WO2001029408A1 - Verfahren und vorrichtung zur steuerung der kraftstoffzumessung in eine brennkraftmaschine - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur steuerung der kraftstoffzumessung in eine brennkraftmaschine Download PDF

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injection
pressure
internal combustion
fuel
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Anja Melsheimer
Ole See
Roger Potschin
Marcus Parche
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Robert Bosch Gmbh
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    • F02M59/20—Varying fuel delivery in quantity or timing
    • F02M59/36—Varying fuel delivery in quantity or timing by variably-timed valves controlling fuel passages to pumping elements or overflow passages
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    • F02M57/02—Injectors structurally combined with fuel-injection pumps
    • F02M57/022—Injectors structurally combined with fuel-injection pumps characterised by the pump drive
    • F02M57/023—Injectors structurally combined with fuel-injection pumps characterised by the pump drive mechanical

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for controlling the fuel metering in an internal combustion engine.
  • a valve that controls the fuel flow into the internal combustion engine is often used to control the fuel metering. In a first position of the valve, this prevents the fuel flow. In a second position, the valve completely releases the fuel flow.
  • piezo actuators are known with which such valves can be controlled.
  • the injection pump and the injection nozzle form a structural unit. This is driven by the engine camshaft. Every pump-nozzle unit has a fast-switching valve that controls the start and end of injection. When the valve is open, the PDE feeds fuel back into the inlet. If the valve closes, the PDE measures fuel in the corresponding engine cylinder. The closing time of the valve determines the start of injection, the closing duration, ie the duration of the closed state of the valve, determines the injection quantity.
  • a so-called pump-line-nozzle (PLD) system is designed in a similar manner.
  • the pump line nozzle has one injection pump per engine cylinder, which is driven by a shaft of the engine, for example the camshaft.
  • the injection timing and the injection quantity are controlled with a valve.
  • the pump and the nozzle are connected to each other via a short line.
  • the object of the invention is to achieve a fuel metering that is as accurate as possible in a method and a device for controlling the fuel metering in an internal combustion engine. This object is achieved by the features characterized in the independent claims.
  • Figures 1 and 2 show two configurations of a pump-nozzle Unit and Figures 3 and 4 different signals plotted over time.
  • the pump-nozzle unit 100 essentially comprises an actuating element 105 which, via a connection 102, which is shown in broken lines, influences a valve 110 such that it assumes at least a first closed and a second open position.
  • the valve 110 is arranged between a fuel inlet 115, which can also be referred to as a low-pressure region, and a line 120.
  • the low pressure region essentially contains a fuel reservoir, which is also referred to as a tank, from which the fuel reaches the valve 110 via a filter and a fuel feed pump.
  • the line 120 connects an element space 130, in which a pump piston 135, which is moved by a drive unit 140, is movably arranged with an injection nozzle 150.
  • the drive unit 140 is preferably driven directly or via a rocker arm by the camshaft of the internal combustion engine.
  • the injection nozzle 150 essentially includes a nozzle spring 152 and a nozzle needle 154.
  • the control element 105 is acted upon by control signals 160 with control signals. Magnetic actuators and particularly advantageously piezo actuators are usually used as control elements.
  • valve 110 If the valve 110 is in its closed state and the pump piston 135 moves in such a way that the element space 130 is reduced, the pressure in the line 120 and thus in the injection nozzle increases. From a - H -
  • the pressure of the nozzle needle 154 is moved against the spring force of the nozzle spring 152 and opens the injection opening 156, so that fuel enters the combustion chamber of the internal combustion engine. If the valve 110 is in its open position, no pressure build-up is possible and no fuel injection takes place.
  • valve 110 By opening and closing the valve 110, the high-pressure area, which is formed by the element space, the line 120 and the fuel-filled area of the injection nozzle, can be connected to the low-pressure area. From the time valve 110 is closed, pressure build-up begins in the high pressure region and fuel injection begins. When valve 110 opens, the pressure in line 120 decreases and the injection ends. This means that the opening and closing times of the valve 110 determine the start of injection, the end of injection and thus the duration of the injection.
  • the control element 105 is controlled by a control unit 160 depending on the operating state of the internal combustion engine, which is detected by various sensors, in such a way that the valve opens or closes at the desired time and thus the injection begins and ends at the desired time.
  • FIG. 2 shows a second embodiment of a pump-nozzle unit.
  • the valve 110 connects the element space 130 directly to the fuel inlet 115. It is common to both embodiments that the valve 110 connects the high-pressure region to the low-pressure region.
  • the valve 110 is usually actuated in such a way that it assumes either its open or its closed position. This type of control is problematic because when the valve is opened, the pressure in the high pressure area is reduced very quickly to the pressure in the low pressure area. This leads, for example, to the nozzle needle moving very quickly into its closed position. When actuated again, the pressure in the high pressure area must be built up again. This is particularly problematic when the injection is divided into at least two partial injections.
  • a pre-injection takes place before the main injection.
  • the two partial injections for example the pre-injection and the main injection, must follow one another at a certain distance. Due to the complete reduction in pressure when the valve is opened, not all intervals can be realized, since a minimum time is required for the pressure to build up.
  • the actuating element is actuated in such a way that the valve opens and closes at least one intermediate position in addition to its two end positions.
  • a piezo actuator is used as the control element.
  • the position or the extent of the piezo actuator is directly proportional to the voltage applied to the piezo actuator. This makes it possible for the control element to have different positions. sitions can take. This enables the valve 110 to be brought into defined positions.
  • the partial figure 3a shows the voltage U, which is present at the piezo actuator 105, is plotted.
  • the partial figure 3b shows the state of the valve 110 over the time t.
  • the partial figure 3c shows the state of the nozzle needle 154 depending on the time t.
  • the partial figure 3d shows the course of the pressure P in the nozzle needle or in the high pressure area.
  • control unit 160 specifies such a signal that valve 110 closes. This is achieved in that the voltage at the piezo actuator 105 increases from a minimum value, which is preferably zero, to a second value. In the illustrated embodiment, this increase is linear. The increase in the voltage on the piezo actuator 105 causes the valve 110 to slowly move from its open to its closed position. The nozzle needle shows no reaction yet, it remains in its closed position. The pressure in the high pressure area rises slowly.
  • the piezo actuator 105 is activated in such a way that the valve 110 remains in its closed position, ie the voltage U at the piezo actuator remains at its high value. As a result, valve 110 remains in its closed position.
  • the pressure P in the high pressure range continues to rise.
  • the pressure P reaches such a value that the nozzle needle slowly lifts off its valve seat and releases the fuel injection. This leads to a brief drop in pressure.
  • the voltage is reduced to an intermediate value up to time t4, as a result of which valve 110 moves in the direction of a first intermediate position. As a result, the pressure P in the element space drops and the nozzle needle moves in its closing direction.
  • valve 110 In the period between times t4 and t5, valve 110 is held in the first intermediate position. This is achieved in that the voltage U on the piezo actuator is kept at its intermediate value. This causes valve 110 to also be in its first intermediate position. The pressure P in the element space slowly decreases and the nozzle needle reaches its closed position and remains in its closed position.
  • the voltage and thus the position of the valve and / or the time period between the times t4 and t5 is chosen so that there is no over-relief. This ensures that defined conditions are present at the start of the next injection. Scattering of the fuel quantity can thereby be significantly reduced with the same activation duration.
  • the control valve 110 is closed again between the times t5 and t6, ie the voltage at the piezo actuator 105 rises again to its maximum value. As a result, the valve 110 changes to its closed state.
  • the pressure P in the pressure area begins to rise again.
  • valve 110 is held in its closed position. Ie the voltage at the piezo actuator remains at its maximum value.
  • Valve 110 remains in its closed position. As a result, the pressure P rises sharply in the high pressure range. A certain time after the time t6, the value of the pressure has reached such a value that the nozzle needle 154 begins to move and shortly thereafter reaches the fully open state.
  • valve 110 is not fully open. This means that valve 110 is held in a second intermediate position which is only slightly different from the closed position. This means that a small amount of liquid can escape.
  • the cross section is particularly advantageously selected such that there is no further increase in pressure. This means that the pressure remains almost constant during the period t7 to t8, i.e. that there is a pressure plateau.
  • the maximum value of the voltage can be predetermined in the period t7 to t8, as in the period between t6 and t7, the valve 110 remaining in its closed position during this period. This enables higher pressure values to be achieved.
  • the voltage is reduced to a third intermediate value.
  • the pressure P drops and that at a certain pressure the nozzle needle changes into its closed state. It is particularly advantageous if the value of this voltage can be specified as a function of the operating state. It can thereby be achieved that the pressure reduction rate, ie the pressure change within a certain time, can be predetermined depending on the operating state of the internal combustion engine.
  • the valve 110 is held in the third intermediate position between the times t9 and t10.
  • the piezo actuator is activated such that the valve 110 opens, i.e. the voltage is reduced to its initial value. As a result, the valve moves to its fully open position. The pressure P drops to the pressure value in the low pressure range and the nozzle needle remains in its closed position.
  • the control described includes a main injection as a second partial injection and a pre-injection as a first partial injection.
  • This is a remote pilot injection without a so-called over-relief during the injection break. This is achieved in that the valve is controlled between the two partial injections in such a way that it remains in a first intermediate position.
  • the invention provides that the pressure in the high-pressure region is preferably limited during the main injection. It is particularly advantageous if ! 0 -
  • a large injection pressure is selected at low speeds and / or with small injected fuel quantities, i.e. that during an injection in the partial load range in the period t7 to t ⁇ the valve remains in its completely closed position.
  • a limitation of the injection pressure is selected, i.e. that in the period t7 to t8 the valve is in the second intermediate position. This can reduce mechanical loads on the pump and the drive.
  • the valve is activated during the injection in such a way that it remains in a second intermediate position.
  • the intermediate position or the required voltage on the piezo actuator is preferably specified as a function of the load state, in particular as a function of the rotational speed and / or a variable characterizing the fuel quantity to be injected. This results in improved mixture preparation and thus reduced emissions.
  • the pressure reduction rate can be set by specifying the first or the third intermediate position of the valve. This setting is preferably made depending on the operating state of the internal combustion engine. This can take place both at the end of the pre-injection and at the end of the main injection.
  • valve 110 is activated at the end of the injection such that it remains in a third intermediate position.
  • the intermediate position or the voltage with which the piezo actuator is acted on is preferably set as a function of a desired pressure reduction rate.
  • the pressure reduction can be controlled while the valve is opening, the noises, which are preferably generated by the pump, can be significantly reduced.
  • the time intervals t4 to t5 or t7 to t8 and t9 to t10 are preferably specified as a function of the speed, the start of injection and / or other operating parameters.
  • FIG. 4a shows a conventional control without an intermediate position, ie the voltage is raised to its maximum value for the pre-injection and then lowered to the minimum value.
  • the voltage is increased again to the maximum value and reduced to the minimum value at the end of the main injection.
  • the course of an attached pre-injection is shown in sub-figure 4b. That is, at the beginning of the pre-injection, the voltage is raised to an intermediate value and then conducted at the maximum value at the beginning of the main injection. The intermediate value is only slightly below the maximum value. At the end of the injection, the voltage is reset to the minimum value.
  • a corresponding control with a post-injection is shown in sub-figure 4c. This differs essentially from the control according to FIG. 3 in that the main injection does not cause a reduction in the period between times 7 and t8, but only a flexible pressure reduction rate is set. A short time after the main injection there is a further control to achieve the post-injection.
  • the procedure according to the invention is not limited to use in pump-nozzle units. It can also be used in other injection systems that use a valve to control high pressure pressure. In particular, the procedure according to the invention is suitable for controlling a pump-line nozzle system or a common rail system.

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Abstract

Es werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung der Kraftstoffzumessung in eine Brennkraftmaschine beschrieben. Ein Ventil (110) dient zur Steuerung des Kraftstoffflusses in die Brennkraftmaschine, wobei das Ventil (110) mittels eines Stellelements (105) so angesteuert wird, dass es in einer ersten Position den Kraftstofffluss unterbindet und dass es in einer zweiten Position den Kraftstofffluss völlig freigibt. In bestimmten Betriebszuständen wird das Stellelement (105) derart angesteuert, dass das Ventil (110) wenigstens eine Zwischenposition einnimmt.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung der Kraftstoffzumes- sung in eine Brennkraftmaschine
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung der Kraftstoffzumessung in eine Brennkraftmaschine .
Verfahren und Vorrichtungen zur Steuerung der Kraftstoffzumessung in eine Brennkraftmaschine sind bekannt. Häufig wird zur Steuerung der Kraftstoffzumessung ein Ventil eingesetzt, daß den Kraftstofffluß in die Brennkraftmaschine steuert. In einer ersten Position des Ventils unterbindet die dieses den Kraftstofffluß. In einer zweiten Position gibt das Ventil den Kraftstofffluß völlig frei.
Desweiteren sind Piezoaktoren bekannt, mit denen solche Ventile steuerbar sind.
Bei einer Pumpe-Düse-Einheit (PDE) bilden die Einspritzpumpe und die Einspritzdüse eine bauliche Einheit. Diese wird von der Motornockenwelle angetrieben. Zu jeder Pumpe-Düse- Einheit gehört ein schnell schaltendes Ventil, daß den Einspritzbeginn und das Einspritzende steuert. Bei geöffnetem Ventil fördert die PDE Kraftstoff zurück in den Zulauf. Schließt das Ventil, so mißt die PDE dem entsprechenden Motorzylinder Kraftstoff zu. Der Schließzeitpunkt des Ventils bestimmt den Einspritzbeginn, die Schließdauer, d.h. die Dauer des geschlossenen Zustandes des Ventils, bestimmt die Einspritzmenge .
In ähnlicher Weise ist ein sogenanntes Pumpe-Leitungs-Düse- System (PLD) ausgebildet. Wie die PDE verfügt die Pumpe- Leitungs-Düse über eine Einspritzpumpe je Motorzylinder, die von einer Welle des Motors, beispielsweise der Nockenwelle, angetrieben wird. Mit einem Ventil wird der Einspritzzeitpunkt und die Einspritzmenge gesteuert. Dabei sind die Pumpe und die Düse über eine kurze Leitung miteinander verbunden.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Steuerung der Kraftstoffzumessung in eine Brennkraftmaschine eine möglichst genaue Kraftstoffzumessung zu erzielen. Diese Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Ansprüchen gekennzeichneten Merkmale gelöst .
Vorteile der Erfindung
Mit der erfindungsgemäßen Vorgehensweise kann eine sehr genaue Kraftstoffeinspritzung erzielt werden. Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Zeichnung
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen näher erläutert. Es zeigen die Figuren 1 und 2 zwei Ausgestaltungen einer Pumpe-Düse- Einheit und die Figuren 3 und 4 verschiedene über der Zeit aufgetragene Signale .
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
In Figur 1 ist eine Pumpe-Düse-Einheit schematisch dargestellt. Im folgenden werden die wesentlichen Elemente beschrieben. Die Pumpe-Düse-Einheit 100 umfaßt im wesentlichen ein Stellelement 105, das über eine Verbindung 102, die gestrichelt dargestellt ist, ein Ventil 110 derart beeinflußt, daß es wenigstens eine erste geschlossene und eine zweite geöffnete Position einnimmt. Das Ventil 110 ist zwischen einem Kraftstoffzulauf 115, der auch als Niederdruckbereich bezeichnet werden kann und einer Leitung 120 angeordnet. Der Niederdruckbereich beinhaltet im wesentlichen einen Kraftstoffvorratsbehälter, der auch als Tank bezeichnet wird, von dem der Kraftstoff über ein Filter und eine Kraftstoffförderpumpe zu dem Ventil 110 gelangt.
Die Leitung 120 verbindet einen Elementraum 130, in dem ein Pumpenkolben 135 beweglich angeordnet ist, der von einer Antriebseinheit 140 bewegt wird, mit einer Einspritzdüse 150. Die Antriebseinheit 140 wird vorzugsweise unmittelbar oder über einen Kipphebel von der Nockenwelle der Brennkraftmaschine angetrieben. Die Einspritzdüse 150 beinhaltet im wesentlichen eine Düsenfeder 152 und eine Düsennadel 154. Das Stellelement 105 wird von einem Steuergerät 160 mit Ansteu- ersignalen beaufschlagt. Als Stellelemente werden üblicherweise Magnetsteller und besonders vorteilhaft Piezo-Aktoren eingesetzt .
Befindet sich das Ventil 110 in seinem geschlossenen Zustand, und bewegt sich der Pumpenkolben 135 derart, daß der Elementraum 130 verkleinert wird, so steigt der Druck in der Leitung 120 und damit in der Einspritzdüse an. Ab einem be- - H -
stimmten Wert des Drucks wird die Düsennadel 154 entgegen der Federkraft der Düsenfeder 152 bewegt und gibt die Einspritzöffnung 156 frei, so daß Kraftstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine gelangt. Befindet sich das Ventil 110 in seiner geöffneten Position, so ist kein Druckaufbau möglich und es findet keine Kraftstoffeinspritzung statt.
Durch Öffnen und Schließen des Ventils 110 kann der Hochdruckbereich, der durch den Elementraum, die Leitung 120 und den mit Kraftstoff gefüllten Bereich der Einspritzdüse gebildet wird, mit dem Niederdruckbereich verbunden werden. Ab dem Zeitpunkt des Schließens des Ventils 110 beginnt der Druckaufbau im Hochdruckbereich und die Kraftstoffeinspritzung setzt ein. Beim Öffnen des Ventils 110 baut sich der Druck in der Leitung 120 ab und die Einspritzung endet. Dies bedeutet, der Öffnungs- und Schließzeitpunkt des Ventils 110 den Einspritzbeginn, das Einspritzende und damit die Einspritzdauer bestimmt.
Das Stellelement 105 wird von einem Steuergerät 160 abhängig vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine, der mit verschiedenen Sensoren erfaßt wird, derart gesteuert, daß das Ventil zum gewünschten Zeitpunkt öffnet oder schließt und damit die Einspritzung zum gewünschten Zeitpunkt beginnt und zum gewünschten Zeitpunkt endet.
In Figur 2 ist eine zweite Ausführungsform einer Pumpe-Düse- Einheit dargestellt. Diese unterscheidet sich im wesentlichen von der Ausführungsform der Figur 1, daß das Ventil 110 den Elementraum 130 unmittelbar mit dem KraftstoffZulauf 115 verbindet. Beiden Ausführungsformen gemeinsam ist es, daß das Ventil 110 den Hochdruckbereich mit dem Niederdruckbereich verbindet. Üblicherweise wird das Ventil 110 derart angesteuert, daß es entweder seine geöffnete oder seine geschlossene Position einnimmt. Diese Art der Ansteuerung ist problematisch, da beim Öffnen des Ventils der Druck im Hochdruckbereich sehr schnell auf den Druck im Niederdruckbereich abgebaut wird. Dies führt beispielsweise dazu, daß die Düsennadel sehr schnell in ihre geschlossene Position übergeht. Bei einer erneuten Ansteuerung muß der Druck im Hochdruckbereich erneut aufgebaut werden. Dies ist insbesondere dann problematisch, wenn die Einspritzung in wenigstens zwei Teileinspritzungen aufgeteilt wird. Beispielsweise kann es vorgesehen sein, daß vor der Haupteinspritzung eine Voreinspritzung erfolgt. Um einen positiven Effekt auf das Verhalten der Brennkraftmaschine zu haben, müssen die beiden Teileinspritzungen, beispielsweise die Voreinspritzung und die Haupteinspritzung, in einem bestimmten Abstand aufeinanderfolgen. Aufgrund des völligen Druckabbaus beim Öffnen des Ventils können nicht alle Zeitabstände realisiert werden, da eine Mindestzeit für den Druckaufbau erforderlich ist.
Desweiteren ist es bei solchen Systemen nicht oder nur sehr schwer möglich, den Druck im Hochdruckraum zu beeinflussen. Eine solche Beeinflussung ist insbesondere in den Pausen zwischen zwei Einspritzungen schwierig.
Erfindungsgemäß ist daher vorgesehen, daß die Ansteuerung des Stellelements derart erfolgt, daß das Ventil neben seinen zwei Endpositionen geöffnet und geschlossen zusätzlich wenigstens eine Zwischenpositionen einnimmt. Besonders einfach zu realisieren ist dies, wenn als Stellelement ein Pie- zo-Aktor verwendet wird. Bei solchen Piezo-Aktor ist die Position bzw. die Ausdehnung des Piezo-Aktor unmittelbar proportional zu der am Piezo-Aktor anliegenden Spannung. Dadurch ist es möglich, daß das Stellelement verschiedene Po- sitionen einnehmen kann. Dadurch wird es ermöglicht, daß auch das Ventil 110 in definierte Positionen gebracht wird.
In Figur 3 sind verschiedene Signale über der Zeit t aufgetragen. In der ersten Teilfigur 3a ist die Spannung U, die am Piezo-Aktor 105 anliegt, aufgetragen. Die Teilfigur 3b zeigt den Zustand des Ventils 110 über der Zeit t. Die Teilfigur 3c zeigt den Zustand der Düsennadel 154 abhängig von der Zeit t. Die Teilfigur 3d zeigt den Verlauf des Druckes P in der Düsennadel bzw. im Hochdruckbereich.
Zum Zeitpunkt tl beginnt die Ansteuerung der Pumpe-Düse- Einheit. Dies bedeutet, vom Zeitpunkt tl bis zum Zeitpunkt 2 wird vom Steuergerät 160 ein solches Signal vorgegeben, daß das Ventil 110 schließt. Dies wird dadurch erreicht, daß die Spannung am Piezo-Aktor 105 von einem Minimalwert, der vorzugsweise Null ist auf einen zweiten Wert ansteigt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt dieser Anstieg linear. Der Anstieg der Spannung am Piezo-Aktor 105 hat zur Folge, daß das Ventil 110 sich langsam von seiner offenen in seine geschlossene Position bewegt. Die Düsennadel zeigt noch keine Reaktion, sie bleibt in ihrer geschlossenen Position. Der Druck im Hochdruckbereich steigt langsam an.
Im Zeitraum zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 erfolgt die Ansteuerung des Piezo-Aktors 105 derart, daß das Ventil 110 in seiner geschlossenen Position bleibt, d.h. die Spannung U am Piezo-Aktor bleibt auf ihrem hohen Wert . Dies hat zur Folge, daß das Ventil 110 in seiner geschlossenen Position bleibt. Der Druck P im Hochdruckbereich steigt weiter an. Zum Zeitpunkt t3 bzw. kurz vor dem Zeitpunkt t3 erreicht der Druck P einen solchen Wert, daß die Düsennadel langsam von ihrem Ventilsitz abhebt und die Kraftstoffeinspritzung freigibt. Dies führt zu einem kurzzeitigen Abfall des Drucks. Ab dem Zeitpunkt t3 wird die Spannung bis zum Zeitpunkt t4 auf einen Zwischenwert zurückgenommen, dies hat zur Folge, daß das Ventil 110 sich in Richtung einer ersten Zwischenposition bewegt. Demzufolge fällt der Druck P im Elementraum ab und die Düsennadel bewegt sich in ihre Schließrichtung.
Im Zeitraum zwischen den Zeitpunkten t4 und t5 wird das Ventil 110 in der ersten Zwischenposition gehalten. Dies wird dadurch erreicht, daß die Spannung U am Piezo-Aktor auf seinem Zwischenwert gehalten wird. Dies bewirkt, daß das Ventil 110 sich ebenfalls in seiner ersten Zwischenposition befindet. Der Druck P im Elementraum baut sich langsam ab und die Düsennadel erreicht ihre geschlossene Position und bleibt in ihrer geschlossenen Position.
Ist der Öffnungsquerschnitt des Ventils in dieser Phase zu groß, dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn das Ventil in diesem Zeitabschnitt völlig öffnet, so kommt es zu einer sogenannten Überentlastung und der Druck im Hochdruckbereich sinkt unter den Dampfdruck ab.
Die Spannung und damit die Position des Ventils und/oder die Zeitdauer zwischen den Zeitpunkten t4 und t5 wird so gewählt, daß keine Überentlastung eintritt. Dadurch wird erreicht, daß beim Beginn der nächsten Einspritzung definierte Verhältnisse vorliegen. Dadurch können Streuungen der Kraftstoffmenge bei gleicher Ansteuerdauer deutlich reduziert werden.
Zwischen dem Zeitpunkt t5 und t6 wird das Steuerventil 110 wieder geschlossen, d.h. die Spannung am Piezo-Aktor 105 steigt wieder auf seinen Maximalwert an. Dies hat zur Folge, daß das Ventil 110 in seinen geschlossenen Zustand übergeht. Der Druck P im Druckbereich beginnt wieder anzusteigen. Im Zeitraum zwischen den Zeitpunkten t6 bis t7 wird das Ventil 110 in seiner geschlossenen Position gehalten. D.h. die Spannung am Piezo-Aktor bleibt auf ihrem maximalen Wert. Das Ventil 110 verbleibt in seiner geschlossenen Position. Infolgedessen steigt der Druck P im Hochdruckbereich stark an. Eine gewisse Zeit nach dem Zeitpunkt t6 hat der Wert des Drucks einen solchen Wert erreicht, daß die Düsennadel 154 sich beginnt zu bewegen und kurz danach den völlig geöffneten Zustand erreicht .
Bei der besonders vorteilhaften Ausführungsform, die in Figur 3 dargestellt ist, wird zwischen dem Zeitpunkt t7 und t8 die Spannung U am Piezo-Aktor nach Erreichen der geöffneten Position der Düsennadel um einen kleinen Wert zurückgefahren. Dies hat zur Folge, daß das Ventil 110 nicht völlig geöffnet ist. Dies bedeutet, daß Ventil 110 wird in einer zweiten Zwischenposition gehalten, die sich nur unwesentlich von der geschlossenen Position unterscheidet. Dies bedeutet, es kann eine geringe Menge an Flüssigkeit entweichen. Besonders vorteilhaft ist der Querschnitt derart gewählt, daß kein weiterer Anstieg des Druckes erfolgt. Dies bedeutet, daß der Druck während des Zeitraumes t7 bis t8 nahezu konstant bleibt, d.h. daß es sich ein Druckplateau ergibt.
Bei einer vereinfachten Ausführungsform kann in dem Zeitraum t7 bis t8 entsprechend wie im Zeitraum zwischen t6 und t7 der Maximalwert der Spannung vorgegeben werden, wobei das Ventil 110 in diesem Zeitraum in seiner geschlossenen Position verbleibt. Dadurch können höhere Druckwerte erreicht werden.
Im Zeitraum zwischen den Zeitpunkten t8 und t9 wird die Spannung auf einen dritten Zwischenwert abgesenkt. Dies bedeutet, daß das Ventil 110 in eine dritte Zwischenposition übergeht. Dies hat zur Folge, daß der Druck P abfällt und daß bei einem bestimmten Druck die Düsennadel in ihren geschlossenen Zustand übergeht. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Wert dieser Spannung abhängig vom Betriebszustand vorgebbar ist. Dadurch kann erreicht werden, daß der Druckabbaurate, das heißt die Druckänderung innerhalb einer bestimmten Zeit, abhängig vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine vorgebbar ist.
Im Zeitraum zwischen den Zeitpunkten t9 und tlO wird das Ventil 110 in der dritten Zwischenposition gehalten.
Ab dem Zeitpunkt tlO wird der Piezo-Aktor derart angesteuert, daß das Ventil 110 öffnet, d.h. die Spannung wird auf ihren Ausgangswert zurückgenommen. Dies hat zur Folge, daß das Ventil in seine völlig geöffnete Position übergeht. Der Druck P fällt auf den Druckwert im Niederdruckbereich ab, und die Düsennadel verbleibt in ihrer geschlossenen Position.
Die beschriebene Ansteuerung beinhaltet eine Haupteinspritzung als zweite Teileinspritzung und eine Voreinspritzung als erste Teileinspritzung. Dabei handelt es sich um eine abgesetzte Voreinspritzung ohne eine sogenannte Überentlastung während der Einspritzpause. Dies wird dadurch erreicht, daß das Ventil zwischen den zwei Teileinspritzungen derart angesteuert wird, daß es in einer ersten Zwischenposition verbleibt.
Als Alternative kann auch vorgesehen sein, daß eine angelagerte Voreinspritzung erfolgt, bei der die Voreinspritzung unmittelbar in die Haupteinspritzung übergeht.
Desweiteren ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß vorzugsweise während der Haupteinspritzung eine Begrenzung des Drucks im Hochdruckbereich erfolgt. Besonders vorteilhaft ist es, wenn ! 0 -
im Teillastbereich, d.h. bei kleinen Drehzahlen und/oder bei kleinen eingespritzten Kraftstoffmengen ein großer Einspritzdruck gewählt wird, d.h. daß während einer Einspritzung im Teillastbereich in dem Zeitraum t7 bis tδ das Ventil in seiner völlig geschlossenen Position verbleibt. Bei Großen Drehzahlen und/oder großen Einspritzmengen wird eine Begrenzung des Einspritzdrucks gewählt, d.h. daß in dem Zeitraum t7 bis t8 befindet sich das Ventil in der zweiten Zwischenposition. Hierdurch können mechanische Belastungen der Pumpe und des Antriebs vermindert werden.
Das Ventil wird während der Einspritzung derart angesteuert, daß es in einer zweiten Zwischenposition verbleibt. Vorzugsweise wird die Zwischenposition bzw. die erforderliche Spannung am Piezo-Aktor abhängig vom Lastzustand, insbesondere abhängig von der Drehzahl und/oder einer die einzuspritzende Kraftstoffmenge charakterisierenden Größe, vorgegeben. Dies hat eine verbesserte Gemischaufbereitung und damit verringerte Emissionen zur Folge.
Die Druckabbaurate ist durch Vorgabe der ersten bzw. der dritten Zwischenposition des Ventils einstellbar. Diese Einstellung erfolgt vorzugsweise abhängig vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine. Dies kann sowohl beim Ende der Voreinspritzung als auch am Ende der Haupteinspritzung erfolgen.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn bei Vollast, d.h. bei großer Drehzahl und/oder großer eingespritzter Kraftstoffmenge ein schneller Druckabbau erfolgt, d.h. daß die Spannung auf einen kleinen Wert oder auf den Minimalwert abgesenkt wird, dadurch geht das Ventil schnell in seine geöffnete Position über. Bei Teillast wird dagegen eine kleinere Druckabbaurate vorgegeben, d.h. bei Teillast wird im Zeit- räum t8 bis tlO eine höhere Spannung eingestellt, d.h. das Ventil verbleibt eher in seiner geschlossenen Position.
Dies bedeutet, daß das Ventil 110 am Ende der Einspritzung derart angesteuert wird, daß es in einer dritten Zwischenposition verbleibt. Vorzugsweise wird die Zwischenposition, bzw. die Spannung mit der der Piezo-Aktor beaufschlagt wird, abhängig von einer gewünschten Druckabbaurate eingestellt.
Dadurch, daß während des Öffnens des Ventils der Druckabbau steuerbar ist, können die Geräusche, die vorzugsweise durch die Pumpe erzeugt werden, deutlich reduziert werden.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn noch weitere Teileinspritzungen erfolgen, d.h. daß mehrere Voreinspritzungen vorgesehen sind, bzw. daß die Haupteinspritzung in mehrere Teileinspritzungen aufgeteilt wird. Besonders vorteilhaft ist es auch, wenn noch wenigstens eine Nacheinspritzung erfolgt, die im Anschluß an die Haupteinspritzung erfolgt.
Die Zeitabstände t4 bis t5 bzw. t7 bis t8 und t9 bis tlO werden vorzugsweise abhängig von der Drehzahl, dem Beginn der Einspritzung und/oder anderen Betriebskenngrößen vorgegeben.
Weitere Varianten des Ansteuerprofils für den Piezo-Aktor sind in Figur 4 dargestellt.
In Figur 4a ist eine herkömmliche Ansteuerung ohne Zwischenposition dargestellt, d.h. die Spannung wird für die Voreinspritzung auf ihren Maximalwert hochgefahren und dann auf den Minimalwert abgesenkt. Für die Haupteinspritzung wird die Spannung wieder auf den Maximalwert erhöht und am Ende der Haupteinspritzung auf den Minimalwert abgesenkt. In Teilfigur 4b ist der Verlauf eine angelagerten Voreinspritzung dargestellt. D.h. zu Beginn der Voreinspritzung wird die Spannung auf einen Zwischenwert angehoben und anschließend mit Beginn der Haupteinspritzung mit dem Maximalwert geführt. Der Zwischenwert liegt nur knapp unter dem Maximalwert . Am Ende der Einspritzung wird die Spannung auf den Minimalwert zurückgesetzt.
In Teilfigur 4c ist eine entsprechende Ansteuerung mit einer Nacheinspritzung dargestellt. Diese unterscheidet sich im wesentlichen von der Ansteuerung gemäß der Figur 3 darin, daß bei der Haupteinspritzung keine Absenkung im Zeitraum zwischen den Zeitpunkten 7 und t8 erfolgt, sondern daß lediglich eine flexible Druckabbaurate eingestellt wird. In kurzem Abstand nach der Haupteinspritzung erfolgt dann eine weitere Ansteuerung zur Erzielung der Nacheinspritzung.
Die erfindungsgemäße Vorgehensweise ist nicht auf die Verwendung bei Pumpe-Düse-Einheiten beschränkt. Sie kann auch bei anderen Einspritzsystemen, bei denen ein Ventil zur Steuerung des Drucks im Hochdruckbereich verwendet wird, eingesetzt werden. Insbesondere ist die erfindungsgemäße Vorgehensweise zur Steuerung eines Pumpe-Leitungs-Düsesystems bzw. eines Common-Rail-Systems geeignet.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Steuerung der Kraftstoffzumessung in eine Brennkraftmaschine, mit einem Ventil zur Steuerung des Kraftstoffflußes in die Brennkraftmaschine, wobei das Ventil mittels eines Stellelements so angesteuert wird, daß es in einer ersten Position den Kraftstofffluß unterbindet und daß es in einer zweiten Position den Kraftstofffluß völlig freigibt, dadurch gekennzeichnet, daß in bestimmten Betriebszuständen das Stellelement derart angesteuert wird, daß das Ventil wenigstens eine Zwischenposition einnimmt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil zwischen zwei Teileinspritzungen derart angesteuert wird, daß es in einer ersten Zwischenposition verbleibt .
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil während einer Einspritzung derart angesteuert wird, daß es in einer zweiten Zwischenposition verbleibt .
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil am Ende einer Einspritzung derart ange- steuert wird, daß es in einer dritten Zwischenposition verbleibt .
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenposition abhängig von einer gewünschten Druckabbaurate eingestellt wird.
6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenposition abhängig von wenigstens einer den Betriebszustand der Brennkraftmaschine charakterisierenden Größe eingestellt wird.
7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellelement als Piezo-Aktor ausgebildet ist.
8. Vorrichtung zur Steuerung der Kraftstoffzumessung in eine Brennkraftmaschine, mit einem Ventil zur Steuerung des Kraftstoffflußes in die Brennkraftmaschine, wobei das Ventil mittels eines Stellelements so angesteuert wird, daß es in einer ersten Position den Kraftstofffluß unterbindet und daß es in einer zweiten Position den Kraftstofffluß völlig freigibt, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, die in bestimmten Betriebszuständen das Stellelement derart ansteuern, daß das Ventil wenigstens eine Zwischenposition einnimmt.
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