuator.
  • the charging process is divided into a first charging period, during which a predetermined first amount of electrical energy is supplied to the piezoelectric actuator, a subsequent holding period during which the piezoelectric actuator is not driven, and a subsequent second charging period, during which a predetermined second amount of electrical energy is supplied to the piezoelectric actuator ,
  • Dependent from the course of the size, which is characteristic of the vibration behavior of the piezoelectric actuator during the holding period, the holding period and / or the first charging period is adapted. As a result, a bouncing when hitting even under different operating conditions of the valve can be easily reduced.
  • the methods are also used for controlling a pump-nozzle device.
  • the holding period and / or the first discharge period or the first charging period is adapted depending on an amplitude and / or the period of the course of the size which is characteristic of the vibration behavior of the piezoelectric actuator during the holding period. This is very easy.
  • the holding period is adapted depending on the period of the course of the variable, which is characteristic of the vibration behavior of the piezoelectric actuator during the holding period.
  • the hold period may thus be easily adjusted to a particular portion of one or more oscillations of magnitude characteristic of the vibration behavior of the piezo actuator during the hold period, e.g. on a half-oscillation of size.
  • the first discharge time duration or the first charge time duration is adapted depending on the amplitude of the characteristic of the variable which is characteristic of the vibration behavior of the piezoelectric actuator during the hold time period.
  • This has the advantage that the amplitude of the course of the size is particularly characteristic of a possible occurrence of a bounce or pressure oscillations of the fluid.
  • the sum of the first charging time duration and the holding time duration is limited to a maximum value at which it is ensured that the valve member is not yet in contact with the valve seat.
  • the method may be used to particular advantage for controlling a pump-nozzle device when the first discharge period is limited to a minimum value at which it is ensured that a nozzle needle of the nozzle unit of the pump-nozzle device closes a nozzle via which the fuel is measured. Since the nozzle needle in the pump-nozzle device is hydraulically coupled to the valve via a drainage channel, it can be ensured that a fuel delivery end is not affected.
  • the pump-nozzle device ( FIG. 1 ) comprises a pump unit, a control unit and a nozzle unit.
  • the pump-nozzle device is preferably used for supplying fuel into the combustion chamber of a cylinder of an internal combustion engine.
  • the internal combustion engine is preferably designed as a diesel internal combustion engine.
  • the internal combustion engine has an intake tract for intake of air, which can be coupled by means of gas inlet valves with cylinders.
  • the internal combustion engine also has an exhaust tract, which discharges the gases to be discharged from the cylinders via the outlet valve.
  • the cylinders are each assigned pistons, which are each coupled via a connecting rod with a crankshaft.
  • the crankshaft is coupled to a camshaft.
  • the pump unit comprises a piston 11, a pump body 12, a working space 13 and a pump return means 14, which is preferably designed as a spring.
  • the piston 11 is in the installed state in an internal combustion engine with a Camshaft 16 coupled, preferably by means of a rocker arm, and is driven by this.
  • the piston 11 is guided in a recess of the pump body 12 and determined depending on its position, the volume of the working space 13.
  • the pump return means 14 is formed and arranged so that the volume of the working chamber 13 limited by the piston 11 has a maximum value acting on the piston 11 no external forces, ie forces that are transmitted via the coupling with the camshaft 16.
  • the nozzle unit comprises a nozzle body 51, in which a nozzle return means 52, which is designed as a spring and possibly additionally as a damping unit, and a nozzle needle 53 are arranged.
  • the nozzle needle 53 is arranged in a recess of the nozzle body 51 and is guided in the region of a needle guide 55.
  • the nozzle needle 53 abuts a needle seat 54 and thus closes a nozzle 56, which is provided for supplying the fuel into the combustion chamber of the cylinder of the internal combustion engine.
  • the nozzle unit is preferably, as shown, formed as an inwardly opening nozzle unit.
  • the nozzle needle 53 is slightly spaced from the needle seat 54 toward the nozzle return means 52, thus releasing the nozzle 56.
  • fuel is metered into the combustion chamber of the cylinder of the internal combustion engine.
  • the first or second state is assumed depending on a balance of forces from the force acting through the nozzle return means 52 on the nozzle needle 53 and from this counteracting force, which is caused by the hydraulic pressure in the region of the Nadelabsatzes 57.
  • the control unit comprises an inlet channel 21 and an outlet channel 22.
  • the inlet channel 21 and the outlet channel 22 can be hydraulically coupled by means of a valve.
  • the inlet channel 21 is guided from a low-pressure side connection of the pump-nozzle device to the valve.
  • the drainage channel 22 is hydraulically coupled to the working space 13 and is guided to the needle hub 57 and is hydraulically coupled to the nozzle 56 depending on the condition occupied by the nozzle needle 53.
  • the valve comprises a valve member 231, which is preferably designed as a so-called.
  • a valve d. H. it opens outward against the flow direction of the fluid.
  • the valve further comprises a Abêtraum 232 which is hydraulically coupled to the inlet channel 21 and by means of the valve member 231 with a high-pressure chamber is hydraulically coupled.
  • the high-pressure chamber is hydraulically coupled to the drainage channel 22.
  • valve return means is provided, which is arranged and formed so that it presses the valve member 231 in an open position, ie spaced from the valve seat 234, when acting by an actuator 24 to the valve member forces are less than the forces by the Valve return means act on the valve member 231.
  • the valve return means is preferably a spring.
  • the actuator 24 is formed as a piezoelectric actuator with a piezo stack.
  • the actuator 24 is preferably coupled to the valve member 231 by means of a transformer which preferably amplifies the stroke of the actuator 24.
  • a transformer which preferably amplifies the stroke of the actuator 24.
  • On the actuator 24 is preferably also a plug for receiving electrical contacts for driving the actuator 24 is provided.
  • a device 60 for controlling the pump-nozzle device is provided, which generates corresponding actuating signals for the valve.
  • valve member 231 In the open position of the valve member 231 is at a movement of the piston 11, the upward d. H. is directed away from the nozzle 56, sucked fuel through the inlet channel 21 toward the working space 13. As long as the valve member 231 during a subsequent downward movement of the piston 11, d. H. in a directed towards the nozzle 56 movement, is still in its open position, located in the working chamber 13 and the drain passage 22 fuel is pushed back through the valve back into the Abêtraum 232 and possibly into the inlet channel 21.
  • valve member 231 when the valve member 231 is controlled in its closed position during the downward movement of the piston 11, the fuel in the working chamber 13 and thus in the flow passage 22 and in the high-pressure chamber 233 is compressed, whereby the pressure with increasing downward movement of the piston 11 in the Working space 13, in the high-pressure chamber 233 and in the drain passage 22 increases.
  • the force caused by the hydraulic pressure increases, which acts on the needle shoulder 57 in the direction of an opening movement of the nozzle needle 53 to release the nozzle 56.
  • the hydraulic coupling between the high pressure chamber and the Abêtraum 232 and the inlet channel 21 is made. Due to the high pressure difference prevailing during opening between the fluid in the high-pressure space and the outlet channel 22 and the fluid in the discharge space 232 and the inlet channel 21, the fuel then flows from the high-pressure space into the discharge space 232 at very high speed, generally at the speed of sound and further into the inlet channel 21. As a result, the pressure in the high-pressure chamber and the outlet channel 22 is then rapidly reduced so much that the forces acting on the nozzle needle 53 by the nozzle return means 52 cause the nozzle needle 53 to move into the needle seat 54 and Thus then the nozzle 56 closes.
  • FIG. 2a shows the course of the actual values V_AV of the voltage drop across the piezoelectric actuator plotted over the time t.
  • FIG. 2b shows the stroke CTRL_VL of the valve member 231 plotted over the time t and Figure 2c shows the course of the speed CTRL_VL_V of the stroke of the valve member 231.
  • a charging of the piezoelectric actuator is started. The exact control of the charging process is described below on the basis of FIG. 3 explained. A first amount of electrical energy is supplied to the piezo actuator during a first charging period T1, which is completed at a time t2.
  • the piezoelectric actuator is supplied with no electrical energy for a holding period T2 which ends at a time t3.
  • the piezoelectric actuator is supplied with a second predetermined amount of electrical energy distributed over the second charging period T3, which has ended at a time t4. From a time t3 ', the valve member 231 is in contact with the valve seat 234th
  • a discharge of the piezoelectric actuator is controlled, which is also explained in more detail below.
  • the piezo actuator is discharged at a predetermined first amount of energy until a time t6.
  • the piezoelectric actuator is not further discharged for a given holding period T5 until a time t7.
  • the piezoelectric actuator is further discharged for a second discharge period T6, in which a predetermined second amount of electrical energy is dissipated.
  • the discharge process is then completed at a time t8.
  • the valve member 231 is then again in its predetermined position away from the valve seat 234th
  • the charging control will be described below with reference to the flowchart of FIG. 3 described, which is stored in the form of a program in the device for controlling the pump-nozzle device and is loaded during operation and processed.
  • the program is started in a step S1 in which variables are initialized if necessary.
  • a step S2 the first charging period T1, the second charging period T3 and the retention period T2 are read.
  • the values of the first and second charging time periods T1, T3 and the holding time period T2 may be fixed in step S2 or may have been stored at the end of a previous run of the program or determined in another way.
  • a desired value EGY_SP of an energy to be supplied to the piezoelectric actuator during the charging process is subsequently determined as a function of a rotational speed N of the crankshaft of an internal combustion engine, the time t1, and a fuel temperature T_F.
  • a step S6 it is checked whether the current time t is equal to the time t1. If this is not the case, then the program remains in a step S8 for a predefined waiting time T_W.
  • the predefined waiting time T_W is selected to be sufficiently short that, in a subsequent renewed check of the condition of step S6, it is ensured that the current time t is at most equal to or only insignificantly greater than the time t1.
  • step S10 the supply of a first amount of electrical energy started to the piezoelectric actuator.
  • a first amount of energy is supplied to the piezoelectric actuator according to the setpoint EGY_SP of the amount of energy to be supplied in proportion to the ratio of the first charging time T1 to the sum of the first charging time T1 and the second charging time T3.
  • the supply of electrical energy is carried out by appropriately energizing the piezoelectric actuator.
  • step S12 it is then checked whether the current time t is equal to or greater than the sum of the time t1 and the first charging time T1.
  • step S16 for the predetermined waiting time T_W before the condition of step S12 is checked again. If, on the other hand, the condition of step S12 is satisfied, then a pause of the charging process is controlled in a step S16, specifically for the holding period T2.
  • the voltage which drops across the piezoactuator and which is detected in a subsequent step S18 as actual values V_AV of the voltage drop across the piezoactuator has a characteristic oscillation profile which is caused by the excitation of a spring mass oscillator which passes through the piezoelectric actuator, the valve member 231 and the return means is formed, the excitation caused by the charging during the first charging period T1.
  • step S20 it is then checked whether the current time t is greater than or equal to the time t1 and the sum of the first charging time period T1 and the holding time period T2. If the condition of step S20 is not satisfied, then the program remains in step S22 for the predefined waiting time T_W before another actual value V_AV of the voltage drop across the piezoelectric actuator is detected in step S18 becomes.
  • the actual values V_AV of the voltage drop across the piezoelectric actuator detected in step S18 are temporarily stored for later processing.
  • step S20 If, on the other hand, the condition of step S20 is met, the charging process is continued in a step S24 and during the subsequent processing of steps S26 to S28, a predetermined second electrical energy quantity corresponding to the fraction of the first setpoint EGY_SP of the electrical energy to be supplied is supplied to the piezoactuator, which corresponds to the proportion of the second charging period T3 to the sum of the first and second charging periods T1, T3.
  • step S26 it is checked in step S26 whether the current time t is greater than or equal to the time t1 and the sum of the first and second charging time periods T1, T3 and the holding time period T2. If the condition of step S26 is not satisfied, the program remains in the step S28 for the predetermined waiting time T_W before the condition of step S26 is checked again.
  • step S30 an actual value AMP_AV of the amplitude of the profile of the actual values V_AV of the voltage drop at the piezoactuator, which was determined during the hold period T2, is determined.
  • a correction value D_T1 is subsequently determined as a function of the actual value AMP_AV and a desired value AMP_SP of the amplitude.
  • the desired value AMP_SP of the amplitude is preferably a fixed value or a value that is preferably determined beforehand by tests, depending on operating parameters of the valve or the pump-nozzle device in such a way that, with the smallest possible deviation of the actual value AMP_AV of the amplitude from the desired value AMP_SP of the amplitude, a bouncing of the valve member 231 is reduced in the desired manner when it strikes the valve seat 234.
  • the correction value D_T1 of the first charging time period T1 is determined by means of a regulator, which preferably has P or PI behavior.
  • a corrected first charging time period T1 is then determined as a function of the charging time period T1 and the correction value D_T1 of the first charging time duration.
  • a step S36 an actual value PER_AV of the period of the oscillation of the course of the actual values V_AV of the voltage drop across the piezoelectric actuator during the holding period T2 is subsequently determined.
  • a correction value D_T2 of the hold time period is then determined as a function of the actual value PER_AV of the period and a setpoint value PER_SP of the period.
  • the setpoint PER_SP of the period is, like the setpoint AMP_SP of the amplitude, chosen such that when the actual value PER_AV approaches the setpoint PER_SP of the period, the bouncing of the valve member is reduced in the desired manner.
  • a corrected holding period T2 is subsequently determined as a function of the holding period T2 and the correction value D_T2 of the holding period.
  • step S42 it is then also checked whether the first charging time period T1 in total with the holding time period T2 is greater than a maximum value T_MAX, wherein in the processing of step S42 the corrected time periods T1 and T2 are relevant. If this is the case, then in step S42 the first charging time period T1 is limited in such a way that the sum of the first charging time period T1 and the holding time duration T2 is not greater than the maximum value T_MAX.
  • a step S44 the second charging period T3 is changed in opposition to the first charging period T1, so that the sum of the first and second charging periods T1, T3 remains unchanged.
  • step S4 The processing of the program is then subsequently resumed in step S4 if a reload is to be controlled.
  • step S18 a variable other than the voltage drop across the piezoelectric actuator, which is characteristic of the vibration behavior of the piezoelectric actuator during the holding period T2. This is, for example, the electrical energy stored in the piezoelectric actuator, the current flow through the piezoelectric actuator or the electrical charge in the piezoelectric actuator.
  • step S30 only the maximum and minimum values of the actual values V_AV detected in step S18 can be determined and then in a suitably adapted step S32 the correction value D_T1 of the first charging time T1 depending on the maximum and minimum Value and corresponding reference values are determined.
  • the steps of the program according to FIG. 4 are essentially analogous to the steps of the program of FIG. 3 and only differences will be explained below.
  • the program is started in a step S1 '.
  • values of the first discharge time period T4, the hold time period T5 and the second discharge time period T6 are read in, which are simply predefined or can be predetermined depending on operating variables of the valve or have been stored in a previous run of the program.
  • a desired value EGY_SP of the electrical energy is determined, which is to be taken from the piezoelectric actuator during the discharge process. This is done depending on the rotational speed N, the time t1, the time t5 and preferably depending on the fuel temperature T_F.
  • a step S6 ' it is checked whether the current time t is greater than the time t5, if this is the case, then in a step S10' the discharging process is started and the piezoelectric actuator is deprived of a first amount of electrical energy corresponding to the fractional part of the setpoint EGY_SP corresponds to the electrical energy to be taken from the piezoelectric actuator according to the ratio of the first discharge time T4 and the sum of the first discharge time T4 and the second discharge time T6.
  • the piezoelectric actuator is subsequently correspondingly discharged during the further processing of steps S12 'and S16' until, in step S16 ', there is a pause in the discharging process, specifically for the predetermined holding time period T5.
  • step S18 ' actual values V_AV of the voltage drop at the piezoelectric actuator are detected in accordance with step S18.
  • step S20 ' it is checked whether the current time is greater than or equal to the time t5 and the sum of the first discharge time T4 and the hold time T5. If the condition of step S20 'is fulfilled, then in a step S24' the unloading process is continued for the second discharge time period T6, during which a second predetermined amount of electrical energy is taken from the piezoelectric actuator during the subsequent processing of steps S26 'and S28'. the value of which corresponds to the fraction of the setpoint value EGY_SP of the electrical energy to be taken from the piezoactuator, corresponding to the proportion of the second discharging time period T6 to the sum of the first and second charging time periods T4, T6.
  • step S30 corresponds to the step S30.
  • a correction value D_T4 of the first discharge time period T4 is then determined as a function of the actual value AMP_AV and a desired value AMP_SP of the amplitude of the oscillation of the course of the actual values V_AV of the voltage drop at the piezoactuator.
  • step S32 a correction value D_T4 of the first discharge time period T4 is then determined as a function of the actual value AMP_AV and a desired value AMP_SP of the amplitude of the oscillation of the course of the actual values V_AV of the voltage drop at the piezoactuator.
  • a corrected first discharge time T4 is then determined as a function of the first discharge time T4 and the correction value D_T4 of the first discharge time T4.
  • a step S36 'then corresponds to the step S36.
  • a correction value D_T5 of the hold time period T5 is then determined as a function of the actual value PER_AV of the period duration, and the setpoint value PER_SP of the period.
  • the setpoint PER_SP of the period is set so that the desired damping of pressure oscillations and noise emissions is achieved at an approach of the actual value PER_AV to the setpoint PER_SP of the period in the pump-nozzle device.
  • step S40 ' the hold period T5 is then corrected depending on the hold period T5 and the hold period correction D_T5.
  • a subsequent step S42 ' is then still checked whether the first discharge time T4 is smaller than a minimum value T_MIN, which is preferably determined depending on the rotational speed N, the time t1, the time t5 and the fuel temperature T_F. If the first discharge period T4 is less than the minimum value T_MIN, the first discharge period T4 is set equal to the minimum value T_MIN. This ensures that, in a subsequent processing of steps S2 'to S42', the delivery end of the pump-nozzle device, ie the closing of the nozzle needle 53, is not influenced by the interruption of the discharge process following the first discharge time period T4. The step S42 'can then be omitted if correspondingly higher-level control functions of the pump-nozzle device, which determine the desired times t1 and t5, are adjusted accordingly.
  • T_MIN preferably determined depending on the rotational speed N, the time t1, the time t5 and the fuel temperature T_F.
  • a step S44 ' the second charging period T6 is changed in opposition to the first charging period T4, so that the sum of the first and second charging periods T4, T6 remains unchanged.
  • step S30 an actual value AMP_AV of the amplitude is determined, and in step S36 an actual value PER_AV of the period of the oscillation of the course of the actual values V_AV of the voltage drop at the piezoactuator, which were determined during the holding period T2.
  • step S32 or S38 a correction value D_T1 for the first charging time period T1 or a correction value D_T2 for the holding time T2 is determined from the actual value AMP_AV or PER_AV and the associated desired value AMP_SP or PER_SP.
  • correction values D_T4 are determined for the first discharge time period T4 and D_T5 for the hold time period T5 during the discharge process, depending on the actual values AMP_AV and PER_AV and assigned setpoint values AMP_SP and PER_SP.
  • the actual values AMP_AV and PER_AV are preferably determined for each charging process and each discharging process.
  • the correction values D_T1, D_T2 are determined during each charging process and the correction values D_T4 and D_T5 during each discharging process.
  • the correction values D_T1, D_T2, D_T4 and D_T5 are determined not only as a function of the last actual value AMP_AV or PER_AV, but in each case as a function of a plurality of actual values AMP_AV or PER_AV determined during previous charging processes or discharging processes.
  • Each of the four control loops can then have, for example, I, PI ID or PID characteristics.
  • control loops can also be advantageous.
  • any linear or nonlinear combinations or functions of the same can also be considered as controlled variables.
  • Each of these control variables, which relates to the charging process can be combined with each manipulated variable of the charging process (first charging time period T1, holding time duration T2).
  • each of the aforementioned controlled variables relating to the discharging process may be combined with each manipulated variable of the discharging process (first discharging period T4, holding period T5).
  • any other values determined from the actual values V_AV acquired during the holding period T2 or T5 can be used as controlled variables.
  • further controlled variables which, like AMP_AV and PER_AV, characterize the vibration behavior of the piezoactuator are the maximum slope dV_AV / dt during the holding period T2 or T5, which is the maximum value of the slope
  • the present invention is used in a pump-injector for an internal combustion engine, depending on the mechanical design of the injector especially at higher and high speeds of the internal combustion engine, a regime can be achieved in which the control valve needle the valve seat is not quite enough, so not closes more completely because the injection pulses become very short.
  • This regime is called ballistic regime.
  • the holding periods T2, T5 can be reduced and disappear at high speeds. Under these conditions, it may be advantageous to make the described control only at speeds close to the idling speed. At higher speeds, the manipulated variable is then simply held.
  • the first charging time T1 the holding period T2, the first discharging time T4 or the holding time T5, but a parameter (for example, an Off -set), which enters into the calculation of the same, wherein in the calculation further further operating parameters such as the current speed, the fuel temperature, etc. are received.
  • a parameter for example, an Off -set

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  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Ventils. Sie betrifft ferner ein Verfahren zum Steuern einer Pumpe-Düse-Vorrichtung mit einem Ventil. Das Ventil hat einen Ventilantrieb, der als Piezoaktor ausgebildet ist, ein Ventilglied, einen Ventilkörper und einen Ventilsitz. Eine Pumpe-Düse-Vorrichtung wird insbesondere zur Kraftstoffzufuhr in einen Brennraum eines Zylinders einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Diesel-Brennkraftmaschine, eingesetzt. Bei einer Pumpe-Düse-Vorrichtung bilden eine Pumpe, eine Steuereinheit mit dem Ventil und eine Düseneinheit eine Baueinheit. Der Antrieb eines Kolbens der Pumpe erfolgt vorzugsweise über eine Nockenwelle einer Brennkraftmaschine mittels eines Kipphebels.
  • Die Pumpe ist über das Ventil an eine Niederdruck-Kraftstoffzuführeinrichtung hydraulisch koppelbar. Sie ist ausgangsseitig mit der Düseneinheit hydraulisch gekoppelt. Einspritzbeginn und Einspritzmenge werden durch das Ventil und dessen Ventilantrieb bestimmt. Durch die kompakte Bauweise der Pumpe-Düse-Vorrichtung ergibt sich ein sehr geringes Hochdruckvolumen und eine große hydraulische Steifigkeit. Es werden so sehr hohe Einspritzdrücke von zirka 2.000 bar ermöglicht. Dieser hohe Einspritzdruck in Verbindung mit der guten Steuerbarkeit des Einspritzbeginns und der Einspritzmenge ermöglichen eine deutliche Reduktion der Emissionen bei gleichzeitig niedrigem Kraftstoffverbrauch beim Einsatz in der Brennkraftmaschine.
  • Aus der DE 198 35 494 C2 ist eine Pumpe-Düse-Vorrichtung bekannt mit einer Pumpe und einem Ventil mit einem Ventilglied, das die hydraulische Kopplung eines Absteuerraums mit einem Ablaufkanal steuert. Der Ablaufkanal ist hydraulisch gekoppelt mit der Pumpe und einer Düseneinheit. Ein Zulaufkanal ist vorgesehen, der hydraulisch gekoppelt ist mit dem Absteuerraum. Dem Ventilglied ist ein piezoelektrischer Ventilantrieb zugeordnet, über den das Ventilglied zwischen zwei Endstellungen verstellt werden kann. In einer ersten Endstellung des Ventilglieds ist der Ablaufkanal hydraulisch gekoppelt mit einem Absteuerraum und dieser wiederum mit dem Zulaufkanal. In einer zweiten Endstellung des Ventilglieds ist der Ablaufkanal hydraulisch entkoppelt von dem Absteuerraum und das Ventilglied ist in einem Ventilsitz des Ventils.
  • In der ersten Endstellung des Ventilglieds wird während eines Förderhubs der Pumpe Fluid von dem Zulaufkanal über den Absteuerraum und den Ablaufkanal von der Pumpe angesaugt. Während eines Arbeitshubs eines Pumpenkolbens der Pumpe wird in der ersten Endposition des Ventilglieds Fluid von der Pumpe über den Zulaufkanal, den Absteuerraum in den Ablaufkanal zurückgedrückt. In der zweiten Endstellung des Ventilglieds kann während des Förderhubs des Pumpenkolbens wegen der fehlenden hydraulischen Kopplung des Ablaufkanals mit dem Absteuerraum und dem Ablaufkanal kein Fluid zurückgedrückt werden und der Pumpenkolben erzeugt Hochdruck. Mit Überschreiten einer vorgegebenen Druckschwelle öffnet eine Düsennadel der Düseneinheit eine Düse der Düseneinheit und es erfolgt eine Einspritzung des Fluids. Das Einspritzende wird dadurch bestimmt, dass das Ventilglied mittels des Stellantriebs in seine erste Endposition gesteuert wird und so Fluid über den Ablaufkanal in den Absteuerraum und den Zulaufkanal zurückströmen kann, was zur Folge hat, dass der Druck in der Pumpe und somit auch in der Düseneinheit abnimmt, was wiederum zu einem Schließen der Düseneinheit führt.
  • Ein präzises Zumessen von Kraftstoff durch die Pumpe-Düse-Vorrichtung setzt eine sehr präzise Ansteuerbarkeit des Ventils voraus.
  • Aus der EP 1179129 B1 ist ein Verfahren zum Ansteuern eines Einspritzventils mit einem piezoelektrischen Aktor bekannt, bei dem beim Öffnen und Schließen des Ventils der piezoelektrische Aktor anfänglich mit einer ersten Teilladung mit einer maximalen Steigung umgeladen wird und so einen Teilhub durchführt. Nach einer Umladepause mit einer vorgegebenen Zeitdauer wird dann der piezoelektrische Aktor in derselben Richtung mit einer zweiten Teilladung auf den endgültigen Hub geladen, wobei die Steigung für die zweite Teilladung kleiner ist als die maximale Steigung des ersten Teilhubs.
  • Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Steuern eines Ventils oder einer Pumpe-Düse-Vorrichtung mit dem Ventil zu schaffen, das ein präzises Ansteuern des Ventils gewährleistet.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.
  • Die Erfindung zeichnet sich aus durch ein Verfahren zum Steuern eines Ventils mit einem Ventilantrieb, der als Piezoaktor ausgebildet ist, mit einem Ventilglied, einem Ventilkörper und einem Ventilsitz. Zu einem vorgebbaren Zeitpunkt wird das Ventilglied von einer Position in Anlage mit dem Ventilsitz in eine vorgegebene Position entfernt von dem Ventilsitz gesteuert durch einen Entladevorgang des Piezoaktors. Der Entladevorgang wird aufgeteilt in eine erste Entladezeitdauer, während der eine vorgegebene erste elektrische Energiemenge von dem Piezoaktor abgeführt wird, eine darauf folgende Haltezeitdauer, während der der Piezoaktor nicht angesteuert wird, und eine darauf folgende zweite Entladezeitdauer, während der eine vorgegebene zweite elektrische Energiemenge von dem Piezoaktor abgeführt wird. Abhängig von dem Verlauf einer Größe, die charakteristisch ist für das Schwingungsverhalten des Piezoaktors während der Haltezeitdauer, wird die Haltezeitdauer und/oder die erste Entladezeitdauer adaptiert. Dadurch können einfach Druckschwingungen auch unter verschiedenartigen Betriebsbedingungen des Ventils stark gedämpft werden, die durch das Freigeben des Ventilsitzes in einem Fluid entstehen, das durch das Ventil strömt. Ferner können so auch Geräuschemissionen einfach verringert werden.
  • Die Größe ist die Spannung, die an dem Piezoaktor abfällt, oder der Strom, der durch den Piezoaktor fließt.
  • Die Erfindung zeichnet sich ferner aus durch ein Verfahren zum Steuern des Ventils, bei dem zu einem vorgebbaren Zeitpunkt das Ventilglied von einer vorgegebenen Position entfernt von dem Ventilsitz in den Ventilsitz gesteuert wird durch einen Ladevorgang des Piezoaktors. Der Ladevorgang wird aufgeteilt in eine erste Ladezeitdauer, während der eine vorgegebene erste elektrische Energiemenge dem Piezoaktor zugeführt wird, eine darauffolgende Haltezeitdauer, während der der Piezoaktor nicht angesteuert wird, und eine darauffolgende zweite Ladezeitdauer, während der eine vorgegebene zweite elektrische Energiemenge dem Piezoaktor zugeführt wird. Abhängig von dem Verlauf der Größe, die charakteristisch ist für das Schwingungsverhalten des Piezoaktors während der Haltezeitdauer, wird die Haltezeitdauer und/oder die erste Ladezeitdauer adaptiert. Dadurch kann auch ein Prellen beim Auftreffen auch unter verschiedenartigen Betriebsbedingungen des Ventils einfach vermindert werden.
  • Bevorzugt werden die Verfahren auch zum Steuern einer Pumpe-Düse-Vorrichtung eingesetzt.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Haltezeitdauer und/oder die erste Entladezeitdauer bzw. die erste Ladezeitdauer adaptiert abhängig von einer Amplitude und/oder der Periode des Verlaufs der Größe, die charakteristisch ist für das Schwingungsverhalten des Piezoaktors während der Haltezeitdauer. Dies ist besonders einfach.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Haltezeitdauer adaptiert abhängig von der Periode des Verlaufs der Größe, die charakteristisch ist für das Schwingungsverhalten des Piezoaktors während der Haltezeitdauer. Die Haltezeitdauer kann so einfach auf einen bestimmten Abschnitt einer oder mehrerer Schwingungen der Größe, die charakteristisch ist für das Schwingungsverhalten des Piezoaktors während der Haltezeitdauer eingestellt werden, so z.B. auf eine Halbschwingung der Größe.
  • Es ist ferner vorteilhaft, wenn die erste Entladezeitdauer bzw. die erste Ladezeitdauer adaptiert wird abhängig von der Amplitude des Verlaufs der Größe, die charakteristisch ist für das Schwingungsverhalten des Piezoaktors während der Haltezeitdauer. Dies hat den Vorteil, dass die Amplitude des Verlaufs der Größe besonders charakteristisch ist für ein mögliches Auftreten eines Prellens oder von Druckschwingungen des Fluids. Durch das Adaptieren der ersten Entladezeitdauer bzw. der ersten Ladezeitdauer wird der Anteil der ersten Energiemenge an der Summe der ersten und zweiten Energiemenge verschoben und so sehr wirkungsvoll die Amplitude verändert. Insgesamt kann so noch wirksamer ein Prellen vermieden werden bzw. Druckschwingungen gedämpft werden.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird im Hinblick auf den Ladevorgang die Summe der ersten Ladezeitdauer und der Haltezeitdauer auf einen Maximalwert begrenzt, bei dem sichergestellt ist, dass das Ventilglied noch nicht in Anlage mit dem Ventilsitz ist. Dies hat den Vorteil, dass einfach ein sicherer Sitz des Ventilglieds in dem Ventilsitz gewährleistet werden kann nach Abschluss des Ladevorgangs.
  • Das Verfahren kann besonders vorteilhaft eingesetzt werden zum Steuern einer Pumpe-Düse-Vorrichtung, wenn die erste Entladezeitdauer auf einen Minimalwert begrenzt wird, bei dem sichergestellt ist, dass eine Düsennadel der Düseneinheit der Pumpe-Düse-Vorrichtung eine Düse verschließt, über die der Kraftstoff zugemessen wird. Da die Düsennadel bei der Pumpe-Düse-Vorrichtung hydraulisch über einen Ablaufkanal mit dem Ventil gekoppelt ist, kann so sichergestellt werden, dass ein Kraftstoffförderende nicht beeinflusst wird.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im folgenden anhand der schematischen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
    • Figur 1
    eine Pumpe-Düse-Vorrichtung mit einem Ventil und einer Vorrichtung zum Steuern des Ventils, in der das Verfahren zum Steuern des Ventils abgearbeitet wird,
    Figuren 2a, 2b, 2c
    zeitliche Verläufe der Piezospannung V_INJ, des Hubs CTRL_VL des Ventilglieds 231 und der Geschwindigkeit CTRL_VL_V des Hubs CTRL_VL des Ventilglieds 231,
    Figur 3
    ein Ablaufdiagramm eines Programms zum Steuern der Pumpe-Düse-Vorrichtung, und
    Figur 4
    ein weiteres Ablaufdiagramm eines Programms zum Steuern der Pumpe-Düse-Vorrichtung.
  • Elemente gleicher Konstruktion und Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
  • Die Pumpe-Düse-Vorrichtung (Figur 1) umfasst eine Pumpeneinheit, eine Steuereinheit und eine Düseneinheit. Die Pumpe-Düse-Vorrichtung wird bevorzugt eingesetzt zum Zuführen von Kraftstoff in den Brennraum eines Zylinders einer Brennkraftmaschine. Die Brennkraftmaschine ist vorzugsweise als Diesel-Brennkraftmaschine ausgebildet. Die Brennkraftmaschine hat einen Ansaugtrakt zum Ansaugen von Luft, der mittels Gaseinlassventilen mit Zylindern koppelbar ist. Die Brennkraftmaschine weist ferner einen Abgastrakt auf, der über das Auslassventil gesteuert die aus den Zylindern auszustoßenden Gase abführt. Den Zylindern sind jeweils Kolben zugeordnet, die jeweils über eine Pleuelstange mit einer Kurbelwelle gekoppelt sind. Die Kurbelwelle ist mit einer Nockenwelle gekoppelt.
  • Die Pumpeneinheit umfasst einen Kolben 11, einen Pumpenkörper 12, einen Arbeitsraum 13 und ein Pumpen-Rückstellmittel 14, das vorzugsweise als Feder ausgebildet ist. Der Kolben 11 ist im eingebauten Zustand in einer Brennkraftmaschine mit einer Nockenwelle 16 gekoppelt, vorzugsweise mittels eines Kipphebels, und wird von dieser angetrieben. Der Kolben 11 ist in einer Ausnehmung des Pumpenkörpers 12 geführt und bestimmt abhängig von seiner Position das Volumen des Arbeitsraums 13. Das Pumpen-Rückstellmittel 14 ist so ausgebildet und angeordnet, dass das durch den Kolben 11 begrenzte Volumen des Arbeitsraums 13 einen Maximalwert aufweist, wenn auf den Kolben 11 keine äußeren Kräfte einwirken, d. h. Kräfte, die über die Kopplung mit der Nockenwelle 16 übertragen werden.
  • Die Düseneinheit umfasst einen Düsenkörper 51, in dem ein Düsenrückstellmittel 52, das als Feder und ggf. zusätzlich als Dämpfungseinheit ausgebildet ist, und eine Düsennadel 53 angeordnet sind. Die Düsennadel 53 ist in einer Ausnehmung des Düsenkörpers 51 angeordnet und wird im Bereich einer Nadelführung 55 geführt.
  • In einem ersten Zustand liegt die Düsennadel 53 an einem Nadelsitz 54 an und verschließt so eine Düse 56, die zum Zuführen des Kraftstoffs in den Brennraum des Zylinders der Brennkraftmaschine vorgesehen ist. Die Düseneinheit ist vorzugsweise, wie dargestellt, als nach innen öffnende Düseneinheit ausgebildet.
  • In einem zweiten Zustand ist die Düsennadel 53 leicht beabstandet zu dem Nadelsitz 54 und zwar hin in Richtung zu dem Düsenrückstellmittel 52 angeordnet und gibt so die Düse 56 frei. In diesem zweiten Zustand wird Kraftstoff in den Brennraum des Zylinders der Brennkraftmaschine zugemessen. Der erste oder zweite Zustand wird eingenommen abhängig von einer Kräftebilanz aus der Kraft, die durch das Düsenrückstellmittel 52 auf die Düsennadel 53 wirkt und aus der dieser entgegenwirkenden Kraft, die durch den hydraulischen Druck im Bereich des Nadelabsatzes 57 hervorgerufen wird.
  • Die Steuereinheit umfasst einen Zulaufkanal 21 und einen Ablaufkanal 22. Der Zulaufkanal 21 und der Ablaufkanal 22 sind mittels eines Ventils hydraulisch koppelbar. Der Zulaufkanal 21 ist von einem niederdruckseitigen Anschluss der Pumpe-Düse-Vorrichtung hin zu dem Ventil geführt. Der Ablaufkanal 22 ist hydraulisch mit dem Arbeitsraum 13 gekoppelt und ist hin zu dem Nadelabsatz 57 geführt und ist hydraulisch mit der Düse 56 koppelbar abhängig von dem Zustand, der von der Düsennadel 53 eingenommen wird.
  • Das Ventil umfasst ein Ventilglied 231, das vorzugsweise als sog. A-Ventil ausgebildet ist, d. h. es öffnet nach außen entgegen der Strömungsrichtung des Fluids. Das Ventil umfasst ferner einen Absteuerraum 232, der hydraulisch gekoppelt ist mit dem Zulaufkanal 21 und mittels des Ventilglieds 231 mit einem Hochdruckraum hydraulisch koppelbar ist. Der Hochdruckraum ist hydraulisch gekoppelt mit dem Ablaufkanal 22.
  • In der geschlossenen Stellung des Ventilglieds 231 liegt das Ventilglied 231 an einem Ventilsitz 234 eines Ventilkörpers 237 an. Ferner ist ein Ventilrückstellmittel vorgesehen, welches so angeordnet und ausgebildet ist, dass es das Ventilglied 231 in eine Offenstellung, d. h. beabstandet zu dem Ventilsitz 234 drückt, wenn die durch einen Stellantrieb 24 auf das Ventilglied wirkenden Kräfte geringer sind als die Kräfte, die durch das Ventilrückstellmittel auf das Ventilglied 231 wirken. Das Ventilrückstellmittel ist bevorzugt eine Feder. Der Stellantrieb 24 ist als Piezoaktor mit einem Piezostapel ausgebildet.
  • Der Stellantrieb 24 ist vorzugsweise mittels eines Übertragers, der vorzugsweise den Hub des Stellantriebs 24 verstärkt, mit dem Ventilglied 231 gekoppelt. An dem Stellantrieb 24 ist vorzugsweise auch ein Stecker zur Aufnahme von elektrischen Kontakten zur Ansteuerung des Stellantriebs 24 vorgesehen.
  • Eine Vorrichtung 60 zum Steuern der Pumpe-Düse-Vorrichtung ist vorgesehen, die entsprechende Stellsignale für das Ventil erzeugt.
  • In der Offenstellung des Ventilglieds 231 wird bei einer Bewegung des Kolbens 11, die nach oben d. h. in Richtung weg von der Düse 56 gerichtet ist, Kraftstoff über den Zulaufkanal 21 hin zum Arbeitsraum 13 angesaugt. Solange das Ventilglied 231 während einer anschließenden Abwärtsbewegung des Kolbens 11, d. h. bei einer hin zu der Düse 56 gerichteten Bewegung, weiterhin in seiner Offenstellung befindet, wird der in dem Arbeitsraum 13 und dem Ablaufkanal 22 befindliche Kraftstoff über das Ventil wieder zurück in den Absteuerraum 232 und ggf. in den Zulaufkanal 21 zurückgedrückt.
  • Wenn jedoch bei der Abwärtsbewegung des Kolbens 11 das Ventilglied 231 in seine geschlossene Stellung gesteuert ist, wird der im Arbeitsraum 13 und somit auch der im Ablaufkanal 22 und der in dem Hochdruckraum 233 befindliche Kraftstoff verdichtet, wodurch der Druck mit zunehmender Abwärtsbewegung des Kolbens 11 im Arbeitsraum 13, im Hochdruckraum 233 und im Ablaufkanal 22 zunimmt. Entsprechend dem steigenden Druck im Ablaufkanal 22 erhöht sich auch die durch den Hydraulikdruck hervorgerufene Kraft, die auf den Nadelabsatz 57 in Richtung einer Öffnungsbewegung der Düsennadel 53 zum Freigeben der Düse 56 wirkt. Wenn der Druck in dem Ablaufkanal 22 einen Wert überschreitet, bei dem die durch den Hydraulikdruck hervorgerufene Kraft auf den Nadelabsatz 57 größer ist als die dieser entgegenwirkende Kraft des Düsenrückstellmittels 52, bewegt sich die Düsennadel 53 weg vom Nadelsitz 54 und gibt so die Düse 56 für die Kraftstoffzufuhr zum Zylinder der Brennkraftmaschine frei. Die Düsennadel 53 bewegt sich dann wieder hinein in den Nadelsitz 54 und verschließt somit die Düse 56, wenn der Hydraulikdruck in dem Ablaufkanal 22 den Wert unterschreitet, bei dem die durch den Hydraulikdruck am Nadelabsatz 57 hervorgerufene Kraft kleiner ist als die durch das Düsenrückstellmittel 52 hervorgerufene Kraft. Der Zeitpunkt, an dem dieser Wert unterschritten wird und an dem somit die Kraftstoffzumessung beendet wird, kann durch das Steuern des Ventilglieds 231 von seiner geschlossenen Stellung in eine Offenstellung beeinflusst werden.
  • Durch das Steuern des Ventilglieds von seiner Schließstellung in seine Offenstellung wird die hydraulische Kopplung zwischen dem Hochdruckraum und dem Absteuerraum 232 und dem Zulaufkanal 21 hergestellt. Aufgrund des beim Öffnen herrschenden hohen Druckunterschiedes zwischen dem Fluid in dem Hochdruckraum und dem Ablaufkanal 22 und dem Fluid in dem Absteuerraum 232 und dem Zulaufkanal 21 strömt dann der Kraftstoff von dem Hochdruckraum mit sehr hoher Geschwindigkeit, in der Regel mit Schallgeschwindigkeit, in den Absteuerraum 232 und weiter in den Zulaufkanal 21. Dadurch wird dann der Druck in dem Hochdruckraum und dem Ablaufkanal 22 schnell so stark verringert, dass die von dem Düsenrückstellmittel 52 auf die Düsennadel 53 wirkenden Kräfte dazu führen, dass sich die Düsennadel 53 in den Nadelsitz 54 bewegt und somit dann die Düse 56 verschließt.
  • Die Figur 2a zeigt den Verlauf der Istwerte V_AV des Spannungsabfalls an dem Piezoaktor aufgetragen über die Zeit t. Figur 2b zeigt den Hub CTRL_VL des Ventilglieds 231 aufgetragen über die Zeit t und Figur 2c zeigt den Verlauf der Geschwindigkeit CTRL_VL_V des Hubs des Ventilglieds 231. Zu einem Zeitpunkt t1 wird ein Ladevorgang des Piezoaktors gestartet. Das genaue Steuern des Ladevorgangs wird weiter unten anhand der Figur 3 erläutert. Eine erste elektrische Energiemenge wird dem Piezoaktor während einer ersten Ladezeitdauer T1 zugeführt, die an einem Zeitpunkt t2 abgeschlossen ist. Im Anschluss an den Zeitpunkt t2 wird dem Piezoaktor für eine Haltezeitdauer T2, die zu einem Zeitpunkt t3 beendet ist, keine elektrische Energie zugeführt. Im Anschluss daran wird für eine zweite Ladezeitdauer T3 dem Piezoaktor eine zweite vorgegebene elektrische Energiemenge zugeführt und zwar verteilt über die zweite Ladezeitdauer T3, die zu einem Zeitpunkt t4 beendet ist. Ab einem Zeitpunkt t3' ist das Ventilglied 231 in Anlage mit dem Ventilsitz 234.
  • Ab einem Zeitpunkt t5 wird ein Entladevorgang des Piezoaktors gesteuert, der ebenfalls weiter unten noch genauer erläutert ist. Zuerst wird für eine erste Entladezeitdauer T4 der Piezoaktor mit einer vorgegebenen ersten Energiemenge entladen und zwar bis zu einem Zeitpunkt t6. Im Anschluss daran wird für eine vorgegebene Haltezeitdauer T5 der Piezoaktor nicht weiter entladen und zwar bis zu einem Zeitpunkt t7. Im Anschluss daran wird der Piezoaktor für eine zweite Entladezeitdauer T6 weiter entladen, in dem eine vorgegebene zweite elektrische Energiemenge abgeführt wird. Der Entladevorgang ist dann zu einem Zeitpunkt t8 abgeschlossen. Das Ventilglied 231 befindet sich dann wieder in seiner vorgegebenen Position entfernt von dem Ventilsitz 234.
  • Das Steuern des Ladevorgangs wird im folgenden anhand des Ablaufdiagramms der Figur 3 beschrieben, das in Form eines Programms in der Vorrichtung zum Steuern der Pumpe-Düse-Vorrichtung abgespeichert ist und während des Betriebs geladen wird und abgearbeitet wird. Das Programm wird in einem Schritt S1 gestartet, in dem gegebenenfalls Variablen initialisiert werden.
  • In einem Schritt S2 wird die erste Ladezeitdauer T1, die zweite Ladezeitdauer T3 und die Haltezeitdauer T2 eingelesen. Dabei können die Werte der ersten und zweiten Ladezeitdauer T1, T3 und der Haltezeitdauer T2 in dem Schritt S2 fest vorgegeben sein oder am Ende eines vorangegangenen Durchlaufs des Programms abgespeichert worden sein oder auf andere Weise ermittelt sein.
  • In einem Schritt S4 wird anschließend ein Sollwert EGY_SP einer dem Piezoaktor während des Ladevorgangs zuzuführenden Energie abhängig von einer Drehzahl N der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine, dem Zeitpunkt t1, und einer Kraftstofftemperatur T_F ermittelt.
  • In einem Schritt S6 wird geprüft, ob die aktuelle Zeit t gleich ist dem Zeitpunkt t1. Ist dies nicht der Fall, so verharrt das Programm für eine vorgegebene Wartezeitdauer T_W in einem Schritt S8. Die vorgegebene Wartezeitdauer T_W ist ausreichend kurz gewählt, dass bei einer nachfolgenden erneuten Überprüfung der Bedingung des Schrittes S6 sichergestellt ist, dass die aktuelle Zeit t maximal gleich oder nur unwesentlich größer ist als der Zeitpunkt t1.
  • Ist die Bedingung des Schrittes S6 erfüllt, so wird in einem Schritt S10 das Zuführen einer ersten elektrischen Energiemenge zu dem Piezoaktor gestartet. Im Verlauf der Schritte S10 und nachfolgender Schritte S12 und S14 wird dem Piezoaktor eine erste Energiemenge zugeführt und zwar entsprechend dem Sollwert EGY_SP der zuzuführenden Energiemenge anteilig entsprechend dem Verhältnis der ersten Ladezeitdauer T1 zu der Summe der ersten Ladezeitdauer T1 und der zweiten Ladezeitdauer T3. Das Zuführen der elektrischen Energie erfolgt durch entsprechendes Bestromen des Piezoaktors. In dem Schritt S12 wird anschließend geprüft, ob die aktuelle Zeit t gleich oder größer ist der Summe des Zeitpunktes t1 und der ersten Ladezeitdauer T1. Ist dies nicht der Fall, so verharrt das Programm in einem Schritt S16 für die vorgegebene Wartezeitdauer T_W, bevor die Bedingung des Schrittes S12 erneut geprüft wird. Ist die Bedingung des Schrittes S12 hingegen erfüllt, so wird in einem Schritt S16 eine Pause des Ladevorgangs gesteuert und zwar für die Haltezeitdauer T2. Während dieser Haltezeitdauer T2 weist die Spannung, die über dem Piezoaktor abfällt, und die in einem anschließenden Schritt S18 als Istwerte V_AV des Spannungsabfalls an dem Piezoaktor erfasst wird, einen charakteristischen Schwingungsverlauf auf, der durch die Anregung eines Feder-Masseschwinger verursacht ist, der durch den Piezoaktors, das Ventilglied 231 und das Rückstellmittels gebildet wird, wobei die Anregung durch den Ladevorgang während der ersten Ladezeitdauer T1 hervorgerufen ist.
  • In einem Schritt S20 wird anschließend geprüft, ob die aktuelle Zeit t größer oder gleich ist dem Zeitpunkt t1 und der Summe der ersten Ladezeitdauer T1 und der Haltezeitdauer T2. Ist die Bedingung des Schrittes S20 nicht erfüllt, so verharrt das Programm für die vorgegebene Wartezeitdauer T_W in dem Schritt S22, bevor ein weiterer Istwert V_AV des Spannungsabfalls über den Piezoaktor in dem Schritt S18 erfasst wird. Die in dem Schritt S18 erfassten Istwerte V_AV des Spannungsabfalls über den Piezoaktor werden für die spätere Bearbeitung zwischengespeichert.
  • Ist die Bedingung des Schrittes S20 hingegen erfüllt, so wird in einem Schritt S24 der Ladevorgang fortgesetzt und während der nachfolgenden Bearbeitung des Schrittes S26 bis S28 dem Piezoaktor eine vorgegebene zweite elektrische Energiemenge zugeführt, die dem Bruchteil des ersten Sollwertes EGY_SP der zuzuführenden elektrischen Energie entspricht, der dem Anteil der zweiten Ladezeitdauer T3 an der Summe der ersten und zweiten Ladezeitdauer T1,T3 entspricht.
  • Anschließend an den Schritt S24 wird in einem Schritt S26 geprüft, ob die aktuelle Zeit t größer oder gleich ist dem Zeitpunktes t1 und der Summe der ersten und zweiten Ladezeitdauer T1, T3 und der Haltezeitdauer T2. Ist die Bedingung des Schrittes S26 nicht erfüllt, so verharrt das Programm für die vorgegebene Wartezeitdauer T_W in dem Schritt S28, bevor die Bedingung des Schrittes S26 erneut geprüft wird.
  • Ist die Bedingung des Schrittes S26 hingegen erfüllt, so wird in einem Schritt S30 ein Istwert AMP_AV der Amplitude des Verlaufs der Istwerte V_AV des Spannungsabfalls an dem Piezoaktor ermittelt, die während der Haltezeitdauer T2 ermittelt wurden.
  • In einem Schritt S32 wird anschließend ein Korrekturwert D_T1 abhängig von dem Istwert AMP_AV und einem Sollwert AMP_SP der Amplitude ermittelt. Der Sollwert AMP_SP der Amplitude ist bevorzugt ein fest vorgegebener Wert oder ein Wert der abhängig von Betriebsparametern des Ventils bzw. der Pumpe-Düse-Vorrichtung vorab vorzugsweise durch Versuche ermittelt ist und zwar derart, dass bei einer möglichst geringen Abweichung des Istwertes AMP_AV der Amplitude von dem Sollwert AMP_SP der Amplitude ein Prellen des Ventilglieds 231 bei seinem Auftreffen auf den Ventilsitz 234 in der gewünschten Art und Weise verringert ist. Bevorzugt wird der Korrekturwert D_T1 der ersten Ladezeitdauer T1 mittels eines Reglers ermittelt, der bevorzugt P oder PI Verhalten aufweist.
  • In einem Schritt S34 wird dann eine korrigierte erste Ladezeitdauer T1 abhängig von der Ladezeitdauer T1 und dem Korrekturwert D_T1 der ersten Ladezeitdauer ermittelt.
  • In einem Schritt S36 wird anschließend ein Istwert PER_AV der Periode der Schwingung des Verlaufs der Istwerte V_AV des Spannungsabfalls an dem Piezoaktor während der Haltezeitdauer T2 ermittelt.
  • In einem Schritt S38 wird dann ein Korrekturwert D_T2 der Haltezeitdauer abhängig von dem Istwert PER_AV der Periode und einem Sollwert PER_SP der Periode ermittelt. Der Sollwert PER_SP der Periode ist ebenso wie der Sollwert AMP_SP der Amplitude so gewählt, dass bei einer Annäherung des Istwertes PER_AV an den Sollwert PER_SP der Periode das Prellen des Ventilglieds in der gewünschten Art und Weise verringert ist.
  • In einem Schritt S40 wird anschließend eine korrigierte Haltezeitdauer T2 abhängig von der Haltezeitdauer T2 und dem Korrekturwert D_T2 der Haltezeitdauer ermittelt.
  • In einem Schritt S42 wird dann noch geprüft, ob die erste Ladezeitdauer T1 in Summe mit der Haltezeitdauer T2 größer ist als ein Maximalwert T_MAX, wobei bei der Bearbeitung des Schrittes S42 jeweils die korrigierten Zeitdauern T1 und T2 relevant sind. Ist dies der Fall, so wird in dem Schritt S42 die erste Ladezeitdauer T1 in der Art und Weise begrenzt, dass die Summe der ersten Ladezeitdauer T1 und der Haltezeitdauer T2 nicht größer sind als der Maximalwert T_MAX.
  • In einem Schritt S44 wird die zweite Ladezeitdauer T3 entgegengesetzt zu der ersten Ladezeitdauer T1 verändert, so dass die Summe der ersten und zweiten Ladezeitdauer T1,T3 unverändert bleibt.
  • Die Bearbeitung des Programms wird dann anschließend erneut in dem Schritt S4 fortgesetzt, wenn ein erneuter Ladevorgang gesteuert werden soll.
  • In einer einfacheren Ausführungsform des Programms kann auch nur die erste Ladezeitdauer T1 oder die Haltezeitdauer T2 adaptiert werden. Darüber hinaus kann in dem Schritt S18 auch eine andere Größe als die der Spannungsabfall an dem Piezoaktor erfasst werden, die charakteristisch ist für das Schwingungsverhalten des Piezoaktors während der Haltezeitdauer T2. Dies ist beispielsweise die in dem Piezoaktor gespeicherte elektrische Energie, der Stromfluss durch den Piezoaktor oder die in dem Piezoaktor befindliche elektrische Ladung.
  • Ferner kann in einer einfacheren Ausgestaltung des Programms in dem Schritt S30 nur der maximale und minimale Wert der in dem Schritt S18 erfassten Istwerte V_AV ermittelt werden und dann in einem entsprechend angepassten Schritt S32 der Korrekturwert D_T1 der ersten Ladezeitdauer T1, abhängig von dem maximalen und minimalen Wert und entsprechenden Referenzwerten ermittelt werden.
  • Anhand des Ablaufdiagramms der Figur 4 wird im folgenden ein Programm zum Steuern eines Entladevorgangs des Piezoaktors beschrieben. Die Schritte des Programms gemäß Figur 4 sind im wesentlichen analog zu den Schritten des Programms der Figur 3 und es werden im folgenden lediglich die Unterschiede erläutert. Das Programm wird in einem Schritt S1' gestartet. In einem Schritt S2' werden Werte der ersten Entladezeitdauer T4, der Haltezeitdauer T5 und der zweiten Entladezeitdauer T6 eingelesen, die einfacherweise fest vorgegeben sind oder abhängig von Betriebsgrößen des Ventils vorgegeben sein können oder aber bei einem vorangegangenen Ablauf des Programms abgespeichert wurden.
  • In einem Schritt S4' wird ein Sollwert EGY_SP der elektrischen Energie ermittelt, die während des Entladevorgangs dem Piezoaktor entnommen werden soll. Dies erfolgt abhängig von der Drehzahl N, dem Zeitpunkt t1, dem Zeitpunkt t5 und bevorzugt abhängig von der Kraftstofftemperatur T_F.
  • In einem Schritt S6' wird geprüft, ob die aktuelle Zeit t größer ist als die Zeit t5, ist dies der Fall, so wird in einem Schritt S10' der Entladevorgang gestartet und dem Piezoaktor eine erste elektrische Energiemenge entzogen, die dem Bruchteil des Sollwertes EGY_SP der elektrischen Energie entspricht, die dem Piezoaktor entnommen werden soll entsprechend dem Verhältnis der ersten Entladezeitdauer T4 und der Summe aus der ersten Entladezeitdauer T4 und der zweiten Entladezeitdauer T6. Der Piezoaktor wird nachfolgend während der weiteren Bearbeitung der Schritte S12' und S16' entsprechend entladen bis in dem Schritt S16' eine Pause des Entladevorgangs erfolgt und zwar für die vorgegebene Haltezeitdauer T5. In einem Schritt S18' werden entsprechend dem Schritt S18 Istwerte V_AV des Spannungsabfalls an dem Piezoaktor erfasst.
  • In einem Schritt S20' wird geprüft, ob die aktuelle Zeit größer oder gleich ist dem Zeitpunkt t5 und der Summe der ersten Entladezeitdauer T4 und der Haltezeitdauer T5. Ist die Bedingung des Schrittes S20' erfüllt, so wird in einem Schritt S24' der Entladevorgang fortgesetzt und zwar für die zweite Entladezeitdauer T6, wobei während der nachfolgenden Bearbeitung der Schritte S26' und S28' insgesamt dem Piezoaktor eine zweite vorgegebene elektrische Energiemenge entnommen wird, deren Wert dem Bruchteil des Sollwertes EGY_SP der elektrischen Energie entspricht, die dem Piezoaktor entnommen werden soll entsprechend dem Anteil der zweiten Entladezeitdauer T6 an der Summe der ersten und zweiten Ladezeitdauer T4, T6.
  • Der Schritt S30' entspricht dem Schritt S30. In einem Schritt S32' wird anschließend ein Korrekturwert D_T4 der ersten Entladezeitdauer T4 abhängig von dem Istwert AMP_AV und einem Sollwert AMP_SP der Amplitude der Schwingung des Verlaufs der Istwerte V_AV des Spannungsabfalls an dem Piezoaktor ermittelt. Dies erfolgt analog zu Schritt S32 und zwar derart, dass Druckschwingungen und Geräuschemissionen der Pumpe-Düse-Vorrichtung in der gewünschten Art und Weise stark gedämpft werden.
  • In einem Schritt S34' wird dann eine korrigierte erste Entladezeitdauer T4 abhängig von der ersten Entladezeitdauer T4 und dem Korrekturwert D_T4 der ersten Entladezeitdauer T4 ermittelt. Ein Schritt S36' entspricht dann dem Schritt S36. In einem Schritt S38' wird dann ein Korrekturwert D_T5 der Haltezeitdauer T5 abhängig von dem Istwert PER_AV der Periodendauer, und dem Sollwert PER_SP der Periode ermittelt. Der Sollwert PER_SP der Periode ist so vorgegeben, dass das gewünschte Dämpfen von Druckschwingungen und Geräuschemissionen bei einer Annäherung des Istwertes PER_AV an den Sollwert PER_SP der Periode in der Pumpe-Düse-Vorrichtung erreicht wird.
  • In einem Schritt S40' wird dann die Haltezeitdauer T5 abhängig von der Haltezeitdauer T5 und dem Korrektur D_T5 der Haltezeitdauer korrigiert.
  • In einem nachfolgenden Schritt S42' wird dann noch geprüft, ob die erste Entladezeitdauer T4 kleiner ist als ein Minimalwert T_MIN, der vorzugsweise abhängig von der Drehzahl N, dem Zeitpunkt t1, dem Zeitpunkt t5 und der Kraftstofftemperatur T_F ermittelt wird. Ist die erste Entladezeitdauer T4 kleiner als der Minimalwert T_MIN, so wird die erste Entladezeitdauer T4 gleichgesetzt dem Minimalwert T_MIN. Dadurch wird sichergestellt, dass bei einer nachfolgenden Bearbeitung der Schritte S2' bis S42' das Förderende der Pumpe-Düse-Vorrichtung also das Schließen der Düsennadel 53 durch das Unterbrechen des Entladevorgangs im Anschluss an die erste Entladezeitdauer T4 nicht beeinflusst wird. Der Schritt S42' kann dann entfallen, wenn entsprechend übergeordnete Steuerfunktionen der Pumpe-Düse-Vorrichtung, die die gewünschten Zeitpunkte t1 und t5 ermitteln, entsprechend angepasst werden.
  • In einem Schritt S44' wird die zweite Ladezeitdauer T6 entgegengesetzt zu der ersten Ladezeitdauer T4 verändert, so dass die Summe der ersten und zweiten Ladezeitdauer T4,T6 unverändert bleibt.
  • Durch das Steuern des Entladevorgangs gemäß des Programms von Figur 4 in einer auf einfache und äußerst wirksame Weise störende Druckimpulse im Anschluss an das Freigeben des Ventilsitzes 234 durch das Ventilglied 231 vermindert werden und so Geräuschemissionen der Pumpe-Düse-Vorrichtung wirksam verringert werden.
  • Bei dem oben anhand der Figur 3 dargestellten Steuern des Ladevorgangs werden im Schritt S30 ein Istwert AMP_AV der Amplitude und im Schritt S36 ein Istwert PER_AV der Periode der Schwingung des Verlaufs der Istwerte V_AV des Spannungsabfalls an dem Piezoaktor, die während der Haltezeitdauer T2 ermittelt wurden, ermittelt. In den anschließenden Schritten S32 bzw. S38 wird aus dem Istwert AMP_AV bzw. PER_AV und dem zugehörigen Sollwert AMP_SP bzw. PER_SP ein Korrekturwert D_T1 für die erste Ladezeitdauer T1 bzw. ein Korrekturwert D_T2 für die Haltezeit T2 ermittelt.
  • Bei dem oben anhand der Figur 4 dargestellten Steuern des Entladevorgangs werden in entsprechenden Schritten S30' und S36' entsprechende Istwerte AMP_AV und PER_AV ermittelt. In entsprechenden Schritten S32' und S38' werden abhängig von den Istwerten AMP_AV und PER_AV sowie zugeordneten Sollwerten AMP_SP und PER_SP Korrekturwerte D_T4 für die erste Entladezeitdauer T4 und D_T5 für die Haltezeitdauer T5 während des Entladevorgangs ermittelt.
    Die Istwerte AMP_AV und PER_AV werden vorzugsweise für jeden Ladevorgang und jeden Entladevorgang ermittelt. Entsprechend werden die Korrekturwerte D_T1, D_T2 bei jedem Ladevorgang und die Korrekturwerte D_T4 und D_T5 bei jedem Entladevorgang ermittelt. Dies entspricht vier unabhängigen Regelschleifen, bei denen die Istwerte AMP_AV und PER_AV für den Ladevorgang und für den Entladevorgang die Regelgrößen und die erste Ladezeitdauer T1, die Haltezeitdauer T2, die erste Entladezeitdauer T4 und die Haltezeitdauer T5 die Stellgrößen sind.
  • Gemäß einer bevorzugten Variante werden die Korrekturwerte D_T1, D_T2, D_T4 und D_T5 nicht nur abhängig von dem letzten Istwert AMP_AV bzw. PER_AV, sondern jeweils abhängig von mehreren bei zurückliegenden Ladevorgängen bzw. Entladevorgängen ermittelten Istwerten AMP_AV bzw. PER_AV ermittelt. Jede der vier Regelschleifen kann dann beispielsweise I-, PI- ID- oder PID - Charakteristik aufweisen.
  • Alternativ zu der oben beschriebenen Zuordnung von Stellgrößen und Regelgrößen können auch andere Regelschleifen vorteilhaft sein. Als Regelgrößen kommen neben den Istwerten AMP_AV und PER_AV auch beliebige lineare oder nichtlineare Kombinationen oder Funktionen derselben in Frage. Jede dieser Regelgrößen, die sich auf den Ladevorgang bezieht, kann mit jeder Stellgröße des Ladevorgangs (erste Ladezeitdauer T1, Haltezeitdauer T2) kombiniert werden. Desgleichen kann jede der genannten Regelgrößen, die sich auf den Entladevorgang bezieht mit jeder Stellgröße des Entladevorgangs (erste Entladezeitdauer T4, Haltezeitdauer T5) kombiniert werden.
  • Anstelle der Istwerte AMP_AV und PER_AV der Amplitude und PER_AV der Periode können beliebige andere aus den während der Haltezeitdauer T2 bzw. T5 erfassten Istwerten V_AV ermittelte Werte als Regelgrößen verwendet werden. Beispiele für solchen weitere Regelgrößen, die ebenso wie AMP_AV und PER_AV das Schwingungsverhalten des Piezoaktors charakterisieren, sind die während der Haltezeitdauer T2 bzw. T5 maximale Steigung dV_AV/dt, der während der Haltezeitdauer T2 bzw. T5 maximale Betrag der Steigung |dV_AV/dt|, die maximale Steigung dV_AV/dt oder der maximale Betrag |dV_AV/dt| der Steigung zwischen den ersten beiden Extrema, die Spannungsdifferenz oder die Zeitdauer zwischen den ersten beiden Extrema oder Kombinationen oder Funktionen, dieser Werte. Als besonders einfach und besonders vorteilhaft hat es sich dabei herausgestellt, die Spannungsdifferenz und/oder die Zeitdauer zwischen dem ersten Maximum und dem ersten Minimum des Spannungsabfalls am Piezoaktor zu Beginn der Haltezeit T2 während des Ladevorgangs bzw. zwischen dem ersten Minimum und dem ersten Maximum des Spannungsabfalls am Piezoaktor zu Beginn der Haltezeitdauer T5 während des Entladevorgangs zu verwenden.
  • Wenn die vorliegende Erfindung bei einer Pumpe-Düse-Einspritzvorrichtung für eine Brennkraftmaschine verwendet wird, kann je nach mechanischer Auslegung der Einspritzvorrichtung insbesondere bei höheren und hohen Drehzahlen der Brennkraftmaschine ein Regime erreicht werden, in dem die Steuerventilnadel den Ventilsitz nicht mehr ganz reicht, also nicht mehr vollständig schließt, weil die Einspritzpulse sehr kurz werden. Dieses Regime wird ballistisches Regime bezeichnet. Ferner können mit steigender Drehzahl die Haltezeitdauern T2, T5 reduziert werden und bei hohen Drehzahlen verschwinden. Unter diesen Bedingungen kann es vorteilhaft sein, die beschriebene Regelung nur bei Drehzahlen nahe der Leerlaufdrehzahl vorzunehmen. Bei höheren Drehzahlen wird die Stellgröße dann einfach festgehalten.
  • Vor allem (aber nicht nur) beim letztgenannten Fall ist es vorteilhaft, abweichend von den obigen Ausführungen als Stellgröße nicht die erste Ladezeitdauer T1, die Haltezeitdauer T2, die erste Entladezeitdauer T4 bzw. die Haltezeitdauer T5 zu verwenden, sondern einen Parameter (beispielsweise einen Off-set), der in die Berechnung derselben eingeht, wobei in die Berechnung ferner weitere Betriebsparameter wie die momentane Drehzahl, die Kraftstofftemperatur etc. eingehen.
  • In einer einfacheren Ausgestaltung des Programms gemäß Figur 4 kann auch entweder die erste Entladezeitdauer T4 oder die Haltezeitdauer T5 nicht adaptiert werden.

Claims (8)

  1. Verfahren zum Steuern eines Ventils mit einem Ventilantrieb (24), der als Piezoaktor ausgebildet ist, mit einem Ventilglied (231), einem Ventilkörper (237) und einem Ventilsitz (234), bei dem
    - zu einem vorgebbaren Zeitpunkt (t5) das Ventilglied (231) von einer Position in Anlage mit dem Ventilsitz (234) in eine vorgegebene Position entfernt von dem Ventilsitz (234) gesteuert wird durch einen Entladevorgang des Piezoaktors,
    - der Entladevorgang aufgeteilt wird in eine erste Entladezeitdauer (T4), während der eine vorgegebene erste elektrische Energiemenge von dem Piezoaktor abgeführt wird, eine darauffolgende Haltezeitdauer (T5), während der der Piezoaktor nicht angesteuert wird, und eine darauffolgende zweite Entladezeitdauer (T6), während der eine vorgegebene zweite elektrische Energiemenge von dem Piezoaktor abgeführt wird, und
    - abhängig von dem Verlauf einer Spannung am Piezoaktor oder eines Stromes durch den Piezoaktor, der charakteristisch ist für das Schwingungsverhalten des Piezoaktors während der Haltezeitdauer (T5), die Haltezeitdauer (T5) und/oder die erste Entladezeitdauer (T4) adaptiert wird, um ein präzises Ansteuern des Ventils zu gewährleisten.
  2. Verfahren zum Steuern eines Ventils mit einem Ventilantrieb (24), der als Piezoaktor ausgebildet ist, mit einem Ventilglied (231), einem Ventilkörper (237) und einem Ventilsitz (234), bei dem
    - zu einem vorgebbaren Zeitpunkt (t1) das Ventilglied (231) von einer vorgegebenen Position entfernt von dem Ventilsitz (234) in den Ventilsitz (234) gesteuert wird durch einen Ladevorgang des Piezoaktors,
    - der Ladevorgang aufgeteilt wird in eine erste Ladezeitdauer (T1), während der eine vorgegebene erste elektrische Energiemenge dem Piezoaktor zugeführt wird, in eine darauf folgende Haltezeitdauer (T2), während der der Piezoaktor nicht angesteuert wird, und eine darauf folgende zweite Ladezeitdauer (T3), während der eine vorgegebene zweite elektrische Energiemenge dem Piezoaktor zugeführt wird, und
    - abhängig von dem Verlauf einer Spannung am Piezoaktor oder eines Stromes durch den Piezoaktor, der charakteristisch ist für das Schwingungsverhalten des Piezoaktors während der Haltezeitdauer (T2), die Haltezeitdauer (T2) und/oder die erste Ladezeitdauer (T1) adaptiert wird, um ein präzises Ansteuern des Ventils zu gewährleisten.
  3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
    bei dem die Haltezeitdauer (T2, T5) und/oder die erste Entladezeitdauer (T4) bzw. die erste Ladezeitdauer (T1) adaptiert wird abhängig von der Amplitude und/oder der Periode des Verlaufs der Spannung am Piezoaktor oder des Stromes durch den Piezoaktor, der charakteristisch ist für das Schwingungsverhalten des Piezoaktors während der Haltezeitdauer.
  4. Verfahren nach Anspruch 3,
    bei dem die Haltezeitdauer (T2, T5) adaptiert wird abhängig von der Periode des Verlaufs der Spannung am Piezoaktor oder des Stromes durch den Piezoaktor, der charakteristisch ist für das Schwingungsverhalten des Piezoaktors während der Haltezeitdauer.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4,
    bei dem die erste Entladezeitdauer (T4) bzw. die erste Ladezeitdauer (T1) adaptiert wird abhängig von der Amplitude des Verlaufs der Spannung am Piezoaktor oder des Stromes durch den Piezoaktor, der charakteristisch ist für das Schwingungsverhalten des Piezoaktors während der Haltezeitdauer (T2, T5) .
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5 abhängig von Anspruch 2, bei dem die Summe der ersten Ladezeitdauer (T1) und der Haltezeitdauer (T2) auf einen Maximalwert (T_MAX) begrenzt wird, bei dem sichergestellt ist, dass das Ventilglied (231) sich noch nicht in Anlage mit dem Ventilsitz (234) befindet.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Ventil Teil einer Pumpe-Düse-Vorrichtung mit
    - einer Pumpe, die einen Kolben (11) und einen Arbeitsraum (13) hat,
    - einer Steuereinheit ist, die einen Ablaufkanal (22), der hydraulisch gekoppelt ist mit dem Arbeitsraum (13), den Piezoaktor, der einen Ventilantrieb (24) bildet, und das Ventil umfasst, wobei das Ventil ein Ventilglied (231), einem Ventilkörper (237), einem Ventilsitz (234) und einem Absteuerraum (232), der hydraulisch entkoppelt ist von dem Ablaufkanal (22), wenn das Ventilglied (231) an dem Ventilsitz (234) anliegt, und der ansonsten hydraulisch gekoppelt ist mit dem Ablaufkanal (22), umfasst.
  8. Verfahren nach Anspruch 7,
    bei dem die erste Entladezeitdauer (T1) auf einen Minimalwert (T_MIN) begrenzt wird, bei dem sichergestellt ist, dass die Düsennadel (53) die Düse (56) verschließt.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016213522A1 (de) * 2016-07-22 2018-01-25 Continental Automotive Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Ansteuerung eines Piezoaktors eines Einspritzventils eines Kraftfahrzeugs

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004058971B4 (de) * 2004-12-08 2006-12-28 Volkswagen Mechatronic Gmbh & Co. Kg Verfahren zum Steuern eines piezoelektrischen Aktors und Steuereinheit zum Steuern eines piezoelektrischen Aktors
US7856964B2 (en) 2006-05-23 2010-12-28 Delphi Technologies Holding S.Arl Method of controlling a piezoelectric actuator
GB0610225D0 (en) * 2006-05-23 2006-07-05 Delphi Tech Inc Method of controlling a piezoelectric actuator
GB0616713D0 (en) * 2006-08-23 2006-10-04 Delphi Tech Inc Piezoelectric fuel injectors
EP2128415A1 (de) * 2008-05-27 2009-12-02 Delphi Technologies, Inc. Verbesserungen einer Steuerung von Kraftstoffeinspritzdüsen
DE102011004613A1 (de) 2011-02-23 2012-08-23 Continental Automotive Gmbh Verfahren zur Überwachung des Zustandes eines Piezoinjektors eines Kraftstoffeinspritzsystems
DE102011081161A1 (de) * 2011-08-18 2013-02-21 Continental Automotive Gmbh Ansteuerung und Ansteuerverfahren für einen piezoelektrischen Aktor
DE102012202344B4 (de) 2012-02-16 2013-11-14 Continental Automotive Gmbh Verfahren zur Druckregelung in einem Hochdruckbereich einer Brennkraftmaschine
FR2990998B1 (fr) 2012-05-23 2016-02-26 Continental Automotive France Procede de pilotage d'au moins un actionneur piezoelectrique d'injecteur de carburant d'un moteur a combustion interne
DE102013208528B3 (de) * 2013-05-08 2014-08-21 Continental Automotive Gmbh Verfahren zur Ermittlung der Öffnungs- und/oder Schließzeit der Düsennadel eines Einspritzventils

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4784102A (en) * 1984-12-25 1988-11-15 Nippon Soken, Inc. Fuel injector and fuel injection system
DE68921047T2 (de) * 1988-11-30 1995-06-14 Toyota Motor Co Ltd Apparat zum Antreiben eines piezoelektrischen Elements zum Öffnen oder zum Schliessen eines Ventilteils.
DE19733560B4 (de) 1997-08-02 2007-04-05 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Laden und Entladen eines piezoelektrischen Elements
DE19835494C2 (de) * 1998-08-06 2000-06-21 Bosch Gmbh Robert Pumpe-Düse-Einheit
DE19921456A1 (de) * 1999-05-08 2000-11-16 Bosch Gmbh Robert Verfahren und Vorrichtung zur Ansteuerung eines piezoelektrischen Aktors
DE10012552A1 (de) * 2000-03-15 2001-09-27 Bosch Gmbh Robert Einspritzeinrichtung mit einem Aktor zur Nadelhubsteuerung
DE10063080B4 (de) * 2000-12-18 2006-12-28 Siemens Ag Aktorsteuerung und zugehöriges Verfahren

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016213522A1 (de) * 2016-07-22 2018-01-25 Continental Automotive Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Ansteuerung eines Piezoaktors eines Einspritzventils eines Kraftfahrzeugs
DE102016213522B4 (de) 2016-07-22 2023-10-12 Vitesco Technologies GmbH Verfahren und Vorrichtung zur Ansteuerung eines Piezoaktors eines Einspritzventils eines Kraftfahrzeugs

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