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WO2004003365A1 - Verfahren, computerprogramm, steuer- und/oder regelgerät zum betreiben einer brennkraftmaschine - Google Patents

Verfahren, computerprogramm, steuer- und/oder regelgerät zum betreiben einer brennkraftmaschine Download PDF

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Publication number
WO2004003365A1
WO2004003365A1 PCT/DE2003/001762 DE0301762W WO2004003365A1 WO 2004003365 A1 WO2004003365 A1 WO 2004003365A1 DE 0301762 W DE0301762 W DE 0301762W WO 2004003365 A1 WO2004003365 A1 WO 2004003365A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
piezo actuator
buffer
potential difference
control
limit value
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.)
Ceased
Application number
PCT/DE2003/001762
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Johannes-Joerg Rueger
Udo Schulz
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
Priority to JP2004516465A priority Critical patent/JP2005531718A/ja
Priority to EP03740043A priority patent/EP1520092A1/de
Publication of WO2004003365A1 publication Critical patent/WO2004003365A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased 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
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/22—Safety or indicating devices for abnormal conditions
    • F02D41/221—Safety or indicating devices for abnormal conditions relating to the failure of actuators or electrically driven elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M59/00—Pumps specially adapted for fuel-injection and not provided for in groups F02M39/00 -F02M57/00, e.g. rotary cylinder-block type of pumps
    • F02M59/44—Details, components parts, or accessories not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M59/02 - F02M59/42; Pumps having transducers, e.g. to measure displacement of pump rack or piston
    • F02M59/46—Valves
    • F02M59/466—Electrically operated valves, e.g. using electromagnetic or piezoelectric operating means
    • F02M59/468—Electrically operated valves, e.g. using electromagnetic or piezoelectric operating means using piezoelectric operating means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M63/00—Other fuel-injection apparatus having pertinent characteristics not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00; Details, component parts, or accessories of fuel-injection apparatus, not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M39/00 - F02M61/00 or F02M67/00; Combination of fuel pump with other devices, e.g. lubricating oil pump
    • F02M63/0012—Valves
    • F02M63/0014—Valves characterised by the valve actuating means
    • F02M63/0015—Valves characterised by the valve actuating means electrical, e.g. using solenoid
    • F02M63/0026—Valves characterised by the valve actuating means electrical, e.g. using solenoid using piezoelectric or magnetostrictive actuators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M63/00—Other fuel-injection apparatus having pertinent characteristics not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00; Details, component parts, or accessories of fuel-injection apparatus, not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M39/00 - F02M61/00 or F02M67/00; Combination of fuel pump with other devices, e.g. lubricating oil pump
    • F02M63/02—Fuel-injection apparatus having several injectors fed by a common pumping element, or having several pumping elements feeding a common injector; Fuel-injection apparatus having provisions for cutting-out pumps, pumping elements, or injectors; Fuel-injection apparatus having provisions for variably interconnecting pumping elements and injectors alternatively
    • F02M63/0225—Fuel-injection apparatus having a common rail feeding several injectors ; Means for varying pressure in common rails; Pumps feeding common rails

Definitions

  • the invention initially relates to a method for operating an internal combustion engine, in which an amount of fuel entering a combustion chamber depends on the activation of a piezo actuator of an injection valve, the activation energy of which is provided 5 by a buffer store.
  • a fuel injection system of an internal combustion engine which comprises a piezo actuator 0. It controls the amount of fuel to be injected. This is done by charging and discharging the piezo actuator using a driver circuit. When loading, the piezo actuator expands and moves a valve element coupled to it. The piezo actuator shortens again when it is 5 discharged.
  • the energy for charging the piezo actuator is provided by a buffer capacitor. This is recharged from a direct current source. The energy flowing out of the piezo actuator when it is discharged is fed back into the buffer capacitor.
  • the object of the present invention is therefore to develop a method of the type mentioned at the outset so that safe and simple monitoring of the correct functioning of the injection system is possible.
  • this object is achieved in that, at least at times, the result of actuating the piezo actuator
  • Potential difference of the buffer memory is at least approximately determined and used for a comparison with at least one limit value.
  • the correct function of the fuel injection system can be monitored continuously and without additional effort. This is done by monitoring the control, i.e. the charging and discharging, of the piezo actuator.
  • the piezo actuator is a central part of the fuel injection system, because it ultimately adjusts the amount of fuel entering the combustion chamber. Its correct functioning is therefore of central importance for the entire fuel injection system.
  • the invention is based on the idea that the operation of the piezo actuator can be monitored very well in that the electrical energy, which is at a control is transmitted to the piezo actuator or is emitted by it.
  • the basis for this is that, unlike a magnetic actuator, for example, a piezo actuator is only actuated for the actual length change, whereas no electrical energy flows when the piezo actuator is stationary, usually electrical energy is supplied to the piezo actuator to increase its length and for one Shortening its length dissipates electrical energy stored in it again.
  • the electrical energy that is supplied to the piezo actuator for actuation is provided by a buffer store, and the electrical energy is returned to this buffer store when the piezo actuator is actuated accordingly, usually the buffer store is a buffer capacitor.
  • the buffer store is a buffer capacitor.
  • an electrical energy with which the buffer store is charged between the times of determining its potential is determined and taken into account when determining an electrical charge that is actually exchanged between the piezo actuator and the buffer store.
  • the buffer memory is fed by a DC / DC converter. This DC / DC converter may reload the buffer memory between measurements.
  • the electrical energy actually delivered to or returned from the piezo actuator can therefore be determined with even greater accuracy if, when determining the potential difference in the buffer store resulting from the control of the piezo actuator, the electrical energy that may have flowed from the DC / DC converter into the buffer store is taken into account.
  • the energy with which the buffer store is loaded be added to or subtracted from the potential difference and the result of the addition or subtraction is used for the comparison with the at least one limit value.
  • loading the buffer memory to be deactivated for determining the buffer memory. This is possible from time to time if the buffer memory has a sufficiently high capacity. In this case, for example, programming of a map can be dispensed with, and accurate results are nevertheless achieved.
  • the potential difference of the piezo actuator is equal to or greater than is a first limit value, an error entry corresponding to a short circuit is made and / or an action corresponding to a short circuit is initiated.
  • a current also flows via the respective short circuit path.
  • the buffer store or the piezo actuator therefore discharges more than in the normal case, and the difference between the detected potentials is then at least equal to or greater than the first limit value.
  • the invention is based on the fact that one
  • the invention also relates to a computer program which is suitable for carrying out the above method if it is running on a computer. It is particularly preferred if the computer program is stored on a memory, in particular on a flash memory.
  • the present invention also relates to a control and / or control device for operating an internal combustion engine. This is particularly preferred if it comprises a memory on which a computer program according to one of claims 8 or 9 is stored.
  • the present invention relates to an internal combustion engine, which comprises a control and / or regulating device of the above type.
  • Figure 1 is a schematic representation of a
  • FIG. 2 shows a partial section through one of the injection valves of FIG. 1;
  • FIG. 3 shows a structural diagram of a method for operating the fuel system from FIG. 1;
  • FIG. 4 shows a flow diagram corresponding to the structural diagram of FIG. 3.
  • Figure 5 shows a section through another embodiment -a fuel injector.
  • a fuel system as a whole carries that
  • Reference numeral 10 It comprises a fuel tank 12, from which an electric fuel pump 14 delivers the fuel to a high-pressure fuel pump 16. This feeds a fuel rail 18 ("rail"), in which the fuel is stored under high pressure.
  • a plurality of fuel injection valves 20 are connected to the fuel rail 18. They inject the fuel directly into combustion chambers 22 of an internal combustion engine (not shown further).
  • the fuel injection valves are controlled by a control and regulating device 24.
  • the fuel injection valve 20 comprises a housing 26 with a blind hole 28. At its upper end there is a piezo actuator 30 which is connected to a piston 32.
  • the piston 32 delimits a working space 34 of a hydraulic converter.
  • Part of the hydraulic converter is also a piston 36 which is connected to a spherical valve element 38.
  • the piston 36 has a smaller diameter than the piston 32 and is tightly guided in the housing.
  • the valve element 38 cooperates with an upper valve seat 40 in FIG. 2 and with a lower valve seat 42 in FIG. 2.
  • the valve seats 40 and 42 partially delimit a cavity 44 which is connected to a control chamber 46 via a throttle (without reference number). This is in turn connected via a throttle (without reference number) and a pressure line 47 to the fuel collecting line 18.
  • the control chamber 46 is delimited at the bottom in FIG. 2 by a valve needle 48.
  • a channel 50 connects the fuel collecting line 18 to a pressure chamber (not visible) present in the area of the lower end of the valve needle 48.
  • the fuel injection valve 20 operates as follows:
  • the piezo actuator 30 can be charged and discharged again via a device which will be explained in more detail below.
  • Piezo actuator 30 shorter than when loaded.
  • the state with the shorter longitudinal extension is subsequently referred to as "short" for the sake of simplicity, and the state with the maximum
  • valve element 38 When the piezo actuator 30 is in its short or long state, the valve element 38 is seated on the valve seat 40 or on the valve seat 42. In both cases, the hydraulic pressure transmitted from the fuel manifold 18 via the pressure line 47 into the control chamber 46 holds the valve needle 48 in their closed position. Therefore, fuel cannot leak from the fuel injection valve 20.
  • Valve element 38 neither on the valve seat 40 nor on the valve seat 42. This leads to a pressure drop in the control chamber 46 and ultimately to a pressure difference between the upper end and the lower end of the valve needle 48. As a result, the valve needle in FIG. 2 moves upwards and gives clear the way for the fuel from channel 50. Fuel can thus exit the fuel injection valve 20 into the corresponding combustion chamber 22.
  • the control of the piezo actuator 30 is carried out by an electronic circuit 52, some components of which are shown in FIG. 2.
  • a voltage source 54 provides a DC voltage which is converted in a DC / DC converter 56 in accordance with the respective requirements.
  • a capacitor 58 is charged with the electrical energy provided by the DC / DC converter 56. This acts as a buffer store for the electrical energy to be supplied to or removed from the piezo actuator 30.
  • the capacitor 58 can be connected to the capacitor 58 via a charging switch 60 and a discharge switch 62
  • Piezo actuator 30 are connected.
  • the electrical charge stored in the capacitor 58 is detected by a measuring circuit 64.
  • Discharge switch 62 both open, so there is no current flowing between the piezo actuator 30 and the buffer capacitor 58. In order to bring the piezo actuator 30 from its short state to the long state, it must be charged electrically. For this purpose, the charging switch 60 is closed.
  • Discharge switch 62 remains open. Current therefore flows from the buffer capacitor 58 to the piezo actuator 30. As soon as the piezo actuator 30 has reached the desired end position, the lacquer switch 60 remains open again.
  • the electrical charge present in the piezo actuator 30 must be discharged again.
  • the discharge switch 62 is closed when the charging switch 30 is open.
  • the electrical stored in the piezo actuator 30 Charge is returned to the capacitor 5c in this way.
  • the measuring circuit 64 determines the state of charge of the buffer capacitor 58 before activation (reference number 66) and after activation
  • control can be understood here to mean charging the piezo actuator 30 and correspondingly discharging the buffer store 58 or also discharging the piezo actuator 30 and correspondingly charging the buffer capacitor 58.
  • the difference between the measured values before and after the activation is formed in 70.
  • a correction value is added to the difference clU1 determined in 70.
  • This correction value is determined on the basis of a characteristic curve 74, into which the time between the two measurements (reference numerals 66 and 68) and the current which has flowed from the DC / DC converter to the buffer compensator 58 are fed in.
  • the potential difference dU2 resulting from block 72 thus corresponds to the energy which has actually flowed from the buffer capacitor 58 to the piezo actuator 30 or which has flowed back from the piezo actuator 30 to the buffer connector 58.
  • the characteristic map 74 takes into account that the buffer capacitor 58 is recharged by the DC / DC converter 56 in the time period which lies between the detection of the potential of the buffer capacitor 58 before activation and the potential after activation.
  • the potential difference dU2 is fed into a first comparator 76, in which the potential difference dü2 is compared with an upper threshold value. If the potential difference dU2 is above this upper threshold value, this means that more current has flowed in and out between the buffer capacitor 58 and the piezo actuator 30 than is to be expected in the normal case. This is an indication of a short circuit, because in this case a current flows in addition to the normal charging current via the corresponding short circuit path. A corresponding error entry or an action then takes place (for example, switching off the activation of individual cylinders or the entire system).
  • the corresponding block has the reference symbol 78 in FIG. 1.
  • the potential difference dU2 is also fed into a second comparator 80 and compared there with a lower threshold value. If the potential difference dU2 is smaller than the lower threshold value, this is an indication of a load drop. In this case, when the piezo actuator 30 is actuated, no current flows from the capacitor 58 to the piezo actuator 30 or back, so the voltage of the buffer capacitor 58 does not change, or at least does not change significantly. A corresponding error entry and a corresponding action then take place (block 82).
  • a further embodiment of an injection valve is shown in FIG. Elements and areas which have functions equivalent to elements of the injection valve shown in FIG. 2 have the same reference numerals and are not described again in detail.
  • valve element 38 In contrast to the injection valve of Figure 2, that of Figure 5 is not double, but single-switching. This means that the valve element 38 only bears against a valve seat 40 in one switching position. When it lifts off the valve seat 40, it blocks a bypass duct 84 fluidly located between a high-pressure region 47 and the cavity 44 (this state is shown in FIG. 5). The pressure in the cavity 44 and, via a throttle channel 86, also in the control chamber 46 thus decrease via a low-pressure channel 88, which leads to a corresponding opening movement of the valve needle 48.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

Eine Brennkraftmaschine arbeitet mit einem Kraftstoffsystem, bei dem eine in einen Brennraum gelangende Kraftstoffmenge von einer Ansteuerung eines Piezoaktors eines Einspritzventils abhängt. Die Ansteuerenergie (dU2) für den Piezoaktor wird von einem Pufferspeicher bereitgestellt. Um die Funktion der Ansteuerung überwachen zu können, wird vorgeschlagen, dass wenigstens zeitweise die sich bei einer Ansteuerung des Piezoaktors ergebende Potentialdifferenz (dU1, 70) des Pufferspeichers wenigstens in etwa ermittelt und für einen Vergleich mit mindestens einem Grenzwert verwendet wird (76, 80).

Description

VERFAHREN , COMPUTERPROGRAMM, STEUER- UND/ODER REGELGERAT ZUM BETREIBEN EINER BR ENNKRAFTMAS CHINE
0
5
Beschreibung
0 Die Erfindung betrifft zunächst ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, bei dem eine in einen Brennraum gelangende Kraftstoffmenge von einer Ansteuerung eines Piezoaktors eines Einspritzventils abhängt, dessen Ansteuerenergie von einem Pufferspeicher bereitgestellt 5 wird.
Ein solches Verfahren ist aus der EP 1 138 917 AI bekannt. In dieser wird ein Kraftstoff-Einspritzsystem einer Brennkraftmaschine beschrieben, welches einen Piezoaktor 0 umfasst. Mit ihm wird die Kraftstoffmenge, die eingespritzt werden soll, gesteuert. Dies geschieht dadurch, class der Piezoaktor mittels einer Treiberschaltung geladen und entladen wird. Durch das Laden dehnt sich der Piezoaktor aus und bewegt ein mit ihm gekoppeltes Ventilelement. Beim 5 Entladen verkürzt sich der Piezoaktor wieder. Die Energie zum Laden des Piezoaktors wird von einem Pufferkondensator bereitgestellt. Dieser wird von einer Gleichstromquelle nachgeladen. Die bei einer Entladung des Piezoaktors aus diesem abströmende Energie wird in den Pufferkondensator zurückgespeis .
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass eine sichere und einfache Überwachung der korrekten Funktion des Einspritzsystems möglich ist.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass wenigstens zeitweise die sich bei einer Ansteuerung des Piezoaktors ergebende
Potentialdifferenz des Pufferspeichers wenigstens in etwa ermittelt und für einen Vergleich mit mindestens einem Grenzwert verwendet wird.
Vorteile der Erfindung
Mit der vorliegenden Erfindung kann die korrekte Funktion des Kraftsto f-Einspritzsystems permanent und ohne Zusatzaufwand überwacht werden. Dies geschieht durch eine Überwachung der Ansteuerung, also des Ladens und Entladens, des Piezoaktors. Beim Piezoaktor handelt es sich um ein zentrales Teil des Kraftstoffeinspritzsystems, denn mit ihm wird letztlich die in den Brennraum gelangende Kraftstoffmenge eingestellt. Seine korrekte Funktion ist also für das gesamte Kraftstoffeinspritzsystem von zentraler Bedeutung.
Der Erfindung liegt dabei der Gedanke zugrunde, dass der Betrieb des Piezoaktors sehr gut dadurch überwacht werden kann, dass die elektrische Energie erfasst wird, welche bei einer Ansteuerung an den Piezoaktor übertragen bzw. von ihm abgegeben wird. Basis hierfür ist wiederum, dass e n Piezoaktor, anders als bspw. ein Magnetaktor, nur für die eigentliche Langenanderung angesteuert wird, wohingegen im stationären Zustand des Piezoaktors keine elektrische Energie fließt, üblicherweise wird dem Piezoaktor für eine Vergrößerung seiner Lange elektrische Energie zugeführt und f r eine Verkürzung seiner Lange eine m ihm gespeicherte elektrische Energie wieder abgef hrt.
Die elektrische Energie, die dem Piezoaktor zu einer Betätigung zugeführt wird, wird von einem Pufferspeicher bereitgestellt, und in diesen Pufferspeicher wird bei einer entsprechenden Betätigung des Piezoaktors die elektrische Energie wieder zurückgeführt, üblicherweise handelt es sich bei dem Pufferspeicher um einen Pufferkondensator. Indem die elektrische Ladung des Pufferspeichers vor und nach einer Ansteuerung des Piezoaktors erfasst wird, kann mit guter Genauigkeit die dem Piezoaktor tatsachlich zugefuhrte bzw. die von ihm tatsachlich abgeführte elektrische Energie bestimmt werden. Die ermittelte elektrische Energie wird dann mit einem Soll- bzw. Grenzwert verglichen. Auf diese Weise ist eine Bewertung der Funktionsfahigkeit des Piezoaktors schnell und einfach und wahrend des Betriebs des Kraftstoffeinspritzsystems möglich.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteranspruchen angegeben.
In einer ersten Weiterbildung heißt es, dass eine elektrische Energie, mit der der Pufferspeicher zwischen den Zeitpunkten der Ermittlung seines Potentials geladen wird, bestimmt und bei der Ermittlung einer tatsächlich zwischen Piezoaktor und Pufferspeicher ausgetauschten elektrischen Ladung berücksichtigt wird. Im Allgemeinen wird der Pufferspeicher von einem DC/DC-Wandler gespeist. Dieser DC/DC-Wandler lädt den Pufferspeicher in der Zeit zwischen den Messungen ggf. nach. Die tatsächlich an den Piezoaktor abgegebene oder von diesem zurückgeflossene elektrische Energie kann daher mit noch höherer Genauigkeit ermittelt werden, wenn bei der Ermittlung der aus der Ansteuerung des Piezoaktors resultierenden Potentialdifferenz des Pufferspeichers die ggf. vom DC/DC- Wandler in den Pufferspeicher geflossene elektrische Energie berücksichtigt wird.
In konkreter Ausgestaltung wird hierzu vorgeschlagen, dass die Energie, mit der der Pufferspeicher geladen wird, zu der Potentialdifferenz addiert bzw. von ihr subtrahiert und das Adclitionsergebnis bzw. das Subtraktionsergebnis für den Vergleich mit dem mindestens einen Grenzwert verwendet wird.
Programmiertechnisch einfach zu realisieren ist ein Verfahren, bei dem die Energie, mit der der Pufferspeicher geladen wird, anhand eines Kennfelds abgeschätzt wird, in welches ein Speisestrom und eine Zeitdauer zwischen den zwei Ermittlungen des Potentials des Pufferspeichers eingespeist wird.
Alternativ hierzu ist es auch möglich, dass ein Laden des Pufferspeichers für die Bestimmung des Pufferspeichers deaktiviert wird. Dies ist von Zeit von Zeit möglich, wenn der Pufferspeicher eine ausreichend hohe Kapazität aufweist. In diesem Fall kann bspw. auf die Programmierung eines Kennfeldes verzichtet werden, und es werden dennoch genaue Ergebnisse erzielt.
Besonders bevorzugt ist es, wenn dann, wenn die Potentialdifferenz des Piezoaktors gleich wie oder größer als ein erster Grenzwert ist, ein einem Kurzschluss entsprechender Fehlereintrag erfolgt und/oder eine einem Kurzschluss entsprechende Aktion eingeleitet wird. Dem liegt der Gedanke zugrunde, dass bei einem Kurzschluss zusätzlich zum Lade- oder Entlaclestrom noch ein Strom über den jeweiligen Kurzschlusspfad fließt. Daher entlädt sich der Pufferspeicher bzw. der Piezoaktor stärker als im Normalfall, und die Differenz der erfassten Potentiale ist dann mindestens gleich oder größer als der erste Grenzwert. Mit diesem Verfahren kann also nicht nur eine Fehlfunktion an sich erkannt, sondern die Fehlfunktion auch qualifiziert werden.
In Weiterbildung hierzu wird vorgeschlagen, dass dann, wenn die Potentialdifferenz des Piezoaktors gleich wie oder kleiner als der erste Grenzwert und gleich wie oder kleiner als ein zweiter Grenzwert ist, ein einem Lastabfall entsprechender Fehlereintrag erfolgt und/oder eine einem Lastabfall entsprechende Aktion eingeleitet wird. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist also die Unterscheidung zwischen unterschiedlichen Fehlerursachen möglich, was erhebliche Vorteile im Hinblick auf die im Fehlerfalle zu treffenden Maßnahmen hat.
Die Erfindung geht dabei davon aus, dass bei einem
Lastabfall bei einer Ansteuerung des Piezoaktors letztlich kein Strom fließt, so dass sich die Spannung des Pufferspeichers nicht oder zumindest nicht wesentlich verändert. Die Differenz zwischen den beiden erfassten Potentialen des Pufferspeichers (vor bzw. nach einer
Ansteuerung des Piezoaktors) liegt damit unterhalb dieses Grenzwerts .
Die Erfindung betrifft auch ein Computerprogramm, welches zur Durchführung des obigen Verfahrens geeignet ist, wenn es auf einem Computer ausgeführt wird. Dabei wird besonders bevorzugt, wenn das Computerprogramm auf einem Speicher, insbesondere auf einem Flash-Memory abgespeichert ist.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Stεuer- und/ocler Regelgerät zum Betreiben einer Brennkraftmaschine. Bei diesem wird besonders bevorzugt, wenn es einen Speicher umfasst, auf dem ein Computerprogramm nach einem der Ansprüche 8 oder 9 abgespeichert ist.
Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung eine Brennkraftmaschine, welche ein Steuer- und/oder Regelgerät der obigen Art umfasst.
Zeichnung
Nachfolgend wird ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung im Detail erläutert. In der Zeichnung zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines
Kraftstoffsystems mit mehreren nach einer ersten Ausführungsart ausgebildeten Einsprit z-Ventilen;
Figur 2 einen Teilschnitt durch eines der Einspritzventile von Fig. 1 ;
Figur 3 ein Strukturbild eines Verfahrens zum Betreiben des KraftstoffSystems von Fig. 1;
Figur 4 ein dem Strukturbild von Fig. 3 entsprechendes Flussdiagramm; und
Figur 5 einen Schnitt durch eine andere Ausführungsart -eines Einspritzventils.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In Fig. 1 trägt ein KraftstoffSystem insgesamt das
Bezugszeichen 10. Es umfasst einen Kraftstoffbehälter 12, aus dem eine elektrische Kraftstoffpumpe 14 den Kraftstoff zu einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe 16 fördert. Diese speist eine Kraftstoff-Sammelleitung 18 ("Rail"), in der der Kraftstoff unter hohem Druck gespeichert ist.
An die Kraftstoff-Sammelleitung 18 sind mehrere Kraftstoff- Einspritzventile 20 angeschlossen. Sie spritzen den Kraftstoff direkt in Brennräume 22 einer Brennkraftmaschine (weiter nicht dargestellt) ein. Die Kraftstoff- Einspritzventile werden von einem Steuer- und Regelgerät 24 angesteuert .
Der Aufbau eines Kraftstoff-Einspritzventils 20 ist in Fig. 2 dargestellt. Danach umfasst das Kraftstoff- Einspritzventil 20 ein Gehäuse 26 mit einer Sackloch- Stufenbohrung 28. An deren oberem Ende ist ein Piezoaktor 30 angeordnet, der mit einem Kolben 32 verbunden ist. Der Kolben 32 begrenzt einen Arbeitsraum 34 eines hydraulischen Umsetzers. Teil des hydraulischen Umsetzers ist auch ein Kolben 36, der mit einem kugelförmigen Ventilelement 38 verbunden ist. Der Kolben 36 hat einen kleineren Durchmesser als der Kolben 32 und ist im Gehäuse dicht geführt .
Das Ventilelement 38 arbeitet mit einem in Fig. 2 oberen Ventilsitz 40 und mit einem in Fig. 2 unteren Ventilsitz 42 zusammen. Die Ventilsitze 40 und 42 begrenzen bereichsweise einen Hohlraum 44, der über eine Drossel (ohne Bezugszeichen) mit einem Steuerraum 46 verbunden ist. Dieser ist wiederum über eine Drossel (ohne Bezugszeichen) und eine Druckleitung 47 mit der Kraftstoff-Sammelleitung 18 verbunden. Der Steuerraum 46 wird in Figur 2 nach unten hin von einer Ventilnadel 48 begrenzt. Ein Kanal 50 verbindet die Kraftstoff-Sammelleitung 18 mit einem im Bereich des unteren Endes der Ventilnadel 48 vorhandenen Druckraum (nicht sichtbar) .
Das Kraftstoff-Einspritzventil 20 arbeitet folgendermaßen: Über eine weiter unten noch näher erläuterte Einrichtung kann der Piezoaktor 30 geladen und wieder entladen werden.
Im entladenen Zustand ist die Längserstreckung des
Piezoaktors 30 kürzer als im geladenen Zustand. Der Zustand mit der kürzeren Längserstreckung wird nachfolgend der Einfachheit halber als "kurz ", der Zustand mit maximaler
Längserstreckung nachfolgend der Einfachheit halber als
"lang" bezeichnet.
Wenn sich der Piezoaktor 30 in seinem kurzen oder langen Zustand befindet, sitzt das Ventilelement 38 am Ventilsitz 40 bzw. am Ventilsitz 42. In beiden Fällen hält der von der Kraftstoff-Sammelleitung 18 über die Druckleitung 47 in den Steuerraum 46 übertragene hydraulische Druck die Ventilnadel 48 in ihrer geschlossenen Position. Daher kann kein Kraftstoff aus dem Kraftstoff-Einspritzventil 20 austreten .
Wenn jedoch der Piezoaktor 30 angesteuert wird, so dass er sich entweder aus seiner kurzen in die lange oder aus der langen in die kurze Position bewegt, liegt das
Ventilelement 38 weder am Ventilsitz 40 noch am Ventilsitz 42 an. Dies führt zu einem Druckabfall im Steuerraum 46 und letztlich zu einer Druckdifferenz zwischen dem oberen Ende und dem unteren Ende der Ventilnadel 48. In der Folge bewegt sich die Ventilnadel in Fig. 2 nach oben und gibt den Weg für den Kraftstoff aus dem Kanal 50 frei. Kraftstoff kann somit aus dem Kraftstoff-Ξinspπtzventil 20 in den entsprechenden Brennraum 22 austreten.
Die Ansteuerung αes Piezoaktors 30 erfolgt durch eine elektronische Schaltung 52, von der einige Komponenten m Fig. 2 dargestellt sind. Eine Spannungsquelle 54 stellt eine Gleichspannung zur Verfugung, welche in einem DC/DC- Wandler 56 den jeweiligen Erfordernissen entsprechend umgewandelt wird. Mit der vom DC/DC-Wandler 56 bereitgestellten elektrischen Energie wird ein Kondensator 58 geladen. Dieser wirkt als Pufferspeicher für die dem Piezoaktor 30 zuzuführende bzw. von ihm abzuführende elektrische Energie, über einen Ladeschalter 60 und einen Entladeschalter 62 kann der Kondensator 58 mit dem
Piezoaktor 30 verbunden werden. Die im Kondensator 58 gespeicherte elektrische Ladung wird von einer Messschaltung 64 erfasst.
Im Ruhezustand sind der Ladeschalter 60 und der
Entladeschalter 62 beide geöffnet, es fließt also kein Strom zwischen Piezoaktor 30 und Pufferkondensator 58. Um den Piezoaktor 30 von seinem kurzen Zustand in den langen Zustand zu bringen, muss er elektrisch geladen werden. Hierzu wird der Ladeschalter 60 geschlossen. Der
Entladeschalter 62 bleibt geöffnet. Somit fließt Strom vom Pufferkondensator 58 zum Piezoaktor 30. Sobald der Piezoaktor 30 die gewünschte Endlage erreicht hat, bleibt der Lacleschalter 60 wieder geöffnet.
Um den Piezoaktor 30 von der langen in die kurze Position zu bringen, muss die m Piezoaktor 30 vorhandene elektrische Ladung wieder abgeführt werden. Hierzu wird, bei geöffnetem Ladeschalter 30, der Entladeschalter 62 geschlossen. Die im Piezoaktor 30 gespeicherte elektrische Ladung wird auf diese Weise in den Kondensator 5c zurückgeführt .
Es versteht sich, dass der Ladeschalter und der Entladeschalter 62 während einer Betätigung üblicherweise nicht ständig geschlossen sind, sondern nur kurzzeitig geschlossen und dann wieder geöffnet werden, wobei dann der Ladezustand des Piezoaktors 30 erfasst und ggf. der Ladeschalter 60 bzw. der Entladeschalter 62 nochmals kurzzeitig geschlossen wird. Dieser Vorgang wird so lange wiederholt, bis der Piezoaktor 30 die gewünschte Ladung aufgenommen bzw. die Ladung wieder abgegeben hat. Die Details hierzu sind in der EP 1 138 917 AI beschrieben, auf die hiermit ausdrücklich Bezug genommen wird.
Um die Ansteuerung des Piezoaktors 30 überwachen zu können, wird entsprechend dem in den Fig. 3 und 4 dargestellten Verfahren vorgegangen: Von der Messschaltung 64 wird der Ladezustand des Pufferkondensators 58 vor einer Ansteuerung (Bezugszeichen 66) und nach einer Ansteuerung
(Bezugszeichen 68) erfasst. Unter dem Begriff "Ansteuerung" kann hierbei ein Laden des Piezoaktors 30 und ein entsprechendes Entladen des Pufferspeichers 58 oder auch ein Entladen des Piezoaktors 30 und ein entsprechendes Laden des Pufterkondensators 58 verstanden werden. In 70 wird die Differenz dül zwischen den Messwerten vor und nach der Ansteuerung gebildet.
In 72 wird ein Korrekturwert zu der in 70 bestimmten Differenz clUl hinzu addiert. Dieser Korrekturwert v/ird anhand eines Kennfelcls 74 bestimmt, in welches einerseits die Zeit zwischen den beiden Messungen (Bezugszeichen 66 und 68) und andererseits der vom DC/DC-Wandler zum Pufferkonclensator 58 abgeflossene Strom eingespeist wird. Die sich aus dem Block 72 ergebende Potentialdifferenz dU2 entspricht somit der tatsachlich vom Pufferkondensator 58 zum Piezoaktor 30 abgeflossenen bzw. vom Piezoaktor 30 zum Pufferkonclensator 58 zurückgeflossenen Energie. Durch das Kennfeld 74 wird nämlich berücksichtigt, dass in dem Zeitraum, welcher zwischen der Erfassung des Potentials des Pufferkondensators 58 vor einer Ansteuerung und des Potentials nach einer Ansteuerung liegt, der Pufferkondensator 58 von dem DC/DC-Wandler 56 nachgeladen wird.
Die Potentialdifferenz dU2 wird in einen ersten Komparator 76 eingespeist, in dem die Potentialdifferenz dü2 mit einem oberen Schwellenwert verglichen wird. Liegt die Potentialdifferenz dU2 oberhalb dieses oberen Schwellenwerts, bedeutet dies, dass mehr Strom zwischen dem Pufferkondensator 58 und dem Piezoaktor 30 hin- bzw. hergeflossen ist als im Mormalfall zu erwarten ist. Dies ist ein Indiz für einen Kurzschluss, da in diesem Fall zusatzlich zum normalen Ladestrom noch ein Strom über den entsprechenden Kurzschlusspfad fließt. Es erfolgt dann ein entsprechender Fehlereintrag bzw. eine Aktion (bspw. eine Abschaltung der Ansteuerung einzelner Zylinder oder des gesamten Systems). Der entsprechende Block tragt in Fig. 1 das Bezugszeichen 78.
Die Potentialdifferenz dU2 wird auch in einen zweiten Komparator 80 eingespeist und dort mit einem unteren Schwellenwert verglichen. Ist die Potentialdifferenz dU2 kleiner als der untere Schwellenwert, ist dies ein Indiz für einen Lastabfall. In diesem Fall fließt nämlich bei der Ansteuerung des Piezoaktors 30 kein Strom vom Kondensator 58 zum Piezoaktor 30 bzw. zurück, die Spannung des Pufferkondensators 58 ändert sich also nicht oder zumindest nicht wesentlich. Es erfolgt dann ein entsprechender Fehlereintrag und eine entsprechende Aktion (Block 82). In Figur 5 ist eine weitere Ausführungsart eines Einspritzventils dargestellt. Dabei tragen solche Elemente und Bereiche, welche äquivalente Funktionen zu Elementen des in Figur 2 dargestellten Einspritzventils haben, die gleichen Bezugszeichen und sind nicht nochmals im Detail beschreiben .
Im Gegensatz zu dem Einspritzventil von Figur 2 ist jenes von Figur 5 nicht doppelt, sondern einfach schaltend. Dies heißt, dass die das Ventilelement 38 nur in einer Schaltstellung an einem Ventilsitz 40 anliegt. Wenn es von dem Ventilsitz 40 abhebt, blockiert es einen fluidisch zwischen einem Hochdruckbereich 47 und dem Hohlraum 44 liegende Bypasskanal 84 (dieser Zustand ist in Figur 5 dargestellt) . Somit sinkt über einen Niederclruckkanal 88 der Druck im Hohlraum 44 und, über einen Drosselkanal 86, auch im Steuerraum 46, was zu einer entsprechenden Öffnungsbewegung der Ventilnadel 48 führt.
Wenn das Ventilelement 38 wieder in Anlage an den Ventilsitz 40 kommt, wird die Verbindung des Hohlraums 44 mit dem Niederdruckbereich 88 wieder unterbrochen, und die Bypassleitung 84 wird wieder freigegeben. Hierdurch steigt der Druck im Hohlraum 44 wieder auf Hochdruckniveau (Bereich 47) . Die Befüllung des Steuerraums 46 auf Hochdruckniveau erfolgt vergleichsweise zügig einerseits durch den Drosselkanal 86 zwischen Hohlraum 44 und Steuerraum 46 und andererseits durch einen fluidisch zwischen Hochdruckbereich 47 und Steuerraum 46 angeordneten Drosselkanal 90.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, bei dem eine in einen Brennraum (22) gelangende Kraftstoffmenge von einer Ansteuerung (67) eines Piezoaktors (30) eines Einspritzventils (20) abhängt, dessen Ansteuerenergie (dU2) von einem Pufferspeicher (58) bereitgestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zeitweise die sich bei einer Ansteuerung (67) des Piezoaktors (30) ergebende Potentialdifferenz (clül) des Pufferspeichers (58) wenigstens in etwa ermittelt (70, 72) und für einen Vergleich mit mindestens einem Grenzwert verwendet wird (76, 80) .
2. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektrische Energie, mit der der Pufferspeicher (58) zwischen den Zeitpunkten der Ermittlung seines Potentials geladen wird, bestimmt und bei der Ermittlung einer tatsächlich zwischen Piezoaktor (30) und Pufferspeicher (58) ausgetauschten Ladung (dU2) berücksichtigt wird (72).
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Energie, mit der der Pufferspeicher (58) geladen wird, zu der erfassten Potentialdifferenz (clül) addiert bzw. von ihr subtrahiert (72) und das Additionsergebnis (dU2) bzw. das Subtraktionsergebnis für den Vergleich (76, 80) mit dem mindestens einen Grenzwert verwendet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Energie, mit der der
Pufferspeicher (58) geladen wird, anhand eines Kεnnfelds (74) abgeschätzt wird, in welches ein Speisestrom und eine Zeitdauer zwischen den zwei Ermittlungen des Potentials des Pufferspeichers (58) eingespeist wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Laden des Pufferspeichers für die Bestimmung der Potentialdifferenz des Pufferspeichers deaktiviert wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn die Potentialdifferenz (dU2) des Piezoaktors (30) gleich v/ie oder großer als ein erster Grenzwert ist, ein einem Kurzschluss entsprechender Fehlereintrag erfolgt und/oder eine entsprechende Aktion eingeleitet wird (78).
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn die Potentialdifferenz (dU2) des
Piezoaktors (30) gleich wie oder kleiner als der erste Grenzwert und gleich wie oder kleiner als ein zweiter Grenzwert ist, ein einem Lastabfall entsprechender Fehlereintrag erfolgt und/oder eine entsprechende Aktion eingeleitet wird (82).
8. Computerprogramm, dadurch gekennzeichnet, dass es zur Durchfuhrung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche geeignet ist, wenn es auf einem Computer ausgeführt wird.
9. Computerprogramm nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass es auf einem Speicher, insbesondere auf einem Flash-Memory, abgespeichert ist.
10. Steuer- und/oder Regelgerät (24) zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass es einen
Speicher umfasst, auf dem ein Computerprogramm nach einem der Ansprüche 8 oder 9 abgespeichert ist.
11. Brennkraftmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Steuer- und/oder Regelgerät (24) nach Anspruch 10 umfasst.
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