WO2004038203A1 - Method for charging a piezoelectric actuator on an injection valve and controller - Google Patents

Method for charging a piezoelectric actuator on an injection valve and controller Download PDF

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WO2004038203A1
WO2004038203A1 PCT/DE2003/003346 DE0303346W WO2004038203A1 WO 2004038203 A1 WO2004038203 A1 WO 2004038203A1 DE 0303346 W DE0303346 W DE 0303346W WO 2004038203 A1 WO2004038203 A1 WO 2004038203A1
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charging
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Heinz Lixl
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • F02M47/00—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure
    • F02M47/02—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure of accumulator-injector type, i.e. having fuel pressure of accumulator tending to open, and fuel pressure in other chamber tending to close, injection valves and having means for periodically releasing that closing pressure
    • F02M47/027—Electrically actuated valves draining the chamber to release the closing pressure

Definitions

  • the invention relates to a method for charging a piezoelectric actuator of an injection valve according to the preamble of claim 1 and a control device according to claim 1.
  • piezoelectric actuators are used.
  • the piezoelectric actuator has the advantage that it quickly changes its length by charging or discharging.
  • the piezoelectric actuator is used in the injection valve to control the injection process.
  • it is known to use the piezoelectric actuator to control a servo valve that closes an outlet of a pressure chamber.
  • the pressure chamber is operatively connected to an injection needle, the injection needle closing or opening injection holes depending on the pressure in the pressure chamber.
  • the pressure in the pressure chamber is adjusted depending on the open or closed position of the servo valve.
  • DE 100 17 367 A1 discloses a method and a device for controlling at least one capacitive actuator.
  • the capacitive actuator is formed in a fuel injection valve of an internal combustion engine.
  • the described method charges a capacitive actuator by means of resonant output stages.
  • the resonant output stages have charging capacitors whose capacities form an oscillating circuit with the capacitance of the actuator and with the inductance of the charge coils. From the point of view of combustion technology and in order to achieve the lowest fuel injection quantities, the shortest possible charging times should be aimed at, but these lead to high noise emissions. For this reason, the charging times are regulated and short charging times are mainly used in areas where noise emissions are not perceived as disturbing, such as at high engine speeds.
  • the described method and the described device enable both a shortening and an extension of the charging time of the capacitive actuator of the fuel injection valve.
  • a further device for controlling at least one capacitive actuator of a fuel injector is known, with which the charging time of the capacitive actuator can be adjusted with the aid of a clocked transformer.
  • the object of the invention is to provide an improved method for injecting fuel with a piezoelectrically operated injection valve.
  • the object of the invention is achieved by the method according to claim 1 and by the control device according to claim 10.
  • An advantage of the method according to the invention is that the quantity of fuel to be dispensed does not increase so much with an increase in the activation time of the piezoelectric actuator. This offers the advantage that the injected
  • the amount of fuel changes less with the activation time. Fluctuations in the actuation time, which occur due to system inaccuracies, therefore have less influence on the amount of fuel to be injected. This makes the process more robust overall. This advantage is achieved in that the charging time, in which the piezoelectric actuator is brought from a quiescent charge to a working charge, is selected depending on the fuel pressure.
  • the charging time is chosen to be shorter with a higher fuel pressure than with a lower fuel pressure. This measure makes a large increase in the amount of fuel to be injected dependent on the Control time at high fuel pressure reduced. The result is that, in contrast to previous methods, the amount of fuel to be dispensed no longer increases as much when the triggering time of the piezoelectric actuator is extended. The change in the amount of fuel injected is thus kept within limits with a variation in the actuation time. As a result, system-related inaccuracies in the activation time have less effect on the fuel quantity to be injected.
  • the method according to the invention is preferably used for charging times which are between 100 and 300 ⁇ sec. With this range of charging times, the change in the amount of fuel, which is sufficient for many applications, is influenced depending on the change in the activation time.
  • the method according to the invention is particularly suitable for use in injection systems which have a fuel accumulator.
  • the fuel accumulator supplies the injector with fuel at a definable fuel pressure.
  • the fuel pressure is measured and the charging time of the piezoelectric actuator is set depending on the measured fuel pressure.
  • the method according to the invention is preferably used when dispensing very small quantities.
  • Small quantities are understood to mean quantities that are, for example, less than 20% of the maximum quantity of fuel dispensed.
  • Experiments have shown that, particularly in the case of very small quantities, there is a sharp increase in the quantity of fuel with an increase in the activation time and the same charging time.
  • the sharp increase in the amount of fuel to be injected with the same activation time can be reduced according to the invention by extending the charging time with the same activation time.
  • small amounts are in the range of less than 5 mm 3 , preferably in the range of less than 2.5 mm 3 .
  • a simple implementation of the method according to the invention is achieved in that the charging time is read from a map and that the charging times are stored in the map depending on the amount of fuel to be injected and the fuel pressure.
  • the method according to the invention is preferably used in a piezoelectric actuator which controls a servo valve.
  • a piezoelectric actuator which controls a servo valve.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of a piezoelectric injection valve with a control circuit
  • FIG. 2 shows a schematic representation of the charge states during an injection process
  • FIG. 3 shows a schematic program sequence for controlling the injection valve
  • FIG. 4 shows a first injector map, which shows characteristic curves for the injected fuel quantity as a function of the activation time and various fuel pressures
  • FIG. 5 shows a second characteristic field, which shows characteristic curves for the injected fuel quantity as a function of the activation time for different charging times
  • FIG. 6 shows a third characteristic field, which shows characteristic curves for different pressures for the injected fuel quantity as a function of the actuation time, different charging times being used at the different pressures.
  • FIG. 1 shows, in a schematic representation, an injection valve 1 with a piezoelectric actuator 2.
  • the piezoelectric actuator 2 is operatively connected to an injection needle 3, which opens or closes injection holes 4 depending on the length of the piezoelectric actuator 2.
  • a transmission module 5, a servo valve 6, a pressure chamber 7 and a control piston 8 are arranged as the operative connection between the injection needle 3 and the actuator 2.
  • the servo valve 6 is an outwardly opening valve which regulates an outflow of the pressure chamber 7.
  • the servo valve can also be designed to open inwards.
  • the piezoelectric actuator 2 is pretensioned by a tubular spring and firmly connected to the housing of the injection valve in the upper region. If an electrical charge is applied to the piezoelectric actuator, the piezoelectric actuator expands and presses on the transmission module 5 from above.
  • the transmission module 5 pulls a closing element of the servo valve 6 upward away from the outflow of the pressure chamber 7.
  • the transmission module 5 is designed as an inverse transmission module which, when the actuator 2 changes in length in the direction of the transmission module 5, is a closing element of the Servo valve 6 lifts up towards the piezoelectric actuator 2. In this way, the outflow of the pressure chamber 7 is released.
  • the pressure chamber 7 is supplied with a fluid with a fixed pressure via a feed line 9 with a throttle.
  • the pressure chamber 7 is also operatively connected to the injection needle 3 via the movable control piston 8. If a high pressure prevails in the pressure chamber 7, the injection needle 3 is pressed onto a sealing seat and thus closes the injection holes 4.
  • an injection chamber 15 is formed which, depending on the position of the injection needle, is or is not hydraulically connected to the injection extinguishers 4.
  • the injection needle 3 is biased via spring elements (not shown) in such a way that the injection needle 3 wants to lift off the injection holes 4. If the pressure in the pressure chamber 7 drops due to an opening of the servo valve 6, the injection needle 3 lifts off the injection holes 4 and releases the injection holes 4. The injection starts.
  • the injection chamber 15 and the feed line 9 are hydraulically connected to a fuel accumulator 10.
  • the fuel accumulator 10 is supplied with fuel at a fixed pressure by a pump 11, preferably a high-pressure pump.
  • the fuel accumulator 10 in turn supplies the pressure chamber 7 and the injection space 15 with the fuel.
  • a pressure sensor 16 is arranged on the fuel accumulator 10, which detects the pressure in the fuel accumulator 10 and forwards it to a control unit 12 via a measuring line.
  • the control unit 12 is connected via measurement signals S to sensors of the internal combustion engine, the operating states of the internal combustion engine such as B. the speed and the driver's request, that is, the accelerator pedal position, detect and forward to the control unit 12.
  • the control device 12 is also via a control line device connected to the pump 11, via a data line to a data memory 14 and via a further control line to an output stage 13.
  • the output stage 13 is connected to the piezoelectric actuator via electrical lines.
  • the actuator 2 is charged with the desired electrical charge via the electrical lines.
  • the control unit 12 determines based on the operating conditions of the internal combustion engine, such as. B.
  • control unit 12 determines a charging time within which the output stage 13 the piezoelectric actuator to a desired Charging. The charging process is carried out by the output stage 13, which is controlled in a corresponding manner by the control unit 12.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of the charge states of the piezoelectric actuator 2 for an injection process.
  • the charge Q of the actuator 2 is plotted against the time t.
  • the actuator 2 Before a first point in time T1, the actuator 2 has a quiescent charge.
  • the output stage 13 At a first point in time T1, the output stage 13 begins to charge the piezoelectric actuator.
  • the charge of the piezoelectric actuator reaches a working charge with a maximum value M.
  • the time between the first and second time T1, T2 is referred to as the loading time.
  • the charge of the piezoelectric actuator remains unchanged in the period between the second time T2 and a third time T3.
  • the output stage 13 At the third point in time T3, the output stage 13 begins to discharge the piezoelectric actuator.
  • the piezoelectric actuator is discharged again to the initial state by a following fourth time T4.
  • the time period between the first time T1 and the third time T3 is referred to as the control time.
  • the opening behavior of the injector Shortly after the first point in time T1, the injection needle is lifted from the injection holes so that fuel begins to be dispensed. Shortly after the second point in time T2, the injection needle reaches a maximum opening stroke, so that a maximum fuel flow is emitted via the injection holes. Shortly after the third time T3, the injection needle moves in the direction of the injection holes and closes the injection holes shortly after the fourth time T4.
  • FIG. 3 shows the sequence of the method according to the invention in a schematic program sequence.
  • control unit 12 acquires the data that are required to control injector 1.
  • the pressure in the fuel accumulator 10 is also recorded.
  • the control unit 12 determines depending on operating parameters such as. B. the speed and the driver's request and depending on the Kaftstofftik the beginning of the activation of the piezoelectric actuator, the charging time and the activation time.
  • the charging time is part of the activation time.
  • the charging time is determined depending on the pressure of the fuel.
  • the loading time can be calculated according to stored functions depending on the pressure or can be read out from a map that is stored in the data memory 14.
  • the fuel pressure is not measured directly, but is calculated using the available operating parameters.
  • the delivery line of the pump 11, the speed of the internal combustion engine and the amount of fuel to be delivered by the injection valve can be used as the operating parameter in order to calculate the fuel pressure.
  • control unit 12 calculates the amount of fuel to be injected.
  • the control unit 12 calculates the activation time for the injection valve from the fuel pressure and the quantity of fuel to be injected.
  • the charging time is determined depending on the fuel pressure.
  • the loading time is preferably read from a map that is stored in the data memory 14.
  • the characteristic diagram has a data field which determines the charging time as a function of the fuel quantity to be injected, as a function of the fuel pressure and as a function of the activation time.
  • control unit 12 controls the output stage 13 in such a way that the injection valve 1 is activated in accordance with the determined charging time and the determined activation time.
  • FIG. 4 shows a schematic diagram of a characteristic field which shows the fuel quantity to be injected as a function of the actuation time for various fuel pressures in accordance with previously known actuation methods for an injection valve with a piezoelectric actuator.
  • the top characteristic corresponds to a fuel pressure of 1600 bar, a middle characteristic to a fuel pressure of 800 bar and the bottom characteristic to a fuel pressure of 200 bar. It can be seen here that the amount of fuel to be injected increases sharply with the activation time, in particular at higher pressures. The sharp increase in the amount of fuel injected affects an area where smaller amounts of fuel are injected.
  • FIG. 5 shows a characteristic field which shows the amount of fuel injected as a function of the actuation time of the piezoelectric actuator of the injection valve.
  • Different characteristic curves are shown, which were recorded for the same fuel pressure but for different charging times.
  • Three characteristic curves are shown that were recorded for the same fuel pressure, however the top characteristic curve with a loading time of 120 m / sec, the middle characteristic curve with a loading time of 200 m / sec and the lower characteristic curve with a loading time of 300 m / sec sec was recorded.
  • FIG. 5 shows that the slope of the characteristic curve is flattened by an increase in the charging time.
  • a flatter characteristic curve means that a change in the triggering time leads to a smaller increase in the amount of fuel injected. It can thus be seen from FIG. 5 that the variation in the charging time represents a means of influencing the injection characteristic of the injection valve.
  • the injection behavior of the injection valve can be influenced by an extension of the charging time in such a way that with an increase in the activation time there is a smaller increase in the amount of fuel injected.
  • the smaller increase in the amount of fuel injected as the triggering time increases offers the advantage that a deviation from a target injection time, which is calculated by the control unit 12, has a smaller effect on the amount of fuel actually injected.
  • the actual amount of fuel injected is therefore less influenced by fluctuations in the actuation time. Fluctuations in the control time can be caused, for example, by system-related inaccuracies or production-related fluctuations in the electrical properties of the output stage.
  • Figure 6 shows a characteristic field in which the injected
  • the amount of fuel is shown depending on the control time and is obtained according to the inventive method.
  • the characteristic curve field in FIG. 6 clearly shows that the characteristic curves increase less steeply with the activation time than in FIG. 4. In particular at high pressures, an increase in the activation time results in a flatter increase in the amount of fuel injected with an increase in the activation time.
  • the injection behavior of an injection valve shown in FIG. 6 shows a minimum injection quantity of 0.5 mm 3 . A minimal activation period is also shown.
  • the amount of fuel injected is also less dependent on pressure fluctuations. From the comparison of the characteristic curve 11 in FIG. 4 with the characteristic curves in FIG. 6, it can be clearly seen that, with the control time remaining the same, the amount of fuel injected is smaller in FIG. 6 as a function of different pressures. In the method according to the invention, the injection behavior of which is shown in FIG. 6, the characteristic curves for different pressures are much closer together. It is particularly advantageous that, in the area of the smallest quantities, hardly any changes in the injection quantity occur when the pressure changes.

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Abstract

A method for charging a piezoelectric actuator (2) on an injection valve is disclosed, whereby the charging time (T1, T2) is varied in order to improve the injection properties of the injection valve. The charging time is preferably fixed depending on the pressure of the fuel. An increase in charging time leads to a reduced dependence of the injected amount of fuel on the control time and the fuel pressure. The disclosed method leads to an injection behaviour for the injection valve (1) the injected amount of fuel during which is less dependent on pressure variations and control time variations.

Description

Beschreibungdescription
Verfahren zum Aufladen eines piezoelektrischen Aktors eines Einspritzventils und SteuergerätMethod for charging a piezoelectric actuator of an injection valve and control device
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufladen eines piezoelektrischen Aktors eines Einspritzventils gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein Steuergerät gemäß Patentanspruch 1. Bei modernen Einspritzanlagen für Brennkraft- maschinen werden piezoelektrische Aktoren eingesetzt. Der piezoelektrische Aktor hat den Vorteil, dass er durch Aufladen oder Entladen schnell seine Länge ändert. Der piezoelektrische Aktor wird beim Einspritzventil eingesetzt, um den Einspritzvorgang zu steuern. Beispielsweise ist es bekannt, mit dem piezoelektrischen Aktor ein Servoventil anzusteuern, das einen Abfluss einer Druckkammer verschließt. Die Druckkammer steht mit einer Einspritznadel in Wirkverbindung, wobei abhängig vom Druck in der Druckkammer die Einspritznadel Einspritzlöcher verschließt oder freigibt. Abhängig von der Offen- oder Schließstellung des Servoventils wird der Druck in der Druckkammer eingestellt.The invention relates to a method for charging a piezoelectric actuator of an injection valve according to the preamble of claim 1 and a control device according to claim 1. In modern injection systems for internal combustion engines, piezoelectric actuators are used. The piezoelectric actuator has the advantage that it quickly changes its length by charging or discharging. The piezoelectric actuator is used in the injection valve to control the injection process. For example, it is known to use the piezoelectric actuator to control a servo valve that closes an outlet of a pressure chamber. The pressure chamber is operatively connected to an injection needle, the injection needle closing or opening injection holes depending on the pressure in the pressure chamber. The pressure in the pressure chamber is adjusted depending on the open or closed position of the servo valve.
Weiterhin ist es bekannt, mit dem piezoelektrischen Aktor eine Einspritznadel direkt zu bewegen. Dabei wird die Positi- on der Nadel abhängig von der Länge des piezoelektrischen Aktors festgelegt.Furthermore, it is known to move an injection needle directly with the piezoelectric actuator. The position of the needle is determined depending on the length of the piezoelectric actuator.
Zudem werden bei modernen Einspritzanlagen, insbesondere bei Dieseleinspritzanlagen beim Einspritzen des Kraftstoffes un- terschiedliche Kraftstoffdrücke verwendet. Zum Einspritzen einer bestimmten Kraftstoffmenge wird der piezoelektrische Aktor eine bestimmte Ansteuerzeit in einer Aktivposition gehalten. Über die Ansteuerzeit wird die einzuspritzende Kraftstoffmenge festgelegt. Kennlinien für die einzuspritzen- de Kraftstoffmenge fallen in Abhängigkeit von der Ansteuerzeit für verschiedene Kraftstoffdrücke unterschiedlich aus. Insbesondere für hohe Kraftstoffdrücke tritt im Bereich von kleinen Kraftstoffmengen ein steiler Anstieg der abzugebenen Kraftstoffmenge mit Zunahme der Ansteuerzeit auf. Eine steile Kennlinie weist den Nachteil auf, dass die abzugebene Kraftstoffmenge nur bei einer sehr präzisen Einhaltung der Ansteu- erzeit präzise festgelegt werden kann. Dieses Einspritzverhalten führt jedoch dazu, dass entweder die Ansteuerzeit präzise eingehalten werden uss, was eine technisch aufwendige und teure Lösung erfordert. Zum Anderen führt dieses Ein- spritzverhalten jedoch bei einer weniger technisch aufwendi- gen Lösung zu relativ großen Ungenauigkeiten bei der eingespritzten Kraftstoffmenge.In addition, in modern injection systems, in particular in diesel injection systems, different fuel pressures are used when injecting the fuel. To inject a certain amount of fuel, the piezoelectric actuator is held in an active position for a certain actuation time. The fuel quantity to be injected is determined via the control time. Characteristic curves for the amount of fuel to be injected vary depending on the activation time for different fuel pressures. Especially for high fuel pressures occurs in the range of small amounts of fuel, a steep increase in the amount of fuel to be delivered increases with the activation time. A steep characteristic curve has the disadvantage that the amount of fuel to be dispensed can only be precisely defined if the activation time is adhered to very precisely. However, this injection behavior means that either the activation time is precisely observed, which requires a technically complex and expensive solution. On the other hand, this injection behavior leads to relatively large inaccuracies in the amount of fuel injected in a less technically complex solution.
Aus DE 100 17 367 AI ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ansteuern wenigstens eines kapazitiven Stellgliedes be- kannt . Das kapazitives Stellglied ist in einem Kraftstoffein- spritzventil einer Brennkraftmaschine ausgebildet. Das beschriebene Verfahren lädt ein kapazitives Stellglied mittels resonanter -Endstufen auf. Die resonanten Endstufen weisen Ladekondensatoren auf, deren Kapazitäten mit der Kapazität des Stellgliedes und mit der Induktivität der ümladespulen einen Schwingkreis bilden. Aus verbrennungstechnischer Sicht und zur Erzielung geringster Kraftstoffeinspritzmengen sind möglichst kurze Ladungszeiten anzustreben, die jedoch zu hohen Geräuschemissionen führen. Deshalb werden die Ladezeiten ge- regelt und kurze Ladezeiten überwiegend in solchen Bereichen benutzt, in denen die Geräuschemissionen nicht als störend empfunden werden, wie beispielsweise bei hohen Motordrehzahlen. Das beschriebene Verfahren und die beschriebene Vorrichtung ermöglichen sowohl eine Verkürzung als auch eine Verlän- gerung der Ladezeit des kapazitiven Stellgliedes des Kraftstoffeinspritzventils .DE 100 17 367 A1 discloses a method and a device for controlling at least one capacitive actuator. The capacitive actuator is formed in a fuel injection valve of an internal combustion engine. The described method charges a capacitive actuator by means of resonant output stages. The resonant output stages have charging capacitors whose capacities form an oscillating circuit with the capacitance of the actuator and with the inductance of the charge coils. From the point of view of combustion technology and in order to achieve the lowest fuel injection quantities, the shortest possible charging times should be aimed at, but these lead to high noise emissions. For this reason, the charging times are regulated and short charging times are mainly used in areas where noise emissions are not perceived as disturbing, such as at high engine speeds. The described method and the described device enable both a shortening and an extension of the charging time of the capacitive actuator of the fuel injection valve.
Aus DE 199 44 733 AI ist eine weitere Vorrichtung zum Ansteuern wenigstens eines kapazitiven Stellgliedes eines Kraft- stoffeinspritzventils bekannt, mit dem die Ladezeit des kapazitiven Stellgliedes mit Hilfe eines getakteten Transformators eingestellt werden kann. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein verbessertes Verfahren zum Einspritzen von Kraftstoff mit einem piezoelektrisch betriebenen Einspritzventil bereit zu stellen.From DE 199 44 733 AI a further device for controlling at least one capacitive actuator of a fuel injector is known, with which the charging time of the capacitive actuator can be adjusted with the aid of a clocked transformer. The object of the invention is to provide an improved method for injecting fuel with a piezoelectrically operated injection valve.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch das Verfahren gemäß Anspruch 1 und durch das Steuergerät gemäß Anspruch 10 gelöst.The object of the invention is achieved by the method according to claim 1 and by the control device according to claim 10.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.Further advantageous embodiments of the invention are specified in the dependent claims.
Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass die abzugebende Kraftstoffmenge nicht so sehr mit einer Zunahme der Ansteuerzeit des piezoelektrischen Aktors zu- nimmt. Dies bietet den Vorteil, dass die eingespritztenAn advantage of the method according to the invention is that the quantity of fuel to be dispensed does not increase so much with an increase in the activation time of the piezoelectric actuator. This offers the advantage that the injected
Kraftstoffmengen sich weniger stark mit der Ansteuerzeit ändern. Somit haben Schwankungen der Ansteuerzeit, die aufgrund von Systemungenauigkeiten auftreten, einen geringeren Ein- fluss auf die einzuspritzenden Kraftstoffmenge. Damit ist das Verfahren insgesamt robuster. Dieser Vorteil wird dadurch erreicht, dass die Ladezeit, in der der piezoelektrische Aktor von einer Ruheladung zu einer Arbeitsladung gebracht wird, abhängig vom Kraftstoffdruck gewählt wird.The amount of fuel changes less with the activation time. Fluctuations in the actuation time, which occur due to system inaccuracies, therefore have less influence on the amount of fuel to be injected. This makes the process more robust overall. This advantage is achieved in that the charging time, in which the piezoelectric actuator is brought from a quiescent charge to a working charge, is selected depending on the fuel pressure.
Versuche haben gezeigt, dass bei verschiedenen Drücken die Ladezeit unterschiedliche Auswirkungen auf die tatsächlich eingespritzte Kraftstoffmenge hat. Somit wurde erkannt, dass die Variation der Ladezeit abhängig vom Kraftstoffdruck eine vorteilhafte Beeinflussung der einzuspritzenden Kraftstoff- menge ermöglicht. Insbesondere ist die tatsächlich eingespritzte Kraftstoffmenge weniger abhängig von Kraftstoffdruckschwankungen.Tests have shown that at different pressures, the charging time has different effects on the amount of fuel actually injected. It was thus recognized that the variation in the charging time as a function of the fuel pressure enables the amount of fuel to be injected to be influenced in an advantageous manner. In particular, the amount of fuel actually injected is less dependent on fuel pressure fluctuations.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Ladezeit bei höherem Kraftstoffdruck kleiner gewählt als bei einem niedrigeren Kraftstoffdruck. Durch diese Maßnahme wird eine große Zunahme der einzuspritzenden Kraftstoffmenge abhängig von der Ansteuerzeit bei hohem Kraftstoffdruck reduziert. Die Folge ist, dass im Gegensatz zu bisherigen Verfahren sich die abzugebene Kraftstoffmenge bei einer Verlängerung der Ansteuerzeit des piezoelektrischen Aktors nicht mehr so stark zunimmt. Somit wird die Änderung der eingespritzten Kraftstoffmenge bei einer Variation der Ansteuerzeit in Grenzen gehalten. Folglich wirken sich systembedingte Ungenauigkeiten bei der Ansteuerzeit weniger auf die einzuspritzende Kraftstoffmenge aus .In a preferred embodiment, the charging time is chosen to be shorter with a higher fuel pressure than with a lower fuel pressure. This measure makes a large increase in the amount of fuel to be injected dependent on the Control time at high fuel pressure reduced. The result is that, in contrast to previous methods, the amount of fuel to be dispensed no longer increases as much when the triggering time of the piezoelectric actuator is extended. The change in the amount of fuel injected is thus kept within limits with a variation in the actuation time. As a result, system-related inaccuracies in the activation time have less effect on the fuel quantity to be injected.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise für Ladezeiten eingesetzt, die zwischen 100 und 300 μsec liegen. Mit dieser Bandbreite der Ladezeit wird eine für viele Anwendungsfälle ausreichende Beeinflussung der Änderung der Kraft- stoffmenge abhängig von der Änderung der Ansteuerzeit erreicht.The method according to the invention is preferably used for charging times which are between 100 and 300 μsec. With this range of charging times, the change in the amount of fuel, which is sufficient for many applications, is influenced depending on the change in the activation time.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere zur Anwendung bei Einspritzanlagen, die einen KraftstoffSpeicher aufweisen. Der KraftstoffSpeicher führt dem Einspritzventil Kraftstoff mit einem festlegbaren Kraftstoffdruck zu. Der Kraftstoffdruck wird gemessen und die Ladezeit des piezoelektrischen Aktors abhängig von dem gemessenen Kraftstoffdruck eingestellt.The method according to the invention is particularly suitable for use in injection systems which have a fuel accumulator. The fuel accumulator supplies the injector with fuel at a definable fuel pressure. The fuel pressure is measured and the charging time of the piezoelectric actuator is set depending on the measured fuel pressure.
Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße Verfahren bei der Abgabe von Kleinstmengen eingesetzt. Unter Kleinstmengen werden Mengen verstanden die beispielsweise kleiner als 20 % der maximal abgegebenen Kraftstoffmenge sind. Versuche haben ge- zeigt, dass insbesondere bei Kleinstmengen eine starke Zunahme der Kraftstoffmenge mit Zunahme der Ansteuerzeit und gleicher Ladezeit auftreten. Die starke Zunahme der einzuspritzenden Kraftstoffmenge bei gleicher Ansteuerzeit kann erfindungsgemäß durch eine Verlängerung der Ladezeit bei gleich- bleibender Ansteuerzeit- reduziert werden. Vorzugsweise wird nur die Ladezeit des piezoelektrischen Aktors verändert und die während der Ladezeit auf dem piezoelektrischen Aktor aufzubringende Ladung unverändert beibehalten.The method according to the invention is preferably used when dispensing very small quantities. Small quantities are understood to mean quantities that are, for example, less than 20% of the maximum quantity of fuel dispensed. Experiments have shown that, particularly in the case of very small quantities, there is a sharp increase in the quantity of fuel with an increase in the activation time and the same charging time. The sharp increase in the amount of fuel to be injected with the same activation time can be reduced according to the invention by extending the charging time with the same activation time. Preferably, only the charging time of the piezoelectric actuator is changed and the charge to be applied to the piezoelectric actuator during the charging time is kept unchanged.
Bei den verwendeten Einspritzventilen liegen Kleinstmengen im Bereich kleiner 5 mm3, vorzugsweise im Bereich kleiner 2,5 mm3.In the injection valves used, small amounts are in the range of less than 5 mm 3 , preferably in the range of less than 2.5 mm 3 .
Eine einfache Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird dadurch erreicht, dass die Ladezeit aus einem Kennfeld ausgelesen wird, und dass im Kennfeld die Ladezeiten abhängig von der einzuspritzenden Kraftstoffmenge und dem Kraftstoffdruck abgelegt sind.A simple implementation of the method according to the invention is achieved in that the charging time is read from a map and that the charging times are stored in the map depending on the amount of fuel to be injected and the fuel pressure.
Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße Verfahren bei einem piezoelektrischen Aktor eingesetzt, der ein Servoventil ansteuert. Insbesondere bei der Ausführung eines piezoelektrischen Aktors mit der Verwendung eines Servoventils haben Ver- suche gezeigt, dass eine vorteilhafte Beeinflussung der einzuspritzenden Kraftstoffmenge über eine Veränderung der Ladezeit bei vorzugsweise konstanter Ansteuerzeit des piezoelektrischen Aktors erreicht wird.The method according to the invention is preferably used in a piezoelectric actuator which controls a servo valve. In particular when designing a piezoelectric actuator using a servo valve, tests have shown that the amount of fuel to be injected is advantageously influenced by changing the charging time with a preferably constant activation time of the piezoelectric actuator.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to the figures.
Es zeigenShow it
Figur 1 eine schematische Darstellung eines piezoelektrischen Einspritzventils mit einer Ansteuerschaltung,FIG. 1 shows a schematic illustration of a piezoelectric injection valve with a control circuit,
Figur 2 eine schematische Darstellung der Ladungszustände bei einem Einspritzvorgang,FIG. 2 shows a schematic representation of the charge states during an injection process,
Figur 3 einen schematischen Programmablauf zur Ansteuerung des Einspritzventils, Figur 4 ein erstes Injektorkennfeld, das Kennlinien für die eingespritzte Kraftstoffmenge in Abhängigkeit der Ansteuerzeit und verschiedener Kraftstoffdrücke zeigt,FIG. 3 shows a schematic program sequence for controlling the injection valve, FIG. 4 shows a first injector map, which shows characteristic curves for the injected fuel quantity as a function of the activation time and various fuel pressures,
Figur 5 ein zweites Kennlinienfeld, das Kennlinien für die eingespritzte Kraftstoffmenge in Abhängigkeit von der Ansteuerzeit für verschiedene Ladezeiten zeigt, undFIG. 5 shows a second characteristic field, which shows characteristic curves for the injected fuel quantity as a function of the activation time for different charging times, and
Figur 6 ein drittes Kennlinienfeld, das Kennlinien für ver- schiedene Drücke für die eingespritzte Kraftstoffmenge in Abhängigkeit von der Ansteuerzeit zeigt, wobei bei den verschiedenen Drücken verschiedene Ladezeiten verwendet werden.FIG. 6 shows a third characteristic field, which shows characteristic curves for different pressures for the injected fuel quantity as a function of the actuation time, different charging times being used at the different pressures.
Figur 1 zeigt in einer schematischen Darstellung, ein Ein- spritzventil 1 mit einem piezoelektrischen Aktor 2. Der piezoelektrische Aktor 2 steht in Wirkverbindung mit einer Einspritznadel 3, die abhängig von der Länge des piezoelektrischen Aktors 2 Einspritzlöcher 4 öffnet oder verschließt.FIG. 1 shows, in a schematic representation, an injection valve 1 with a piezoelectric actuator 2. The piezoelectric actuator 2 is operatively connected to an injection needle 3, which opens or closes injection holes 4 depending on the length of the piezoelectric actuator 2.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist als Wirkverbindung zwischen der Einspritznadel 3 und dem Aktor 2 ein Übertragungsmodul 5, ein Servoventil 6, eine Druckkammer 7 und ein Steuerkolben 8 angeordnet. Das Servoventil 6 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel ein nach außen öffnendes Ventil, das einen Abfluss der Druckkammer 7 regelt. In einer weiteren Ausführungsform kann das Servoventil auch nach innen öffnend ausgebildet sein. Der piezoelektrische Aktor 2 ist von einer Rohrfeder auf Druck vorgespannt und im oberen Bereich fest mit dem Gehäuse des Einspritzventils verbunden. Wird der piezoelektrische Aktor mit einer elektrischen Ladung beaufschlagt, so dehnt sich der piezoelektrische Aktor aus und drückt von oben auf das Übertragungsmodul 5. Als Folge davon zieht das Übertragungsmodul 5 ein Schließglied des Servoventils 6 nach oben von dem Abfluss der Druckkammer 7 weg. Das Übertragungsmodul 5 ist als inverses Übertragungsmodul ausgebildet, das bei einer Längenänderung des Aktors 2 in Richtung auf das Übertragungsmodul 5 ein Schließglied des Servoventil 6 nach oben in Richtung zum piezoelektrischen Aktor 2 anhebt. Auf diese Weise wird der Abfluss der Druckkammer 7 frei gegeben.In the exemplary embodiment shown, a transmission module 5, a servo valve 6, a pressure chamber 7 and a control piston 8 are arranged as the operative connection between the injection needle 3 and the actuator 2. In the exemplary embodiment shown, the servo valve 6 is an outwardly opening valve which regulates an outflow of the pressure chamber 7. In a further embodiment, the servo valve can also be designed to open inwards. The piezoelectric actuator 2 is pretensioned by a tubular spring and firmly connected to the housing of the injection valve in the upper region. If an electrical charge is applied to the piezoelectric actuator, the piezoelectric actuator expands and presses on the transmission module 5 from above. As a result, the transmission module 5 pulls a closing element of the servo valve 6 upward away from the outflow of the pressure chamber 7. The transmission module 5 is designed as an inverse transmission module which, when the actuator 2 changes in length in the direction of the transmission module 5, is a closing element of the Servo valve 6 lifts up towards the piezoelectric actuator 2. In this way, the outflow of the pressure chamber 7 is released.
Die Druckkammer 7 wird über eine Zuleitung 9 mit einer Drossel mit einem Fluid mit einem festgelegten Druck versorgt. Die Druckkammer 7 steht zudem über den beweglichen Steuerkolben 8 in Wirkverbindung mit der Einspritznadel 3. Herrscht in der Druckkammer 7 ein hoher Druck so wird die Einspritznadel 3 auf einen Dichtsitz gedrückt und verschließt damit die Einspritzlöcher 4. Zwischen. der Einspritznadel 3 und dem Gehäuse des Einspritzventils ist eine Einspritzkammer 15 ausgebildet, die abhängig von der Position der Einspritznadel mit den Einspritzlöschern 4 hydraulisch verbunden ist, oder nicht.The pressure chamber 7 is supplied with a fluid with a fixed pressure via a feed line 9 with a throttle. The pressure chamber 7 is also operatively connected to the injection needle 3 via the movable control piston 8. If a high pressure prevails in the pressure chamber 7, the injection needle 3 is pressed onto a sealing seat and thus closes the injection holes 4. Between. of the injection needle 3 and the housing of the injection valve, an injection chamber 15 is formed which, depending on the position of the injection needle, is or is not hydraulically connected to the injection extinguishers 4.
Die Einspritznadel 3 ist über nicht dargestellte Federelemente in der Weise vorgespannt, dass die Einspritznadel 3 von den Einspritzlöchern 4 abheben will. Sinkt der Druck in der Druckkammer 7 durch ein Öffnen des Servoventils 6, so hebt die Einspritznadel 3 von den Einspritzlöchern 4 ab und gibt die Einspritzlöcher 4 frei. Die Einspritzung beginnt.The injection needle 3 is biased via spring elements (not shown) in such a way that the injection needle 3 wants to lift off the injection holes 4. If the pressure in the pressure chamber 7 drops due to an opening of the servo valve 6, the injection needle 3 lifts off the injection holes 4 and releases the injection holes 4. The injection starts.
Die Einspritzkammer 15 und die Zuleitung 9 stehen mit einem KraftstoffSpeicher 10 hydraulisch in Verbindung. Der Kraft- stoffSpeicher 10 wird von einer Pumpe 11, vorzugsweise einer Hochdruckpumpe, mit Kraftstoff mit einem festgelegten Druck versorgt. Der KraftstoffSpeicher 10- versorgt wiederum die Druckkammer 7 und den Einspritzraum 15 mit dem Kraftstoff.The injection chamber 15 and the feed line 9 are hydraulically connected to a fuel accumulator 10. The fuel accumulator 10 is supplied with fuel at a fixed pressure by a pump 11, preferably a high-pressure pump. The fuel accumulator 10 in turn supplies the pressure chamber 7 and the injection space 15 with the fuel.
Am Kraftstoffspeicher 10 ist ein Drucksensor 16 angeordnet, der den Druck im KraftstoffSpeicher 10 erfasst und über eine - Messleitung an ein Steuergerät 12 weiterleitet. Das Steuergerät 12 steht über Messsignale S mit Sensoren der Brennkraftmaschine in Verbindung, die Betriebszustände der Brennkraft- maschine wie z. B. die Drehzahl und den Fahrerwunsch, d. h. die Gaspedalstellung, erfassen und an das Steuergerät 12 weiterleiten. Das Steuergerät 12 ist zudem über eine Steuerlei- tung mit der Pumpe 11, über eine Datenleitung mit einem Datenspeicher 14 und über eine weitere Steuerleitung mit einer Endstufe 13 verbunden. Die Endstufe 13 steht über elektrische Leitungen mit dem piezoelektrischen Aktor in Verbindung. Über die elektrischen Leitungen wird der Aktor 2 mit der gewünschten elektrischen Ladung aufgeladen. Das Steuergerät 12 ermittelt aufgrund der Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine wie z. B. der Drehzahl und der Gaspedalstellung in Abhängigkeit von Kennfeldern, die im Speicher 14 abgelegt sind, Zeit- punkte zum Aufladen und Endladen des piezoelektrischen Aktors 2. Zudem ermittelt das Steuergerät 12 eine Ladezeit, innerhalb der die Endstufe 13 den piezoelektrischen Aktor auf eine gewünschte Ladung auflädt. Der Aufladevorgang wird von der Endstufe 13 durchgeführt, die in den entsprechender Weise vom Steuergerät 12 angesteuert wird.A pressure sensor 16 is arranged on the fuel accumulator 10, which detects the pressure in the fuel accumulator 10 and forwards it to a control unit 12 via a measuring line. The control unit 12 is connected via measurement signals S to sensors of the internal combustion engine, the operating states of the internal combustion engine such as B. the speed and the driver's request, that is, the accelerator pedal position, detect and forward to the control unit 12. The control device 12 is also via a control line device connected to the pump 11, via a data line to a data memory 14 and via a further control line to an output stage 13. The output stage 13 is connected to the piezoelectric actuator via electrical lines. The actuator 2 is charged with the desired electrical charge via the electrical lines. The control unit 12 determines based on the operating conditions of the internal combustion engine, such as. B. the speed and the accelerator pedal position as a function of maps, which are stored in the memory 14, times for charging and discharging the piezoelectric actuator 2. In addition, the control unit 12 determines a charging time within which the output stage 13 the piezoelectric actuator to a desired Charging. The charging process is carried out by the output stage 13, which is controlled in a corresponding manner by the control unit 12.
Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung der Ladungszu- stände des piezoelektrischen Aktors 2 für einen Einspritzvorgang. Im Diagramm der Figur 2 ist die Ladung Q des Aktors 2 über die Zeit t aufgetragen. Vor einem ersten Zeitpunkt Tl weist der Aktor 2 eine Ruheladung auf. Zu einem ersten Zeitpunkt Tl beginnt die Endstufe 13 mit dem Aufladen des piezoelektrischen Aktors. Zu einem zweiten Zeitpunkt T2 erreicht die Ladung des piezoelektrischen Aktors mit einem Maximalwert M eine Arbeitsladung. Die Zeit zwischen dem ersten und zweiten Zeitpunkt Tl, T2 wird als Ladezeit bezeichnet. In dem Zeitraum zwischen dem zweiten Zeitpunkt T2 und einem dritten Zeitpunkt T3 bleibt die Ladung des piezoelektrischen Aktors unverändert. Zum dritten Zeitpunkt T3 beginnt die Endstufe 13 mit dem Entladen des piezoelektrischen Aktors. Innerhalb einer Entladezeit wird bis zu einem folgenden vierten Zeitpunkt T4 der piezoelektrische Aktor wieder auf den Ausgangszustand entladen.FIG. 2 shows a schematic representation of the charge states of the piezoelectric actuator 2 for an injection process. In the diagram in FIG. 2, the charge Q of the actuator 2 is plotted against the time t. Before a first point in time T1, the actuator 2 has a quiescent charge. At a first point in time T1, the output stage 13 begins to charge the piezoelectric actuator. At a second time T2, the charge of the piezoelectric actuator reaches a working charge with a maximum value M. The time between the first and second time T1, T2 is referred to as the loading time. The charge of the piezoelectric actuator remains unchanged in the period between the second time T2 and a third time T3. At the third point in time T3, the output stage 13 begins to discharge the piezoelectric actuator. Within a discharge time, the piezoelectric actuator is discharged again to the initial state by a following fourth time T4.
Als Ansteuerzeit wird die Zeitdauer zwischen dem ersten Zeitpunkt Tl und dem dritten Zeitpunkt T3 bezeichnet. Analog zu der Kennlinie der Figur 2 verläuft zeitversetzt das Öffnungs- verhalten des Einspritzventils. Kurze Zeit nach dem ersten Zeitpunkt Tl wird die Einspritznadel von den Einspritzlöchern abgehoben, so dass eine Abgabe von Kraftstoff beginnt. Kurz nach dem zweiten Zeitpunkt T2 erreicht die Einspritznadel einen maximalen Öffnungshub, so dass ein maximaler Kraftstoffstrom über die Einspritzlöcher abgegeben wird. Kurze Zeit nach dem dritten Zeitpunkt T3 bewegt sich die Einspritznadel in Richtung auf die Einspritzlöcher und verschließt die Einspritzlöcher kurze Zeit nach dem vierten Zeitpunkt T4.The time period between the first time T1 and the third time T3 is referred to as the control time. Analogous to the characteristic of FIG. 2, the opening behavior of the injector. Shortly after the first point in time T1, the injection needle is lifted from the injection holes so that fuel begins to be dispensed. Shortly after the second point in time T2, the injection needle reaches a maximum opening stroke, so that a maximum fuel flow is emitted via the injection holes. Shortly after the third time T3, the injection needle moves in the direction of the injection holes and closes the injection holes shortly after the fourth time T4.
Figur 3 zeigt in einem schematischen Programmablauf die Abfolge des erfindungsgemäßen Verfahrens. Bei Programmpunkt 100 erfasst das Steuergerät 12 die Daten, die zur Steuerung des Einspritzventils 1 erforderlich sind. Dabei wird auch der Druck im KraftstoffSpeicher 10 erfasst. Anschließend ermittelt das Steuergerät 12 abhängig von Betriebsparametern wie z. B. der Drehzahl und dem Fahrerwunsch und abhängig vom Kaftstoffdruck den Beginn der Ansteuerung des piezoelektrischen Aktors die Ladezeit und die Ansteuerzeit. Die Ladezeit ist ein Teil der Ansteuerzeit. Erfindungsgemäß wird die Ladezeit abhängig vom Druck des Kraftstoffes ermittelt. Die Ladezeit kann dabei nach abgelegten Funktionen abhängig vom Druck berechnet oder aus einem Kennfeld ausgelesen werden, das im Datenspeicher 14 abgelegt ist. In einer weiteren Ausführungs- form wird der Kraftstoffdruck nicht direkt gemessen, sondern über die zur Verfügung stehenden Betriebsparameter berechnet. Beispielsweise kann als Betriebsparameter die Förderleitung der Pumpe 11, die Drehzahl der Brennkraftmaschine und die vom Einspritzventil abzugebene Kraftstoffmenge verwendet werden, um den Kraftstoffdruck zu berechnen.FIG. 3 shows the sequence of the method according to the invention in a schematic program sequence. At program point 100, control unit 12 acquires the data that are required to control injector 1. The pressure in the fuel accumulator 10 is also recorded. Then the control unit 12 determines depending on operating parameters such as. B. the speed and the driver's request and depending on the Kaftstoffdruck the beginning of the activation of the piezoelectric actuator, the charging time and the activation time. The charging time is part of the activation time. According to the charging time is determined depending on the pressure of the fuel. The loading time can be calculated according to stored functions depending on the pressure or can be read out from a map that is stored in the data memory 14. In a further embodiment, the fuel pressure is not measured directly, but is calculated using the available operating parameters. For example, the delivery line of the pump 11, the speed of the internal combustion engine and the amount of fuel to be delivered by the injection valve can be used as the operating parameter in order to calculate the fuel pressure.
Bei folgenden Programmpunkt 110 berechnet das Steuergerät 12 die einzuspritzende Kraftstoffmenge.At the following program point 110, the control unit 12 calculates the amount of fuel to be injected.
Beim folgendem Programmpunkt 120 berechnet das Steuergerät 12 aus dem Kraftstoffdruck und der einzuspritzenden Kraftstoffmenge die Ansteuerzeit für das Einspritzventil. Zudem wird erfindungsgemäß abhängig vom Kraftstoffdruck die Ladezeit festgelegt. Die Ladezeit wird dabei vorzugsweise aus einem Kennfeld ausgelesen, das im Datenspeicher 14 abgelegt ist. Das Kennfeld weist ein Datenfeld auf, das die Ladezeit in Ab- hängigkeit von der einzuspritzenden Kraftstoffmenge, in Abhängigkeit vom Kraftstoffdruck und in Abhängigkeit von der Ansteuerzeit festlegt.At the following program point 120, the control unit 12 calculates the activation time for the injection valve from the fuel pressure and the quantity of fuel to be injected. In addition, According to the invention, the charging time is determined depending on the fuel pressure. The loading time is preferably read from a map that is stored in the data memory 14. The characteristic diagram has a data field which determines the charging time as a function of the fuel quantity to be injected, as a function of the fuel pressure and as a function of the activation time.
Beim folgenden Programmpunkt 130 steuert das Steuergerät 12 die Endstufe 13 in der Weise an, dass das Einspritzventil 1 entsprechend der ermittelten Ladezeit und der ermittelten Ansteuerzeit angesteuert wird.At the following program point 130, the control unit 12 controls the output stage 13 in such a way that the injection valve 1 is activated in accordance with the determined charging time and the determined activation time.
Figur 4 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Kennli- nienfeld, das die einzuspritzende Kraftstoffmenge in Abhängigkeit von der Ansteuerzeit für verschiedene Kraftstoffdrücke gemäß bisher bekannten Ansteuerverfahren für ein Einspritzventil mit einem piezoelektrischen Aktor zeigt. Die o- berste Kennlinie entspricht einem Kraftstoffdruck von 1600 bar, eine mittlere Kennlinie einem Kraftstoffdruck von 800 bar und die unterste Kennlinie einem Kraftstoffdruck von 200 bar. Es ist dabei zu erkennen, dass insbesondere bei höheren Drücken die einzuspritzende Kraftstoffmenge stark mit der Ansteuerzeit zunimmt. Die starke Zunahme der eingespritzten Kraftstoffmenge betrifft einen Bereich, bei dem kleinere Kraftstoffmengen eingespritzt werden.FIG. 4 shows a schematic diagram of a characteristic field which shows the fuel quantity to be injected as a function of the actuation time for various fuel pressures in accordance with previously known actuation methods for an injection valve with a piezoelectric actuator. The top characteristic corresponds to a fuel pressure of 1600 bar, a middle characteristic to a fuel pressure of 800 bar and the bottom characteristic to a fuel pressure of 200 bar. It can be seen here that the amount of fuel to be injected increases sharply with the activation time, in particular at higher pressures. The sharp increase in the amount of fuel injected affects an area where smaller amounts of fuel are injected.
Figur 5 zeigt ein Kennlinienfeld, das die eingespritzte Kraftstoffmenge in Abhängigkeit von der Ansteuerzeit des pie- zoelektrischen Aktors des Einspritzventils zeigt. Es sind verschiedene Kennlinien dargestellt, die für den gleichen Kraftstoffdruck aber für verschiedene Ladezeiten erfasst wurden. Es sind drei Kennlinien dargestellt, die für den gleichen Kraftstoffdruck erfasst wurden, wobei jedoch die oberste Kennlinie mit einer Ladezeit von 120 m/sec, die mittlere Kennlinie mit einer Ladezeit von 200 m/sec und die untere Kennlinie mit einer Ladezeit von 300 m/sec erfasst wurde. Aus der Figur 5 ist zu erkennen, dass durch eine Verlängerung der Ladezeit die Steigung der Kennlinie abgeflacht wird. Eine flachere Kennlinie bedeutet, dass eine Änderung der Ansteuer- zeit zu einer kleineren Zunahme der eingespritzten Kraft- stoffmenge führt. Somit ist aus Figur 5 erkennbar, dass die Variation der Ladezeit ein Mittel zur Beeinflussung der Einspritzcharakteristik des Einspritzventils dargestellt.FIG. 5 shows a characteristic field which shows the amount of fuel injected as a function of the actuation time of the piezoelectric actuator of the injection valve. Different characteristic curves are shown, which were recorded for the same fuel pressure but for different charging times. Three characteristic curves are shown that were recorded for the same fuel pressure, however the top characteristic curve with a loading time of 120 m / sec, the middle characteristic curve with a loading time of 200 m / sec and the lower characteristic curve with a loading time of 300 m / sec sec was recorded. Out FIG. 5 shows that the slope of the characteristic curve is flattened by an increase in the charging time. A flatter characteristic curve means that a change in the triggering time leads to a smaller increase in the amount of fuel injected. It can thus be seen from FIG. 5 that the variation in the charging time represents a means of influencing the injection characteristic of the injection valve.
Beispielsweise kann bei Beibehaltung der Ansteuerzeit durch eine Verlängerung der Ladezeit das Einspritzverhalten des Einspritzventils in der Weise beeinflusst werden, dass mit Zunahme der Ansteuerzeit eine geringere Zunahme der eingespitzten Kraftstoffmenge erfolgt. Die geringere Zunahme der eingespritzten Kraftstoffmenge bei Zunahme der Ansteuerzeit bietet den Vorteil, dass eine Abweichung von einer Solleinspritzzeit, die vom Steuergerät 12 berechnet wird, eine geringere Auswirkung auf die tatsächlich eingespritzte Kraftstoffmenge hat. Somit wird die tatsächlich eingespritzte Kraftstoffmenge weniger von Schwankungen der Ansteuerzeit be- einflusst. Schwankungen der Ansteuerzeit können beispielsweise durch systembedingte Ungenauigkeiten oder herstellungsbedingte Schwankungen der elektrischen Eigenschaften der Endstufe bewirkt werden.For example, if the activation time is maintained, the injection behavior of the injection valve can be influenced by an extension of the charging time in such a way that with an increase in the activation time there is a smaller increase in the amount of fuel injected. The smaller increase in the amount of fuel injected as the triggering time increases offers the advantage that a deviation from a target injection time, which is calculated by the control unit 12, has a smaller effect on the amount of fuel actually injected. The actual amount of fuel injected is therefore less influenced by fluctuations in the actuation time. Fluctuations in the control time can be caused, for example, by system-related inaccuracies or production-related fluctuations in the electrical properties of the output stage.
Figur 6 zeigt ein Kennlinienfeld, bei dem die eingespritzteFigure 6 shows a characteristic field in which the injected
Kraftstoffmenge abhängig von der Ansteuerzeit dargestellt ist und das gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren erhalten wird. Das Kennlinienfeld der Figur 6 zeigt deutlich, dass die Kennlinien weniger steil mit der Ansteuerzeit ansteigen als in Figur 4. Insbesondere bei hohen Drücken wird durch eine Verlängerung der Ansteuerzeit ein flacherer Anstieg der eingespritzten Kraftstoffmenge mit Anstieg der Ansteuerzeit erreicht. Das in Figur 6 dargestellte Einspritzverhalten eines Einspritzventils zeigt eine minimale Einspritzmenge von 0,5 mm3. Zudem ist eine minimale Ansteuerdauer eingezeichnet.The amount of fuel is shown depending on the control time and is obtained according to the inventive method. The characteristic curve field in FIG. 6 clearly shows that the characteristic curves increase less steeply with the activation time than in FIG. 4. In particular at high pressures, an increase in the activation time results in a flatter increase in the amount of fuel injected with an increase in the activation time. The injection behavior of an injection valve shown in FIG. 6 shows a minimum injection quantity of 0.5 mm 3 . A minimal activation period is also shown.
Weiterhin sind verschiedene Kennlinien eingezeichnet, die die Einspritzmengen über die Ansteuerzeit für verschiedene Drücke zeigen. Eine obere gepunktete Linie zeigt eine Kennlinie für einen Kraftstoffdruck von 1600 bar und einer Ladezeit von 300 m/sec. Eine unterste gestrichelte Trennlinie zeigt die Einspritzmengenabhängigkeit von der Ansteuerzeit für einen Kraftstoffdruck von 200 bar und einer Ladezeit von 200 m/sec.Furthermore, various characteristic curves are drawn, which show the injection quantities over the activation time for different pressures demonstrate. An upper dotted line shows a characteristic curve for a fuel pressure of 1600 bar and a loading time of 300 m / sec. A bottom dashed line shows the injection quantity dependence on the activation time for a fuel pressure of 200 bar and a charging time of 200 m / sec.
Zudem ist gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren die eingespritzte Kraftstoffmenge auch weniger abhängig von Druckschwankungen. Aus dem Vergleich der Kennlinie 11 der Figur 4 mit den Kennlinien der Figur β ist deutlich zu erkennen, dass bei gleichbleibender Ansteuerzeit eine Variation der eingespritzten Kraftstoffmenge in Abhängigkeit von unterschiedlichen Drücken bei Figur 6 geringer ist. Die Kennlinien für unterschiedliche Drücke liegen bei dem erfindungsgemäßen Ver- fahren, dessen Einspritzverhalten in Figur 6 dargestellt ist, deutlich enger beieinander. Besonders vorteilhaft ist, dass im Bereich der Kleinstmengen kaum Änderungen der Einspritzmenge bei einer Änderung des Druckes auftreten. In addition, according to the inventive method, the amount of fuel injected is also less dependent on pressure fluctuations. From the comparison of the characteristic curve 11 in FIG. 4 with the characteristic curves in FIG. 6, it can be clearly seen that, with the control time remaining the same, the amount of fuel injected is smaller in FIG. 6 as a function of different pressures. In the method according to the invention, the injection behavior of which is shown in FIG. 6, the characteristic curves for different pressures are much closer together. It is particularly advantageous that, in the area of the smallest quantities, hardly any changes in the injection quantity occur when the pressure changes.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zum Aufladen eines piezoelektrischen Aktors (2) eines Einspritzventils (1) zum Abgeben von Kraftstoff, wobei der Aktor (2) abhängig vom Ladungszustand seine Länge ändert, wobei abhängig von der Länge das Aktors die Kraftstoffabgabe gesteuert wird, wobei für eine Kraftstoffabgabe der Ladungszustand des Aktors während einer Ladezeit verändert wird, wobei nach einer festgelegten Ansteuerzeit der Ladungszustand des Aktors wieder auf einen Ausgangszustand gebracht wird, wobei die Ladezeit abhängig von Betriebszuständen verändert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladezeit abhängig vom Druck des einzuspritzenden Kraftstoffes festgelegt wird.1. A method for charging a piezoelectric actuator (2) of an injection valve (1) for delivering fuel, the actuator (2) changing its length depending on the state of charge, wherein depending on the length of the actuator, the fuel delivery is controlled, for a fuel delivery the state of charge of the actuator is changed during a charging time, with the state of charge of the actuator being brought back to an initial state after a defined activation time, the charging time being changed depending on operating states, characterized in that the charging time is determined as a function of the pressure of the fuel to be injected.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladezeit bei höherem Druck kleiner gewählt wird als bei niedrigerem Druck.2. The method according to claim 1, characterized in that the loading time is chosen smaller at higher pressure than at lower pressure.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine abzugebende Kraftstoffmenge bei unterschiedlichem Kraftstoffdruck mit unterschiedlichen Ladezeiten abgegeben wird.3. The method according to any one of claims 1 or 2, characterized in that a quantity of fuel to be dispensed is given at different fuel pressures with different charging times.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladezeit zwischen 100 und 300 μs eingestellt wird.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the charging time is set between 100 and 300 μs.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der einzuspritzende Kraftstoff von einem Kraftstoffspeicher (10) bereitgestellt wird, der mit dem Einspritzventil (1) hydraulisch verbunden ist, dass der Druck des Kraftstoffes gemessen wird, dass abhängig vom gemessenen Druck die Ladezeit des Aktors für die einzuspritzende Kraftstoffmenge festgelegt wird.5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the fuel to be injected is provided by a fuel accumulator (10) which is hydraulically connected to the injection valve (1), that the pressure of the fuel is measured, depending on the charging time of the actuator for the amount of fuel to be injected is determined from the measured pressure.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Ladezeit verändert wird, wenn die abzugebende Kraftstoffmenge unter einem Kleinstmengenwert liegt.6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the charging time is changed when the amount of fuel to be dispensed is below a minimum amount.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kleinstmengenwert kleiner als 5 mm3, vorzugsweise kleiner als 2,5 mm3 ist.7. The method according to claim 6, characterized in that the minimum quantity value is less than 5 mm 3 , preferably less than 2.5 mm 3 .
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladezeit aus einem Kennfeld ausge- lesen wird, dass im Kennfeld die Ladezeiten abhängig von dem Kraftstoffdruck abgelegt sind.8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the charging time is read from a map, that the charging times are stored in the map depending on the fuel pressure.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass von dem Aktor (2) ein Servoventil (6) angesteuert wird, dass das Servoventil einen Ablauf einer Druckkammer (7) steuert, dass die Druckkammer (7) mit einem Fluid gefüllt ist, das in Wirkverbindung mit einer Einspritznadel (3) steht, dass abhängig vom Druck des Flu- ids die Einspritznadel (3) von einer Offen- in eine Schließposition bewegt und die Abgabe von Kraftstoff durch das Einspritzventil gesteuert wird.9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the actuator (2) controls a servo valve (6), that the servo valve controls a flow of a pressure chamber (7) that the pressure chamber (7) with a fluid is filled, which is in operative connection with an injection needle (3), that depending on the pressure of the fluid, the injection needle (3) moves from an open to a closed position and the delivery of fuel is controlled by the injection valve.
10. Steuergerät, das nach einem der vorhergehenden Verfahren arbeitet. 10. Control device that works according to one of the preceding methods.
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