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DE102004037719A1 - Fuel injection system controlling method for internal combustion engine, involves modulating control voltage that determines operation of piezoelectric actuator and is adjusted to pressure waves at nozzle needles in form of waves - Google Patents

Fuel injection system controlling method for internal combustion engine, involves modulating control voltage that determines operation of piezoelectric actuator and is adjusted to pressure waves at nozzle needles in form of waves Download PDF

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Publication number
DE102004037719A1
DE102004037719A1 DE200410037719 DE102004037719A DE102004037719A1 DE 102004037719 A1 DE102004037719 A1 DE 102004037719A1 DE 200410037719 DE200410037719 DE 200410037719 DE 102004037719 A DE102004037719 A DE 102004037719A DE 102004037719 A1 DE102004037719 A1 DE 102004037719A1
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DE
Germany
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pressure
nozzle needle
injection
actuator
waves
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE200410037719
Other languages
German (de)
Inventor
Holger Rapp
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/20—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils
    • F02D41/2096—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils for controlling piezoelectric injectors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2250/00—Engine control related to specific problems or objectives
    • F02D2250/04—Fuel pressure pulsation in common rails

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)

Abstract

The method involves injecting fuel by a piezoelectric actuator and directly transferring fuel into the nozzle needles of injectors. A control voltage that determines the operation of the actuator is corrected depending on the influence of pressure wave of the fuel injection. The control voltage that is adjusted to the pressure waves at the nozzle needles is modulated in the form of waves. An independent claim is also included for a device for controlling a fuel injection system of an internal combustion engine.

Description

Stand der TechnikState of technology

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

In modernen Hochdruck-Kraftstoffeinspritzsystemen insbesondere selbstzündender Brennkraftmaschinen, wird die Kraftstoffeinspritzung durch piezoelektrische Aktoren gesteuert, die üblicherweise zunächst ein Servoventil ansteuern. Der Schaltzustand dieses Ventils beeinflußt dann wiederum den Druck in einem Steuerraum, der entweder das Öffnen oder das Schließen des Einspritzventils bewirkt. In Zukunft werden aber verstärkt Injektoren zum Einsatz kommen, bei denen die Aktoren unter Verzicht auf das Servoventil unmittelbar oder übersetzt auf Düsennadeln von Injektoren zur Kraftstoffeinspritzung wirken.In modern high-pressure fuel injection systems in particular self-igniting Internal combustion engines, the fuel injection by piezoelectric Controlled actuators, which are usually first Control servo valve. The switching state of this valve then influences turn the pressure in a control room, either opening or the closing causes the injection valve. In the future, however, will be increasingly injectors be used, in which the actuators waiving the Servovalve direct or translated on nozzle needles of injectors for fuel injection act.

Ein sehr verbreitetes, in der DE 100 02 270 C1 beschriebenes Einspritzsystem der hier betroffenen Art ist das sogenannte "Common-Rail-(CR)-Einspritzsystem", bei dem Kraftstoff in einem Hochdruckspeicher (Rail) zwischengespeichert wird, bevor dieser den einzelnen Injektoren zugeführt wird.A very common, in the DE 100 02 270 C1 described injection system of the type concerned here is the so-called "common rail (CR) injection system", in which fuel in a high pressure accumulator (rail) is cached before it is supplied to the individual injectors.

Hierbei erfolgt die Einspritzung des Kraftstoffs häufig durch eine Anzahl von Teileinspritzungen, die eine verbesserte Gemischaufbereitung ermöglichen und damit insbesondere geringere Abgasemissionen der Brennkraftmaschine, eine geringere Geräuschentwicklung bei der Verbrennung sowie eine erhöhte Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine bewirken. Dabei ist es insbesondere wünschenswert, den zeitlichen Abstand zwischen jeweils zwei Teileinspritzungen ohne Einschränkung variieren zu können.in this connection The injection of the fuel is often done by a number of Partial injections that allow improved mixture preparation and thus in particular lower exhaust emissions of the internal combustion engine, a lower noise level during combustion and an increased power output of the internal combustion engine cause. It is particularly desirable, the temporal Distance between each two partial injections vary without restriction to be able to.

Bei den Kraftstoffeinspritzungen und insbesondere bei den genannten mehrfachen Teileinspritzungen kommt der Präzision der jeweiligen Einspritzmenge große Bedeutung zu. Es ist nun jedoch gleichzeitig bekannt, daß jede Einspritzung mittels eines Injektors derartiger CR-Einspritzsysteme einen kurzzeitigen Einbruch des Kraftstoffdruckes in einer in dem Einspritzsystem angeordneten Zuleitung von dem Rail zu dem betreffenden Injektor, sowie in einem solchen Injektor selbst von einem an das Rail angrenzenden Hochdruckanschluß zu einer Düsennadel des Injektors bewirkt. Zudem führt das Schließen der Düsennadel zu einem Druckanstieg. Die Kombination von Druckeinbruch und Druckanstieg führt dann zu einer bevorzugt zwischen dem Rail und dem Injektor auftretenden Kraftstoff-Druckwelle. Diese Druckwelle führt insbesondere zu unerwünschten Schwankungen der jeweils eingespritzten Kraftstoffmenge, wobei sich dieser Druckwelleneffekt sogar noch bei steigender Nadelgeschwindigkeit der Düsennadel des Injektors verstärkt, so daß seiner Beachtung, insbesondere auch in zukünftigen Einspritzsystemen, bei denen hochschnelle Piezo-Steller als Einspritzaktoren zur Düsennadelsteuerung in dem jeweiligen Injektor zum Einsatz kommen, eine zunehmende Bedeutung zukommt.at the fuel injections and in particular in the mentioned multiple partial injections comes the precision of the respective injection quantity size Meaning too. However, it is now known at the same time that each injection by means of an injector of such CR injection systems a short-term Burglary of the fuel pressure in a arranged in the injection system Supply from the rail to the relevant injector, as well as in a Such injector itself from a rail adjacent to the high-pressure connection to a nozzle needle of the injector causes. In addition leads the closing the nozzle needle to a pressure increase. The combination of pressure drop and pressure increase then leads to a preferably occurring between the rail and the injector Fuel pressure wave. This pressure wave leads in particular to undesirable fluctuations each injected amount of fuel, with this pressure wave effect even with increasing needle speed of the nozzle needle the injector is reinforced, so that his Attention, especially in future injection systems, where high-speed piezo actuators as injection actuators for nozzle needle control used in the respective injector, an increasing importance due.

Der genannte Druckwelleneinfluß nimmt mit zunehmendem zeitlichem Abstand zwischen den jeweils benachbarten Einspritzungen ab. Demzufolge nimmt auch der Einfluß auf die Einspritzmenge einer jeweils nachfolgenden Einspritzung mit zunehmendem zeitlichem Abstand ab und nähert sich für genügend große zeitliche Abstände der ungestörten Menge an, die man mit einer zeitlich isolierten Einspritzung erhalten würde.Of the said pressure wave influence decreases with increasing time interval between the adjacent ones Injections. Consequently, the influence on the Injection amount of each subsequent injection with increasing time interval and approaching for enough size time intervals the undisturbed Amount obtained with a temporally isolated injection would.

Da die beschriebenen Druckwelleneffekte streng systematischer Natur sind, und zwar im wesentlichen von dem zeitlichen Abstand der beteiligten Einspritzungen, der eingespritzten Kraftstoffmenge, dem hydraulischen Kraftstoffdruck sowie der Kraftstofftemperatur im hydraulisch relevanten Leitungssystem abhängen, können sie durch eine geeig nete Ansteuerfunktion im Motorsteuergerät korrigiert werden. Ein beispielsweise aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 101 23 035 A1 bekannter Ansatz zur Minimierung des genannten Druckwelleneinflusses besteht deshalb darin, diesen Einfluß auf die Einspritzmengen der jeweiligen Injektoren auszumessen und die Ergebnisse dieser Vermessung beispielsweise bei der Voreinstellung der Ansteuerdaten des Einspritzsystems zu berücksichtigen. Eine entsprechende Korrektur der genannten Ansteuerdaten basiert dabei auf einer Reihe von vorab empirisch oder experimentell ermittelten Kraftstoff-Mengenwellen als Funktion des zeitlichen Abstandes zwischen jeweils zwei oder gegebenenfalls sogar mehreren Teileinspritzungen. Die genannte Druckwellenkompensation legt dabei den an einem Referenzsystem gemessenen Mengeneinfluß auf eine nachfolgende Einspritzung in Kennfeldern ab und kompensiert den Einfluß dann zur Laufzeit der Brennkraftmaschine durch entsprechende Veränderung der Bestromungsdauer der jeweils nachfolgenden Einspritzung – also der Ansteuerdauer der nachfolgenden Einspritzung. Die vorbeschriebene, im Stand der Technik übliche Vorgehensweise besteht demnach grundsätzlich in der Ermittlung der genannten Mengenwellen. Die damit ermittelten Mehr- oder Mindermengen werden in den genannten Kennfeldern abgelegt und zur Laufzeit eines CR-Steuerprogramms durch entsprechendes In-Abzug-Bringen in einem Mengenpfad der Motorsteuerung kompensiert.Since the pressure wave effects described are strictly systematic in nature, and depend essentially on the time interval of the injections involved, the injected fuel amount, the hydraulic fuel pressure and the fuel temperature in the hydraulic relevant piping system, they can be corrected by a appro designated drive function in the engine control unit. For example, from the German patent application DE 101 23 035 A1 Therefore, known approach to minimize the aforementioned pressure wave influence is to measure this influence on the injection quantities of the respective injectors and to take into account the results of this measurement, for example, in the presetting of the control data of the injection system. Corresponding correction of the aforementioned drive data is based on a series of fuel quantity waves determined in advance empirically or experimentally as a function of the time interval between two or possibly even several partial injections. The said pressure wave compensation sets the quantity influence measured on a reference system to subsequent injection into characteristic maps and then compensates for the influence during runtime of the internal combustion engine by corresponding change in the energization duration of the respective subsequent injection - ie the activation duration of the subsequent injection. The above-described, usual in the prior art approach is therefore basically in the determination of the aforementioned volume waves. The additional or reduced quantities determined in this way are stored in the aforementioned maps and compensated during runtime of a CR control program by appropriate deduction in a quantity path of the engine control system.

Dieser Algorithmus funktioniert allerdings nur bei vollständig linearen Mengenumrechnungs- oder Ansteuerdauerkennfeldern mit der notwendigen Präzision. Treten dagegen in den genannten Kennfeldern Nichtlinearitäten (beispielsweise Steigungsänderung oder dgl.) auf, so verursacht der verwendete Algorithmus systematische Fehler beider Druckwellenkompensation.However, this algorithm works only with completely linear quantity conversion or actuation duration maps with the necessary pre cision. On the other hand, if non-linearities (for example slope change or the like) occur in the characteristic maps mentioned above, the algorithm used causes systematic errors of both pressure wave compensation.

Um auch diese Nachteile zu beseitigen, schlägt die nicht vorveröffentlichte Anmeldung der Anmelderin mit dem Anmelderaktenzeichen DE 10 2004 014 367 vor, die genannte Druckwellenkompensation anstelle der genannten Mengenwellen auf der Basis von Ansteuerdauer-Wellen durchzuführen. Es wird mit anderen Worten die Ansteuerdauer in Kenntnis einer jeweiligen Ansteuerdauer-Welle so verändert, daß eine Wunscheinspritzmenge erreicht wird.In order to eliminate these disadvantages, proposes the not previously published application of the applicant with the applicant's file DE 10 2004 014 367 to perform said pressure wave compensation instead of said quantity waves on the basis of drive duration waves. In other words, the drive duration in the knowledge of a respective drive duration wave is changed such that a desired spray quantity is achieved.

Das Verfahren kommt insbesondere bei Injektoren zum Einsatz, bei denen die auf die Düsennadel wirkende Schließkraft über ein Servoventil übertragen wird. Bei solchen Injektoren kann die Düsennadel nur über den Schaltzustand des Servoventils beeinflußt werden, also quasi in digitaler Form lediglich geöffnet oder geschlossen werden. Eine Variation der auf die Düsennadel wirkenden Kraft ist dagegen nicht möglich. Bei Injektoren mit direkter Nadelsteuerung (CRI-PDN) wirkt der piezoelektrische Aktor unmittelbar oder übersetzt durch einen mechanischen oder hydraulischen Koppler auf die Düsennadel. Bei diesen Aktoren sind der Aktor und der Koppler von einem größeren, unter Raildruck stehenden Kraftstoffvolumen umgeben. Infolge dieses nennenswerten Volumens in diesem Bereich sind die Druckschwingungen, die sich als Folge der Einspritzung zwischen diesem Aktorraum und dem Rail ausbilden, von geringer Amplitude. Allerdings löst jede Einspritzung eine Druckschwingung am Düsensitz aus. Diese Schwingung weist zwar eine geringere Amplitude auf, als dies bei herkömmlichen, mittels eines Servoventils betätigten Injektoren der Fall ist, dafür ist aber die Schwingungsfrequenz vergleichsweise hoch. Dies hat zur Folge, daß im Anschluß an eine Einspritzung, z.B. an eine Voreinspritzung, auch die Druckdifferenz zwischen dem Druck am Nadelsitz, der die Düsennadelöffnungskraft bestimmt, und dem Druck im Koppler, beispielsweise in einem hydraulischen Koppler, der die Düsennadelschließkraft bestimmt, einer hochfrequenten Schwingung unterliegt. In 2 ist der Druck am Nadelsitz für die zur Düsenöffnung erforderliche Druckabsenkung im Koppler sowie die Ansteuerspannung und die zur Düsenöffnung erforderliche Spannungsabsenkung im Anschluß an eine Voreinspritzung eines solchen Aktors schematisch dargestellt. Bisher ist es, wie aus 2 ersichtlich, üblich, den Aktor in den Ansteuerpausen stets auf eine – gegebenenfalls raildruckabhängige – Spannung aufzuladen. Während der Ansteuerdauer wird die Spannung des piezoelektrischen Aktors demgegenüber abgesenkt. Hierdurch sinkt die Düsennadelschließkraft und sobald diese die Düsennadelöffnungskraft unterschreitet, beginnt die Düsennadel zu öffnen. Die vorbeschriebene Druckschwingung wirkt sich insbesondere bei dicht aufeinanderfolgenden Einspritzungen in erheblichem Maße auf die Einspritzmenge aus. Die bei konstanten Ansteuerdauern von zwei aufeinanderfolgenden Einspritzungen eingespritzte Menge Q der zweiten Einspritzung in Abhängigkeit vom zeitlichen Abstand tdiff der Einspritzungen schwankt hierdurch erheblich. Dabei treten infolge der hohen Frequenz der Druckschwingungen auch hohe Gradienten der eingespritzten Menge dQ/tdiff auf, wodurch die Genauigkeit der Druckwellenkompensation im Steuergerät erheblich beeinträchtigt wird.The method is used in particular for injectors in which the closing force acting on the nozzle needle is transmitted via a servo valve. In such injectors, the nozzle needle can be influenced only via the switching state of the servo valve, so quasi in digital form only open or closed. A variation of the force acting on the nozzle needle, however, is not possible. In injectors with direct needle control (CRI-PDN), the piezoelectric actuator acts directly or translated by a mechanical or hydraulic coupler on the nozzle needle. In these actuators, the actuator and the coupler are surrounded by a larger volume of fuel under rail pressure. As a result of this significant volume in this area, the pressure oscillations that form as a result of the injection between this actuator space and the rail, of low amplitude. However, each injection triggers a pressure oscillation at the nozzle seat. Although this vibration has a lower amplitude than is the case with conventional servo-operated injectors, the oscillation frequency is comparatively high. This has the consequence that, following an injection, for example, to a pilot injection, the pressure difference between the pressure at the needle seat, which determines the nozzle needle opening force, and the pressure in the coupler, for example in a hydraulic coupler that determines the nozzle needle closing force, a high-frequency Is subject to vibration. In 2 the pressure at the needle seat for the pressure reduction required in the coupler to the nozzle opening and the drive voltage and the voltage drop required for the nozzle opening following a pilot injection of such an actuator is shown schematically. So far, it's like out 2 It can be seen, customary, always to charge the actuator in the control pauses on a - optionally raildruckabhängige - voltage. During the control period, the voltage of the piezoelectric actuator is lowered in contrast. As a result, the nozzle needle closing force decreases and as soon as it falls below the nozzle needle opening force, the nozzle needle begins to open. The above-described pressure oscillation has a significant effect on the injection quantity, in particular in the case of closely spaced injections. The quantity Q of the second injection, injected at constant activation durations of two successive injections, as a function of the time interval t diff of the injections, thereby varies considerably. In this case, due to the high frequency of the pressure oscillations, high gradients of the injected quantity dQ / t diff also occur, as a result of which the accuracy of the pressure wave compensation in the control unit is considerably impaired.

Darüber hinaus wird die mechanische Schließkraft, mit der die Düsennadel in ihren Sitz gedrückt wird, im Anschluß an eine Einspritzung Oszillationen unterworfen, die zu einem erhöhten Verschleiß des Düsensitzes beim Betrieb des Injektors führen.Furthermore is the mechanical closing force, with the nozzle needle pressed into her seat will, following on an injection subjected to oscillations, which leads to increased wear of the nozzle seat during operation of the injector.

Vorteile der ErfindungAdvantages of invention

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß nicht nur unter den genannten Bedingungen eine verbesserte Druckwellenkompensation ermöglicht wird, sondern daß insbesondere auch die Schließkraft während einer Einspritzpause zwischen zwei Einspritzungen zeitlich konstant gehalten wird, so daß die genannten, bei der Oszillation der Düsennadel entstehenden Nachteile, insbesondere der Verschleiß des Ventilsitzes, vermieden werden.Of the Invention is therefore the object of a method and a Device of the type mentioned in such a way that not only under the conditions mentioned an improved pressure wave compensation is made possible but that particular also the closing force while an injection break between two injections constant over time is held so that the mentioned, resulting in the oscillation of the nozzle needle disadvantages especially the wear of the Valve seat, be avoided.

Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.The Task is solved by the characteristics of the independent Claims. Advantageous embodiments and developments are the subject of respective subclaims.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, bei Injektoren mit direkter Nadelsteuerung die mechanische Schließkraft der Düsennadel während der Einspritzpause dadurch zeitlich konstant zu halten, daß die durch den Aktor auf die Düsennadel ausgeübte Schließkraft in gleicher Weise moduliert wird, wie die durch den oszillierenden Druck am Düsensitz auf die Düsennadel wirkende Öffnungskraft. Eine solche Modulation der Schließkraft läßt sich in vorteilhafter Weise durch Modulation der Aktorspannung erreichen. Hierdurch wird die Wirkung der durch eine erste Einspritzung ausgelösten Druckwelle auf die nachfolgende, zweite Einspritzung nicht mehr nur – wie dies bei den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren der Fall ist – bei der Ansteuerung der zweiten Einspritzung berücksichtigt. Vielmehr wird die Wirkung dieser Druckschwingung auf die mechanische Schließkraft der Düsennadel bereits während der gesamten Einspritzpause eliminiert, so daß sich diese Druckschwingung erst gar nicht mehr signifikant auf die zweite, nachfolgende Einspritzung auswirkt. Eine Korrektur der Ansteuerdauer oder der Wunschmenge der zweiten Einspritzung, wie diese bei den vorbeschriebenen, aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren erfolgt, braucht hierdurch gar nicht mehr erst zu erfolgen.The invention is based on the idea to keep in injectors with direct needle control, the mechanical closing force of the nozzle needle temporally constant during the injection break, that the force exerted by the actuator on the nozzle needle closing force is modulated in the same manner as by the oscillating pressure on the nozzle seat opening force acting on the nozzle needle. Such a modulation of the closing force can be achieved in an advantageous manner by modulation of the actuator voltage. As a result, the effect of the pressure wave triggered by a first injection on the subsequent, second injection is no longer only taken into account - as is the case with the methods known from the prior art - during the activation of the second injection. Rather, the effect of this pressure oscillation on the mechanical closing force of the nozzle needle is already eliminated during the entire injection break, so that this pressure oscillation does not significantly affect the second, subsequent injection. A correction of the activation duration or the desired quantity of the second injection, as is the case with the previously described methods known from the prior art, does not need to be carried out at all.

Ein weiterer großer Vorteil besteht darin, daß die beschriebenen Oszillationen der mechanischen Schließkraft, mit der die Düsennadel in ihren Sitz gedrückt wird, im Anschluß an eine Einspritzung vermieden werden. Diese Oszillationen sind die Hauptursache für den Verschleiß des Düsensitzes beim Betrieb des Injektors.One another big one The advantage is that the described oscillations of the mechanical closing force, with the nozzle needle pressed into her seat will, following on an injection can be avoided. These oscillations are the Main cause for the wear of the nozzle seat during operation of the injector.

Bevorzugt wird die an dem im Aktor während einer Einspritzpause anliegende Spannung zeitlich wellenförmig verlaufend und an die Druckwellen angepaßt moduliert.Prefers is the at the in the actuator during a Injection interval applied voltage temporally undulating and adapted to the pressure waves modulated.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform, die insbesondere bei sogenannten "ziehenden" Aktoren angewandt wird, wird der Aktor dabei während der Einspritzpausen geladen und übt eine Schließkraft auf die Düsennadel aus. Zum Öffnen der Düsennadel wird der Aktor dann entladen und bleibt dann für die Dauer der Ansteuerung/Einspritzung entladen. In diesem Falle wird die während der Einspritzpause am Aktor anliegende Spannung um einen vorgebbaren Wert, insbesondere die am Aktor während der Einspritzpause anliegende Spannung, angepaßt an die Druckwellen moduliert. Dabei bedeutet "angepaßt an die Druckwellen" entsprechend der berechneten oder aus Meßgrößen gewonnenen Druckschwingungen am Düsensitz moduliert.at an advantageous embodiment, which is used in particular in so-called "pulling" actuators, is the actuator while the injections breaks and exercises a closing force the nozzle needle out. To open the nozzle needle is the actuator is then discharged and then remains for the duration of the control / injection discharged. In this case, the during the injection break at the actuator applied voltage by a predetermined value, in particular the at the actor during the injection break voltage applied, modulated adapted to the pressure waves. It means "adapted to the Pressure waves "accordingly the calculated or obtained from measured variables Pressure oscillations on the nozzle seat modulated.

Bei einer anderen, bei sogenannten "drückenden" Aktoren angewandten Ausgestaltung des Verfahrens, bei dem der Aktor während der Einspritzpausen entladen und während der Einspritzung geladen ist, wird die Aktorspannung um einen Defaultwert Null herum moduliert.at another, applied to so-called "oppressive" actuators Embodiment of the method in which the actuator during the Discharge injections and while the injection is loaded, the actuator voltage is zero by a default value modulated around.

Statt um den Wert Null herum kann die Spannung auch um eine vorgebbare positive Bias-Spannung herum moduliert werden. Ihr Wert wird so groß gewählt, daß der Momentanwert der Aktorspannung auch dann stets positiv bleibt, wenn die Aktorspannung um diesen Bias-Wert herum moduliert wird.Instead of around the value zero, the voltage can also be a predefinable positive bias voltage to be modulated around. Your value will be like this chosen large, that the instantaneous value the actuator voltage always remains positive when the actuator voltage modulated around this bias value.

Die Spannung, mit der der Aktor beaufschlagt wird, wird bevorzugt entsprechend der Druckschwingung am Düsennadelsitz moduliert. Hierzu wird die jeweils beispielsweise sensorisch erfaßte oder berechnete aktuelle Abweichung des Drucks am Düsennadelsitz vom Raildruck entweder mittels eines konstanten Faktors oder mittels einer nichtlinearen Kennlinie in eine jeweils aktuelle Abweichung des Ansteuerspannungssollwerts umgerechnet, welcher dann dem konstanten Vorgabewert für die Ansteuerspannung additiv aufgeschaltet wird.The Voltage with which the actuator is applied, is preferred accordingly the pressure oscillation at the nozzle needle seat modulated. For this purpose, the respectively example sensory detected or calculated actual deviation of the pressure at the nozzle needle seat from the rail pressure either by means of a constant factor or by means of a non-linear one Characteristic curve in a respective current deviation of the Ansteuerspannungssollwert converted, which then the constant default value for the drive voltage is added additive.

Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Steuerung eines hier betroffenen Einspritzsystems in der vorgenannten Weise, welche in der bevorzugten Ausbildung eine Schaltungseinheit zur Ermittlung eines wellenförmigen Verlaufs der in Abhängigkeit von den an der Düsennadel anliegenden Druckwellen korrigierten Ansteuerspannung aufweist.The The invention further relates to a device for controlling a here affected injection system in the aforementioned manner, which in the preferred embodiment, a circuit unit for determining a wavy one Course of dependence from the at the nozzle needle having applied pressure waves corrected drive voltage.

Zeichnungdrawing

Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele und unter Bezugnahme aus die Zeichnungen noch eingehender erläutert, aus denen weiteren Besonderheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung hervorgehen.The Invention will be described below with reference to preferred embodiments and with reference to the drawings explained in more detail, from those other features, features and advantages of the invention emerge.

Im einzelnen zeigen:in the single show:

1 eine schematische Darstellung eines zum Einsatz der vorliegenden Erfindung geeigneten im Stand der Technik bekannten Injektors mit direkter Nadelsteuerung; 1 a schematic representation of a suitable for use of the present invention known in the art injector with direct needle control;

2 den Druck am Nadelsitz, die zur Düsenöffnung erforderliche Druckabsenkung im Koppler, die Ansteuerspannung und die zur Düsenöffnung erforderliche Spannungsabsenkung im Anschluß an eine Einspritzung gemäß einem aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zur Ansteuerung eines piezoelektrischen Aktors eines Injektors mit direkter Düsennadelsteuerung; 2 the pressure at the needle seat, the pressure reduction in the coupler required for the nozzle opening, the drive voltage and the voltage drop required for the nozzle opening following injection according to a method known from the prior art for driving a piezoelectric actuator of an injector with direct nozzle needle control;

3 schematisch ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Ansteuerung eines piezoelektrischen Aktors mittels korrigierter Ansteuerspannungen und 3 schematically a block diagram of a device for driving a piezoelectric actuator by means of corrected drive voltages and

4 den Druck am Nadelsitz, die zur Düsenöffnung erforderliche Druckabsenkung im Koppler, die Ansteuerspannung und die zur Düsenöffnung erforderliche Spannungsabsenkung im Anschluß an eine Voreinspritzung gemäß dem von der Erfindung Gebrauch machenden Verfahren. 4 the pressure at the needle seat, the pressure reduction in the coupler required for the nozzle opening, the drive voltage and the voltage drop required for the nozzle opening following a pilot injection according to the method making use of the invention.

Beschreibung von AusführungsbeispielenDescription of exemplary embodiments

Die für das Verständnis der Erfindung erforderlichen Bauteile eines Injektors mit direkter Düsennadelsteuerung, wie er beispielsweise aus der nicht vorveröffentlichten Anmeldung der Anmelderin mit dem Aktenzeichen DE 10 2004 014 367 hervorgeht, auf die vorliegend diesbezüglich Bezug genommen wird, weist einen Düsenkörper 100 auf, in dem eine Düsennadel 110 entgegen der Rückstellkraft einer Feder 115 in Axialrichtung des Düsenkörpers 100 beweglich geführt ist.The required for understanding the invention components of an injector with direct nozzle needle control, as for example, from the not previously published application of the applicant with the file number DE 10 2004 014 367 which is incorporated herein by reference, has a nozzle body 100 on, in which a nozzle needle 110 against the restoring force of a spring 115 in the axial direction of the nozzle body 100 is movably guided.

Die Düsennadel 110 wird von einem piezoelektrischen Aktor 120 über einen hydraulischen Koppler direkt – das heißt ohne Zwischenschaltung eines Steuerventils, wie dies bei aus dem Stand der Technik bekannten Injektoren der Fall ist – betätigt. Der hydraulische Koppler weist einen aktorseitigen Übersetzerkolben 130 auf der über einen Spalt 135 auf die Düsennadel 110 wirkt.The nozzle needle 110 is powered by a piezoelectric actuator 120 via a hydraulic coupler directly - that is, without the interposition of a control valve, as is the case with known from the prior art injectors - actuated. The hydraulic coupler has an actuator-side booster piston 130 on the over a gap 135 on the nozzle needle 110 acts.

Die Düsennadel 110 ist von einem düsenseitigen Hochdruckraum 140 umgeben. Der Aktor 120 und der hydraulische Koppler 130 sind von einem aktorseitigen Hochdruckraum 150 umgeben, der mit unter Raildruck stehendem Kraftstoff gefüllt ist. Infolge des nennenswerten Volumens in diesem Bereich sind die Druckschwingungen, die sich infolge der Einspritzungen zwischen dem aktorseitigen Hochdruckraum 150 und dem Hochdruckspeicher (Rail) ausbilden, von geringer Amplitude. Jede Einspritzung löst eine Druckschwingung an einem Sitz 160 der Düsennadel 110 aus. Aufgrund dieser Schwingungen wird nicht nur die eingespritzte Kraftstoffmenge verfälscht, sie führt auch zu einem Verschleiß der Düsennadel 110 und des Düsensitzes 160, dadurch, daß die Düsennadel 110 in den Einspritzpausen mit einer pulsierenden Kraft beaufschlagt wird, die auf den Düsensitz 160 einwirkt, wodurch die Düsennadel 110 auf dem Düsensitz 160 gewissermaßen "vibriert".The nozzle needle 110 is from a nozzle-side high-pressure chamber 140 surround. The actor 120 and the hydraulic coupler 130 are from an actuator-side high pressure chamber 150 surrounded, which is filled with standing under rail pressure fuel. Due to the significant volume in this area, the pressure oscillations resulting from the injections between the actuator-side high-pressure chamber 150 and the high-pressure accumulator (rail) form, of low amplitude. Each injection triggers a pressure oscillation on a seat 160 the nozzle needle 110 out. Due to these vibrations not only the injected fuel quantity is falsified, it also leads to a wear of the nozzle needle 110 and the nozzle seat 160 , in that the nozzle needle 110 In the injection breaks with a pulsating force is applied to the nozzle seat 160 acting, causing the nozzle needle 110 on the nozzle seat 160 in a way "vibrates".

Um eine zeitlich konstante Düsennadelschließkraft im Anschluß an eine Einspritzung zu erreichen, wird nach dem Ende einer Ansteuerung die Aktorspannung entsprechend der Druckschwingung am Düsennadelsitz moduliert. Dies geschieht mit einer in 3 dargestellten Schaltungseinheit 310 dadurch, daß die jeweils aktuelle Abweichung des Drucks Δp am Düsennadelsitz pNadelsitz vom Raildruck pRail entweder mittels eines konstanten Faktors oder, wie in der 3 dargestellt, mittels einer nichtlinearen Kennlinie in die jeweils aktuelle Abweichung des Ansteuerpannungssollwerts ΔU umgerechnet wird, welcher dann dem konstanten Vorgabewert der Ansteuerspannung Usoll,a additiv aufgeschaltet wird, so daß sich eine neue Ansteuerspannung Usoll,n ergibt, mit der der piezoelektrische Aktor 120 schließlich beaufschlagt wird.In order to achieve a time-constant nozzle needle closing force following an injection, the actuator voltage is modulated according to the pressure oscillation at the nozzle needle seat after the end of a control. This happens with a in 3 illustrated circuit unit 310 in that the respectively current deviation of the pressure Δp at the nozzle needle seat p needle seat from the rail pressure p Rail is determined either by means of a constant factor or, as in US Pat 3 represented, by means of a non-linear characteristic in the respective current deviation of the drive voltage setpoint .DELTA.U is converted, which is then the constant default value of the drive voltage U soll, a additive is switched on, so that a new drive voltage U soll, n results, with the piezoelectric actuator 120 finally charged.

Damit wird erreicht, daß der Düsennadelschließkraft durch den Aktor 120 dieselbe Schwingung aufgeprägt wird, die auch auf die Düsennadelöffnungskraft durch die Druckschwingung am Nadelsitz 160 wirkt. Hierdurch bleibt die Differenz zwischen den beiden Kräften nach einer Einspritzung zeitlich konstant (vgl. die Verläufe des Drucks am Nadelsitz, die zur Düsenöffnung erforderliche Druckabsenkung im Koppler, die Ansteuerspannung und die zur Düsenöffnung erforderliche Spannungsabsenkung gemäß dem Stand der Technik in 2 und gemäß vorliegender Erfindung in 4).This ensures that the nozzle needle closing force by the actuator 120 the same vibration is applied, which also affects the nozzle needle opening force due to the pressure oscillation at the needle seat 160 acts. As a result, the difference between the two forces after an injection remains constant in time (cf., the curves of the pressure at the needle seat, the pressure reduction in the coupler required for the nozzle opening, the drive voltage and the voltage drop required for the nozzle opening according to the prior art 2 and according to the present invention in 4 ).

Die Modulation der Ansteuerspannung erfolgt üblicherweise auf der Basis von zuvor errechneten und im Steuergerät abgelegten Druckschwingungen, die gegebenenfalls noch rechnerisch in Echtzeit an gegenüber der ursprünglichen Berechnung veränderte Parameter angepaßt werden. Die Druckschwingung kann aber auch während des Betriebs des Fahrzeugs ständig sensorisch erfaßt werden und der jeweils aktuelle Istwert des Drucks kann dann als Maß für den aktuell erforderlichen Spannungsoffset dienen. Ein hierfür vorgesehener Sensor 190 ist in den Injektor, insbesondere die Düse, integriert. Er ist über Steuer-/Signalleitungen 192 mit der Schaltungseinheit 310 verbunden. Diese Art der Korrektur ist gegenüber einer "Off-Line"-Korrektur auf Basis abgelegter Kennlinien vorteilhaft.The modulation of the drive voltage is usually carried out on the basis of previously calculated and stored in the control unit pressure oscillations, which are optionally still mathematically adjusted in real time to the original calculation changed parameters. However, the pressure oscillation can also be sensed constantly during the operation of the vehicle and the respective current actual value of the pressure can then serve as a measure of the currently required voltage offset. A sensor provided for this purpose 190 is integrated into the injector, in particular the nozzle. He is over control / signal lines 192 with the circuit unit 310 connected. This type of correction is advantageous over "off-line" correction based on stored characteristics.

Auch ist eine Übertragung der vorliegenden Erfindung auf ladungsgesteuerte System denkbar. Dabei werden alle Spannungs-, Soll- und Istwerte durch Ladungs-, Soll- und Istwerte ersetzt.Also is a transmission of the present invention to charge controlled system conceivable. there All voltage, setpoint and actual values are determined by charge, and actual values replaced.

Claims (14)

Verfahren zur Steuerung eines Einspritzsystems einer Brennkraftmaschine, wobei eine Kraftstoffeinspritzung mittels wenigstens eines piezoelektrischen Aktors (120), der unmittelbar oder übersetzt auf eine Düsennadel (115) eines Injektors wirkt, erfolgt und wobei eine die Aktorbetätigung bestimmende Ansteuerspannung in Abhängigkeit von einer Druckwellenbeeinflussung der Kraftstoffeinspritzung korrigiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuerspannung des wenigstens einen Aktors (120) angepaßt an die an der Düsennadel (115) anliegenden Druckwellen zeitlich im wesentlichen wellenförmig moduliert wird.Method for controlling an injection system of an internal combustion engine, wherein a fuel injection by means of at least one piezoelectric actuator ( 120 ) directly or translated to a nozzle needle ( 115 ) of an injector is effected, and wherein a Aktorbetätigung-determining drive voltage is corrected in response to a pressure wave influencing the fuel injection, characterized in that the drive voltage of the at least one actuator ( 120 ) adapted to the at the nozzle needle ( 115 ) pressure waves is modulated in time substantially wave-shaped. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die an dem Aktor (120) während einer Einspritzpause anliegende Spannung zeitlich wellenförmig verlaufend und an die Druckwellen angepaßt moduliert wird.A method according to claim 1, characterized in that the at the actuator ( 120 ) voltage applied during an injection pause is time-wave-shaped and modulated adapted to the pressure waves. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die an dem Aktor (120) anliegende Spannung um einen vorgebbaren Wert herum modulier wird.Method according to claim 2, characterized in that that on the actuator ( 120 ) voltage is modulated around a predetermined value around. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgebbare Wert ein Default-Wert Null ist.Method according to claim 3, characterized that the specifiable value is a default value is zero. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgebbare Wert eine vorgebbare Bias-Spannung ist.Method according to claim 3, characterized that the predefinable value is a predeterminable bias voltage. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulation der Ansteuerspannung auf der Basis von sensorisch erfaßten oder errechneten und in einer Steuereinrichtung der Brennkraftmaschine abgelegten Druckschwingungen erfolgt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the modulation of the drive voltage on the basis of senso rically detected or calculated and stored in a control device of the internal combustion engine pressure oscillations takes place. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuerspannung rechnerisch in Echtzeit an gegenüber einer vorausgehenden Berechnung veränderte Parameter angepaßt wird.Method according to Claim 6, characterized that the Ansteuerspannung calculated in real time against a previous calculation changed Adapted parameters becomes. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuerspannung nach dem Ende einer Ansteuerung entsprechend den Druckschwingungen am Sitz der Düsennadel (115) moduliert wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the drive voltage after the end of a drive corresponding to the pressure oscillations at the seat of the nozzle needle ( 115 ) is modulated. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Abweichung des Drucks am Sitz der Düsennadel (115) vom Druck in einem Druckspeicher (Raildruck) mittels eines konstanten Faktors oder mittels einer nichtlinearen Kennlinie in eine jeweils aktuelle Abweichung eines Ansteuerspannungssollwerts umgerechnet wird, welche dann dem zu einem konstanten Vorgabewert der Ansteuerspannung hinzuaddiert wird.Method according to claim 8, characterized in that the deviation of the pressure at the seat of the nozzle needle ( 115 ) is converted by the pressure in a pressure accumulator (rail pressure) by means of a constant factor or by means of a non-linear characteristic into a respective current deviation of a Ansteuerspannungssollwerts, which is then added to a constant default value of the drive voltage. Vorrichtung zur Steuerung eines Einspritzsystems einer Brennkraftmaschine, wobei eine Kraftstoffeinspritzung mittels wenigstens eines piezoelektrischen Aktors (120), der unmittelbar oder übersetzt auf eine Düsennadel (115) eines Injektors wirkt, erfolgt und wobei eine die einzuspritzende Kraftstoffmenge bestimmende Ansteuerung in Abhängigkeit von einer Druckwellenbeeinflussung der Kraftstoffeinspritzung korrigiert wird, gekennzeichnet durch eine Schaltungseinheit (310) zur Ermittlung eines wellenförmigen Verlaufs der Ansteuerspannung in Abhängigkeit von den an der Düsennadel (115) anliegenden Druckwellen.Device for controlling an injection system of an internal combustion engine, wherein a fuel injection by means of at least one piezoelectric actuator ( 120 ) directly or translated to a nozzle needle ( 115 ) of an injector takes place, and wherein a fuel quantity determining the driving is corrected in response to a pressure wave influencing the fuel injection, characterized by a circuit unit ( 310 ) for determining a wave-shaped course of the drive voltage as a function of the at the nozzle needle ( 115 ) adjacent pressure waves. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungseinheit (310) Teil eines Steuergerätes der Brennkraftmaschine ist.Apparatus according to claim 10, characterized in that the circuit unit ( 310 ) Is part of a control unit of the internal combustion engine. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die korrigierte Ansteuerspannung durch die Schaltungseinheit (310) in Echtzeit an gegenüber vorausgehenden Berechnungen veränderte Parameter anpaßbar ist.Device according to Claim 10 or 11, characterized in that the corrected drive voltage is determined by the circuit unit ( 310 ) is adaptable in real time to parameters changed from previous calculations. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, gekennzeichnet durch Sensormittel (190) zur Erfassung der Druckschwingungen.Device according to one of claims 10 to 12, characterized by sensor means ( 190 ) for detecting the pressure oscillations. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine piezoelektrische Aktor (120) mechanisch oder hydraulisch übersetzt auf die Düsennadel wirkt.Method according to one of Claims 10 to 13, characterized in that the at least one piezoelectric actuator ( 120 ) mechanically or hydraulically translated acts on the nozzle needle.
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