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WO2005052355A1 - Einspritzanlage und einspritzverfahren für eine brennkraftmaschine - Google Patents

Einspritzanlage und einspritzverfahren für eine brennkraftmaschine Download PDF

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WO2005052355A1
WO2005052355A1 PCT/EP2004/052775 EP2004052775W WO2005052355A1 WO 2005052355 A1 WO2005052355 A1 WO 2005052355A1 EP 2004052775 W EP2004052775 W EP 2004052775W WO 2005052355 A1 WO2005052355 A1 WO 2005052355A1
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WO
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injection
fuel
pressure
valve
servo
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/EP2004/052775
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English (en)
French (fr)
Inventor
Richard Lang
Gerald Plank
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.)
Siemens AG
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
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 Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Priority to JP2006540426A priority Critical patent/JP4404906B2/ja
Priority to EP04819234A priority patent/EP1687523B1/de
Priority to DE502004008927T priority patent/DE502004008927D1/de
Priority to US10/596,001 priority patent/US7318417B2/en
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Ceased legal-status Critical Current

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    • F02M63/0026—Valves characterised by the valve actuating means electrical, e.g. using solenoid using piezoelectric or magnetostrictive actuators

Definitions

  • the present invention relates to an injection system and a method for operating an injection system for an internal combustion engine according to the preamble of claim 1 and claim 7.
  • Such an injection system and such an injection method are known for example from DE 100 15 740 AI.
  • a Injektora ⁇ UTHORISATION at least one servo injection valve, which is actuated by means of a piezoelectric actuator to cause an injection passage for initiating an injection process by pressure reduction in a control chamber a movement of a servo-valve-nozzle body (nozzle needle) in the direction of an opening between a nozzle chamber of the servo injection valve and a combustion chamber of the internal combustion engine in question is provided.
  • a major advantage of using a servo injector actuated by means of a piezoelectric actuator is that with a comparatively small stroke of the piezoelectric actuator, an independent, usually much larger stroke of the nozzle body can be achieved (stroke ratio).
  • stroke ratio an independent, usually much larger stroke of the nozzle body can be achieved (stroke ratio).
  • the movement of the nozzle body for opening and closing the injection passage is driven by the pressure of the fuel, which is already available in the area of the injection valve under comparatively high pressure for the purposes of injection into the combustion chamber.
  • a piezoelectric actuator generally has a stack of piezo elements lying one on top of the other, which changes its length rapidly when an electrical voltage is applied, to an extent dependent on the voltage, among other things.
  • a wide variety of suitable piezoelectric ceramics are known, for example as lead zirconate titanate ceramics, and are particularly interesting for use with injection valves because of their high rate of change and their high piezo forces.
  • the length of the piezoelectric actuator does not only depend on the applied voltage, but is also subject, for example, to manufacturing tolerances and a dependency on the temperature of the actuator, a more or less large gap in the path of action becomes in the design of a servo injector actuated by a piezoelectric actuator Actuator provided for a control valve body, which serves as a tolerance range for undesirable deviations and / or changes in the actuator length.
  • This so-called tolerance gap in the piezo-actuated injection valve should on the one hand be dimensioned as small as possible in order to maximize the usable stroke of the actuator and on the other hand should be dimensioned as large as possible in order to avoid any change in the length of the valve caused by operation in as many operating states as possible piezoelectric actuator exceeds the tolerance gap and thus already actuates the control valve without actuating the actuator.
  • the tolerance gap can hardly be dimensioned "optimally" in practice.
  • the tolerance gap can be exceeded due to an increase in the temperature of the actuator and the fuel that is led from the pressure accumulator via a pressure line to the control chamber can be released further via the control valve into the practically unpressurized leakage line (compared to the fuel system pressure in the pressure accumulator), the result is yet another problem.
  • the internal combustion engine is to be started in the "hot state", e.g. B. after a preceding prolonged operation with a subsequent shutdown of the internal combustion engine, so the release of fuel from the control space into the leakage line of the pressure build-up in the pressure accumulator can be considerably more difficult due to or deferrers ⁇ be siege.
  • the build-up of a certain minimum system pressure which is typically a few 100 bar, is necessary in order to realize an injection from the nozzle chamber into the combustion chamber at all.
  • a method and an arrangement for presetting and dynamic tracking of piezoelectric actuators is known, in which a DC voltage is supplied to the piezo actuator for this purpose, which is optionally superimposed on a pulsed control voltage. This DC voltage component then determines a new rest position of the actuator and can thus be used to adjust the idle stroke and to adjust the idle stroke during operation.
  • a piezo control valve which consists of a piezo actuator arranged in a housing and a valve.
  • a hydraulic lash adjuster within the control valve automatically compensates for possible changes in length of the reference system, so that the same stroke on the valve is always guaranteed with the same working stroke of the piezo actuator.
  • the leakage line in the injection system is provided with a controllable valve which, in a controlled state, inhibits the fuel flow in the leakage line or that the fuel injection flow is selectively inhibited in the leakage line. If the tolerance gap is exceeded by one of the actual piezo— Control independent change in length of the actuator, hereinafter also referred to briefly as “actuator overhang”, can be mitigated or even eliminated the negative effects of this situation in a relatively simple manner by the fuel flow inhibition. If there is an actuator overhang and the
  • Actuation of the actuator in the direction of an opening of the injection passage, which is particularly important in the operation of the internal combustion engine.
  • the problem of hot starting of the internal combustion engine due to the delayed system pressure build-up can be eliminated, since the pressure increase in the leakage line considerably accelerates the pressure build-up in the pressure accumulator.
  • Another advantage of the solution according to the invention is that it can also be easily implemented as part of a retrofit, since essentially only a modification of the leakage line arrangement, e.g. B. by installing a further, controllable valve, as well as a comparatively simple modification or addition to the engine control electronics is required, in which in practice already existing sensor systems can be advantageously used to detect operating states of the internal combustion engine and / or the injection system.
  • the measures according to the invention can be used in combination with the measures already implemented, such as. B. with the above-mentioned active electrical adjustment or tracking of the actuator idle stroke ("active piezo contraction") or cooling the internal combustion engine.
  • the injector arrangement comprises a plurality of servo injection valves which are connected via the pressure line arrangement to the pressure accumulator which is shared for this plurality of servo injection valves.
  • Such injection systems are known per se as so-called accumulator injection systems, which generally work with very high injection pressures (for example in the range from a few 100 bar to about 1,600 bar).
  • Such systems are known as common rail systems (for diesel engines) and HPDI injection systems (for gasoline engines).
  • each of the plurality of leakage lines could be provided with its own controllable valve for fuel flow inhibition.
  • fuel flow inhibition in the leakage line hardly impairs the proper operation of a servo injector connected to it, in which there is no actuator protrusion, one can Simplification in that the leakage lines of this plurality of servo injectors are brought together and the fuel flow is provided in the merged leakage line part, that is, for. B. the controllable valve is only arranged in this merged leakage line part.
  • a simple actuation of the control valve results when the piezoelectric actuator acts on a valve body of the control valve via a plunger, wherein the tolerance gap can be provided between the actuator and the plunger or between the plunger and the valve body.
  • the effect of the fuel flow inhibition in the leakage line can be provided to be particularly great by blocking the fuel flow when the controllable valve is activated, i. H. is completely inhibited.
  • the injection system further comprises an electronic injection control unit for operating the injector arrangement and for controlling the controllable valve.
  • an electronic injection control unit for operating the injector arrangement and for controlling the controllable valve.
  • the functions of the actual injection control and the control of the controllable valve for fuel flow inhibition are advantageously combined.
  • operating parameters required in particular for controlling the controllable valve can be used or derived directly from the injection control.
  • controllable valve is controlled as a function of predetermined, in particular measured, operating parameters of the internal combustion engine and / or the injection system.
  • operating parameters can in particular the fuel pressure in the pressure accumulator, the force include material pressure in the leakage line, the temperature in a region of the internal combustion engine or the injector arrangement, the speed of the internal combustion engine and its load or its control ("accelerator pedal position") etc.
  • Particularly advantageous operating parameters can also be used, which representative of the condition of individual or al- • ler of piezoelectric actuators (z. B. for the temperature and / or rest length), respectively.
  • the latter parameters can be obtained indirectly, for example, from an electronic device for actuating the piezo actuators (motor control device), for example. B.
  • suitable parameters can also be derived from the characteristic of the movement of the nozzle body, which is often recorded anyway (for example for injection quantity control) in response to a piezo control in the operation of the injection system. To capture this characteristic be ⁇ known servo injection valves of the type of interest here are often provided with a .′′ to the position of the nozzle body sensors.
  • a plurality of operating parameters are combined in an electronic evaluation device and control signals for the or the controllable valves for fuel flow inhibition in the leakage line are generated from a previously stored characteristic map and are supplied to these valves for electronic control ,
  • controllable valve for fuel flow inhibition is actuated when a certain operating parameter state for the fuel flow inhibition is present and according to a predefined (or alternatively according to a time-dependent period of certain operating parameters) is returned to the idle state.
  • This idle state can then, for. B. can be maintained for a fixed predetermined period of time (dead time).
  • the fuel flow inhibition is designed in such a way that a predetermined maximum pressure in the leakage line cannot be exceeded. This could be done, for example, by measuring the leakage line pressure and forcing the fuel flow inhibition in the
  • Fig. 2 is a schematic representation of an injection system, in which a plurality of servo injection valves of the type shown in Fig. 1 is used.
  • Fig. 1 part of a high-pressure injection servo valve for an internal combustion engine is shown schematically in its closed state.
  • This high-pressure valve has a low-pressure region L which is connected to a leakage line, not shown, and a high-pressure region H which is connected to a pressure accumulator via a pressure line, not shown.
  • These two areas L, H, which are acted upon with different pressure, are separated from one another by a control valve which is formed by a control valve seat S and a control valve body K which is driven against the control valve seat S by the high pressure in the high pressure area H.
  • the high-pressure area H forms a control chamber (not shown) or is connected to such a control chamber, in which the pressure prevailing there acts on the rear (upper) end of an axially movably mounted and guided nozzle body (nozzle needle), around a front (lower) end to push this nozzle body against an injection nozzle valve seat (not shown) and thus to close injection passages leading to a combustion chamber of the internal combustion engine.
  • nozzle needle axially movably mounted and guided nozzle body
  • injection nozzle valve seat not shown
  • Injection process is the pressure in the control room or in the
  • High-pressure region H is reduced in the manner described below in order to cause the nozzle body to move in the direction of an opening of the injection passage.
  • the pressure is reduced in the high-pressure region H by controlled opening of the control valve formed by the valve seat S and the valve body K by means of a piezoelectric actuator P, which is surrounded by a housing G in the low-pressure region L and is provided with electrical connections A for its control.
  • a piezoelectric actuator P By applying a voltage to the connections A of the actuator P, the actuator length can be extended in the direction of the arrow VR (preferred polarization of the piezoelectric ceramic) in order to act on the valve body K via a plunger T.
  • a tolerance gap d is provided between the actuator P and the plunger T, which serves as a safety distance for thermal changes in length of the piezo-ceramic and typically, for. B. has a dimension between 3 and 5 microns.
  • FIG. 2 shows an injection system 10 for an internal combustion engine (not shown), comprising a pressure accumulator 12 for storing fuel conveyed from a fuel tank 16 into the pressure accumulator 12 by means of a high-pressure pump 14, and an injector arrangement 20 connected to the pressure accumulator 12 via a pressure line arrangement 18 Injecting the fuel into the internal combustion engine.
  • the injector arrangement 20 consists of four servo injection valves, which are supplied with fuel via four separate pressure lines 18 from the pressure accumulator 12 provided for this purpose.
  • Each of the servo injection valves is of the type explained with reference to FIG. 1 and has a control chamber and a nozzle chamber, both of which are supplied with fuel from the pressure accumulator 12 via the respective pressure line, this fuel being supplied by the high-pressure pump 14, high system pressure.
  • Servo injection valves of this type are well known to the person skilled in the art, so that a further explanation is not necessary here.
  • an injection process is initiated in each case by reducing the pressure in the control chamber of the respective servo injector, which for this purpose is provided with a piezoelectrically operated control valve for releasing fuel from the control chamber into a leakage line 22.
  • Prefeed pump is fed 28 to an input of the high pressure pump 14, a high pressure line 30 ter to promote un ⁇ system pressurized fuel from the high pressure pump 14 into the accumulator 12, a high pressure sensor 32 to the measure- ment of the pressure in the pressure accumulator 12, from the high pressure pump 14 outgoing fuel return line 34 for the removal of excess fuel from the pump 14 to the leakage line 22 and thus further back into the fuel tank 16, and an electronic engine control unit ECU with a series of input connections 36 and a series of output connections 38, by means of which operating parameters are known in a manner known per se of the internal combustion engine and the injection system are detected and evaluated via the input connections 36 and signals are generated at the output connections 38 with which the electrical and electronic components of the
  • the engine control unit ECU controls a leakage control valve 40 arranged in the combined course of the leakage line 22, with which, depending on the detected operating parameters and by means of a suitably designed map, the fuel return flow from the individual injector Ren the injector assembly 20 can be blocked in the fuel tank 16 via the leakage line 22.
  • the engine control unit ECU detects any actuator protrusion that may occur in one of the injectors by evaluating the measured operating parameters. In this case, it causes the leakage control valve 40 to be briefly activated for a short-term blocking of the fuel return flow, e.g. B. for a predetermined period of time of a few seconds.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einspritzanlage (10) für eine Brennkraftmaschine, umfassend einen Druckspeicher (12) zum Speichern von aus einem Kraftstofftank (16) gefördertem Kraftstoff und eine über eine Druckleitungsanordnung (18) mit dem Druckspeicher verbundene Injektoranordnung (20), wobei die Injektoranordnung (20) wenigstens ein Servoeinspritzventil umfasst, welches mit einem Steuerventil zum Freisetzen von Kraftstoff aus einem Steuerraum in eine zum Kraftstofftank (16) führende Leckageleitung (22) versehen ist und welches mittels eine piezoelektrischen Aktors betätigbar ist, um zur Initiierung eines Einspritzvorganges durch Druckverringerung im Steuerraum eine Bewegung eines Düsenkörpers in Richtung einer Einspritzpassagenöffnung hervorzurufen. Erfindungsgemäss ist vorgesehen, dass die Leckageleitung (22) mit einem steuerbaren Ventil (40) versehen ist, welches in einem angesteuerten Zustand den Kraftstofffluss in der Leckageleitung hemmt. Damit ist es möglich, die für den Betrieb der Einspritzanlage abträglichen Auswirkungen einer Längenänderung des piezoelektrischen Aktors, die den so genannten Toleranzspalt im Servoeinspritzventil überschreitet, zu vermindern.

Description

Beschreibung
Einspritzanlage und Einspritzverfahren für eine Brennkraftmaschine
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einspritzanlage sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Einspritzanlage für eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 7.
Eine derartige Einspritzanlage sowie ein derartiges Einspritzverfahren sind beispielsweise aus der DE 100 15 740 AI bekannt. Bei dieser bekannten Technik umfasst eine Injektora¬ nordnung wenigstens ein Servoeinspritzventil, welches mittels eines piezoelektrischen Aktors betätigbar ist, um zur Initiierung eines Einspritzvorganges durch Druckverringerung in einem Steuerraum eine Bewegung eines Servoventil-Düsenkörpers (Düsennadel) in Richtung einer Öffnung einer Einspritzpassage hervorzurufen, die zwischen einem Düsenraum des Ser- voeinspritzventils und einer Brennkammer der betreffenden Brennkraftmaschine vorgesehen ist.
Ein wesentlicher Vorteil der Verwendung eines mittels eines piezoelektrischen Aktors betätigten Servoeinspritzventils ist es, dass mit einem vergleichsweise kleinen Hub des piezoelektrischen Aktors ein davon unabhängiger, in der Regel um ein Vielfaches größerer Hub des Düsenkörpers erzielt werden kann (Hubübersetzung) . Zudem ergibt sich hierbei der Vorteil, dass die Bewegung des Düsenkörpers zum Öffnen und Schließen der Einspritzpassage durch den Druck des Kraftstoffs getrieben wird, der zu Zwecken der Einspritzung in die Brennkammer ohnehin unter vergleichsweise großem Druck stehend im Bereich des Einspritzventils bereitsteht. Für die Ansteuerung des Einspritzventils genügt daher ein piezoelektrischer Aktor mit vergleichsweise geringem Hub und vergleichsweise geringer Ak— torkraft . Ein piezoelektrischer Aktor weist in der Regel einen Stapel aufeinander liegender Piezoelemente auf, der beim Anlegen einer elektrischen Spannung rasch seine Länge um ein unter anderem von der Spannung abhängiges Ausmaß verändert. Hierfür geeignete piezoelektrische Keramiken sind in großer Vielfalt bekannt, beispielsweise als Bleizirkonat-Titanat-Keramiken, und sind vor allem wegen ihrer großen Änderungsgeschwindigkeit und ihrer hohen Piezokräfte für den Einsatz bei Einspritzventilen interessant.
Da jedoch die Länge des piezoelektrischen Aktors nicht ausschließlich von der angelegten Spannung abhängt, sondern beispielsweise auch fertigungstechnischen Toleranzen sowie einer Abhängigkeit von der Temperatur des Aktors unterliegt, wird bei der Konstruktion eines von einem piezoelektrischen Aktor betätigten Servoeinspritzventils ein mehr oder weniger großer Spalt im Wirkungsweg vom Aktor zu einem Steuerventilkörper vorgesehen, der als Toleranzbereich für unerwünschte Abweichungen und/oder Änderungen der Aktorlänge dient.
Dieser so genannte Toleranzspalt im piezobetätigten Einspritzventil sollte einerseits möglichst klein bemessen sein, um den nutzbaren Hub des Aktors zu maximieren, und andererseits möglichst groß bemessen sein, um in möglichst allen Be— triebszuständen zu vermeiden, dass eine durch den Betrieb hervorgerufene Änderung der Länge des piezoelektrischen Aktors den Toleranzspalt überschreitet und so, ohne dass der Aktor angesteuert wird, bereits das Steuerventil betätigt. In letzterer Hinsicht besonders bedeutend ist beispielsweise ei— ne thermisch getriebene Ausdehnung der piezoelektrischen Keramik bei erhöhter Aktortemperatur, wie sie insbesondere im Betrieb der Brennkraftmaschine unter Umständen auftreten kann. Dementsprechend kann der Toleranzspalt in der Praxis schwerlich "optimal" bemessen werden.
Wenn der Toleranzspalt auf Grund einer Temperaturerhöhung des Aktors überschritten werden kann und somit der vom Druckspeicher über eine Druckleitung zum Steuerraum geführte Kraft- stoff über das Steuerventil weiter in die praktisch drucklose (verglichen mit dem Kraftstoffsystemdruck im Druckspeicher) Leckageleitung freigesetzt werden kann, so ergibt sich noch eine weitere Problematik. Wenn nämlich die Brennkraftmaschine in "heißem Zustand" gestartet werden soll, z. B. nach einem vorangegangenen längeren Betrieb mit nachfolgendem Abstellen der Brennkraftmaschine, so kann auf Grund der Freisetzung von Kraftstoff aus dem Steuerraum in die Leckageleitung der Druckaufbau im Druckspeicher erheblich erschwert oder verzö¬ gert werden. Der Aufbau eines gewissen Mindestsystemdrucks, der typischerweise einige 100 bar beträgt, ist jedoch notwendig, um überhaupt eine Einspritzung vom Düsenraum in die Brennkammer zu realisieren.
Aus der DE 199 05 340 02 ist ein Verfahren und eine Anordnung zur Voreinstellung und dynamischen Nachführung piezoelektrischer Aktoren bekannt, bei welchen zu diesem Zweck dem Piezo- aktor eine Gleichspannung zugeführt wird, die gegebenenfalls einer gepulsten Ansteuerspannung überlagert wird. Dieser Gleichspannungsanteil bestimmt dann eine neue Ruhelage des Aktors und kann somit zur Einstellung des Leerhubs und zur Nachführung des Leerhubs im Betrieb genutzt werden. Aus der DE 37 42 241 AI ist ein Piezosteuerventil bekannt, welches aus einem in einem Gehäuse angeordneten Piezostell- glied und einem Ventil besteht. Durch ein hydraulisches Spielausgleichselement innerhalb des Steuerventils werden mögliche Längenänderungen des Bezugssystems automatisch ausgeglichen, so dass bei gleichem Arbeitshub des Piezostell- gliedes auch stets ein gleicher Hub am Ventil gewährleistet ist. Nachteilig ist bei diesen beiden Ansätzen zur Lösung der eingangs erläuterten Problematik der damit verbundene Aufwand im Bereich der elektronischen Einrichtungen zur Ansteuerung der Injektoranordnung bzw. im Bereich der Injektoranordnung selbst .
Dementsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfin- d ng, eine Einspritzanlage sowie ein Einspritzverfahren für eine Brennkraftmaschine anzugeben, bei welchen die für den Betrieb der Einspritzanlage bzw. der Brennkraftmaschine abträglichen Auswirkungen einer den Toleranzspalt im Ser- voeinspritzventil überschreitenden Längenänderung des piezo— elektrischen Aktors vermindert oder beseitigt werden können.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Einspritzanlage nach Anspruch 1 bzw. ein Verfahren zum Betreiben einer Einspritzanlage nach Anspruch 7. Die abhängigen Ansprüche betreffen vor- teilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
Für die Erfindung wesentlich ist, dass bei der Einspritzanlage die Leckageleitung mit einem steuerbaren Ventil versehen ist, welches in einem angesteuerten Zustand den Kraftstoff— fluss in der Leckageleitung hemmt bzw. dass bei dem Einspritzverfahren eine wahlweise Hemmung des Kraftstoffflusses in der Leckageleitung vorgesehen wird. Bei einem überschreiten des Toleranzspalts durch eine von der eigentlichen Piezo— ansteuerung unabhängige Längenänderung des Aktors, im Folgenden auch kurz als "Aktorüberstand" bezeichnet, können durch die Kraftstoffflusshemmung die negativen Auswirkungen dieser Situation in relativ einfacher Weise gemildert oder sogar be- seitigt werden. Wenn ein Aktorüberstand vorliegt und der
Kraftstofffluss in der Leckageleitung gehemmt wird, so führt dies zu einem Druckanstieg in der Leckageleitung zwischen dem Ort der Hemmung und dem Leckageausgang des Servoeinspritzven- tils. Damit lässt sich einerseits vermeiden, dass durch den Aktorüberstand der Düsenkörper sich ungewollt (ohne aktive
Ansteuerung des Aktuators) in Richtung einer Öffnung der Einspritzpassage verlagert, was insbesondere im Betrieb der Brennkraftmaschine von Bedeutung ist. Andererseits kann damit das auf Grund des verzögerten Systemdruckaufbaus vorliegende Problem des Heißstarts der Brennkraftmaschine (bei temperaturbedingtem Aktorüberstand) beseitigt werden, da die Druckerhöhung in der Leckageleitung den Druckaufbau im Druckspeicher erheblich beschleunigt.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist es, dass diese auch im Rahmen einer Nachrüstung einfach realisiert werden kann, da hierfür im Wesentlichen lediglich eine Modifikation der Leckageleitungsanordnung, z. B. durch Einbau eines weiteren, steuerbaren Ventils, sowie eine vergleichs- weise einfache Modifikation oder Ergänzung der Motorsteuerelektronik erforderlich ist, bei welcher in der Praxis oftmals ohnehin vorhandene Sensorikeinrichtungen zur Erfassung von Betriebszuständen der Brennkraftmaschine und/oder der Einspritzanlage vorteilhaft mitgenutzt werden können.
Vorteilhaft kann mit der Erfindung eine stetige Fahrbereitschaft eines mittels einer Brennkraftmaschine betriebenen Fahrzeugs auch bei möglicherweise auftretendem Aktorüberstand in Einspritzventilen sichergestellt werden, wobei diese hydraulische Lösung nicht nur in der Startphase der Brennkraftmaschine sondern auch während des Betriebs eingesetzt werden kann, um etwa eine betriebsbedingte Längenänderung des Aktors "abzufangen" .
Selbstverständlich können die erfindungsgemäßen Maßnahmen mit den bislang bereits realisierten Maßnahmen kombiniert eingesetzt werden, wie z. B. mit der oben erwähnten aktiven elekt- rischen Einstellung oder Nachführung des Aktor-Leerhubs ("ac- tive piezo contraction") oder einem Abkühlen der Brennkraftmaschine .
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Injektora- nordnung eine Mehrzahl von Servoeinspritzventilen umfasst, welche über die Druckleitungsanordnung mit dem für diese Mehrzahl von Servoeinspritzventilen gemeinsam genutzten Druckspeicher verbunden sind. Derartige Einspritzanlagen an sich sind als so genannte Speichereinspritzsysteme bekannt, bei denen in der Regel mit sehr hohen Einspritzdrücken (z. B. im Bereich einiger 100 bar bis etwa 1.600 bar) gearbeitet wird. Solche Systeme sind als Common-Rail-Systeme (für Dieselmotoren) und HPDI-Einspritzsysteme (für Ottomotoren) bekannt .
Wenn die Injektoranordnung eine Mehrzahl von Servoeinspritzventilen umfasst, wie dies zumeist der Fall sein wird, so könnte jede der Mehrzahl von Leckageleitungen mit einem eigenen steuerbaren Ventil zur Kraftstoffflusshemmung versehen werden. Da eine Kraftstoffflusshemmung in der Leckageleitung jedoch den ordnungsgemäßen Betrieb eines daran angeschlossenen Servoeinspritzventils, bei welchem kein Aktorüberstand vorliegt, in der Praxis kaum beeinträchtigt, lässt sich eine Vereinfachung dadurch erreichen, dass die Leckageleitungen dieser Mehrzahl von Servoeinspritzventilen zusammengeführt werden und die Kraftstoffflusshem ung im zusammengeführten Leckageleitungsteil vorgesehen wird, also z. B. das steuerba- re Ventil lediglich in diesem zusammengeführten Leckageleitungsteil angeordnet wird.
Eine einfache Betätigung des Steuerventils ergibt sich, wenn der piezoelektrische Aktor über einen Stössel auf einen Ven- tilkörper des Steuerventils wirkt, wobei der Toleranzspalt zwischen Aktor und Stössel oder zwischen Stössel und Ventilkörper vorgesehen sein kann.
Die Wirkung der Kraftstoffflusshemmung in der Leckageleitung kann besonders groß vorgesehen werden, indem der Kraftstofffluss im angesteuerten Zustand des steuerbaren Ventils blockiert, d. h. vollständig gehemmt wird.
In einer Ausführungsform umfasst die Einspritzanlage ferner eine elektronische Einspritzsteuereinheit zum Betreiben der Injektoranordnung und zum Ansteuern des steuerbaren Ventils. In diesem Fall sind die Funktionen der eigentlichen Einspritzsteuerung sowie der Ansteuerung des steuerbaren Ventils zur Kraftstoffflusshemmung vorteilhaft zusammengefasst . In diesem Fall können insbesondere zur Ansteuerung des steuerbaren Ventils benötigte Betriebsparameter unmittelbar aus der Einspritzsteuerung herangezogen oder abgeleitet werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird das steuerbare Ven- til abhängig von vorbestimmten, insbesondere gemessenen Betriebsparametern der Brennkraftmaschine und/oder der Einspritzanlage angesteuert. Solche Betriebsparameter können insbesondere den Kraftstoffdruck im Druckspeicher, den Kraft- stoffdruck in der Leckageleitung, die Temperatur in einem Bereich der Brennkraftmaschine oder der Injektoranordnung, die Drehzahl der Brennkraftmaschine sowie deren Last oder deren Ansteuerung ("Gaspedalstellung") etc. umfassen. Besonders vorteilhaft können auch Betriebsparameter herangezogen werden, welche repräsentativ für den Zustand einzelner oder al- • ler piezoelektrischer Aktoren (z. B. für deren Temperatur und/oder Ruhelänge) sind. Letztere Parameter können beispielsweise aus einer elektronischen Einrichtung zur Ansteue- rung der Piezoaktoren (Motorsteuergerät) indirekt gewonnen werden, z. B. durch Erfassung der elektrischen Kapazität der Aktoren. Schließlich können geeignete Parameter auch abgeleitet werden aus der oftmals ohnehin (z. B. zur Einspritzmengenregelung) erfassten Charakteristik der Bewegung des Düsen- körpers in Reaktion auf eine Piezoansteuerung im Betrieb der Einspritzanlage. Zur Erfassung dieser Charakteristik sind be¬ kannte Servoeinspritzventile der hier interessierenden Art oftmals mit einer auf die Stellung des Düsenkörpers .empfindlichen Sensorik ausgestattet.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird eine Mehrzahl von Betriebsparametern, wie etwa die oben erwähnten, in einer e- lektronischen Auswerteeinrichtung zusammengeführt und werden aus einem vorab gespeichertem Kennfeld Ansteuersignale für das oder die ansteuerbaren Ventile zur Kraftstoffflusshemmung in der Leckageleitung generiert und zur elektronischen Ansteuerung diesen Ventilen zugeführt.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das steuerbare Ventil zur Kraftstoffflusshemmung bei Vorliegen eines bestimmten Betriebsparameterzustands für die Kraftstoffflusshemmung angesteuert wird und nach einer fest vorgegebenen (oder alternativ nach einer von dem zeitlichen Ver- lauf bestimmter Betriebsparameter abhängigen) Zeitspanne wieder in den Ruhezustand gebracht wird. Dieser Ruhezustand kann dann zwangsweise, z. B. für eine fest vorgegebene weitere Zeitspanne (Totzeit) aufrechterhalten werden. Mit derartigen Maßnahmen lässt sich die Kraftstoffflusshemmung zeitlich betrachtet stark begrenzen, so dass insbesondere ein nachträglich gemäß der Erfindung umgerüstetes System in seiner normalen Funktion nicht nennenswert beeinträchtigt wird.
In einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Kraftstoffflusshemmung derart ausgelegt ist, dass ein vorgegebener Maximaldruck in der Leckageleitung nicht ü- berschritten werden kann. Dies könnte beispielsweise durch Messung des Leckageleitungsdrucks und einer darauf basieren- den, zwangsweisen Abschaltung der Kraftstoffflusshemmung im
Falle des Erreichens des Maximaldrucks realisiert werden. Alternativ oder zusätzlich besteht jedoch die einfache Möglichkeit, das betreffende Kraftstoffflusshemmungsmittel (Ventil) mit einer parallel angeordneten Umgehungs- oder "Bypass"- Leitung zu versehen, die beim Erreichen des Maximaldrucks selbsttätig öffnet und so einen unerwünschten Überdruck in der Leckageleitung zuverlässig verhindert. Die Vermeidung eines Überdrucks in der Leckageleitung dient hierbei insbesondere dem Schutz der betreffenden Einspritzservoventile, deren Leckagepfad zur Vermeidung von Beschädigungen keinen allzu großen Druck aufweisen darf (typisch z. B. 3,5 bar).
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbei¬ spiels mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläu- tert . Es stellen dar: Fig. 1 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Toleranzspalts in einem piezobetätigten Ser- voeinspritzventil, und
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Einspritzanlage, bei welcher eine Mehrzahl von Servoeinspritzventilen der in Fig. 1 dargestellten Art eingesetzt wird. In Fig. 1 ist ein Teil eines Hochdruck-Einspritzservoventils für eine Brennkraftmaschine in dessen geschlossenen Zustand schematisch dargestellt .
Dieses Hochdruckventil weist einen mit einer nicht darge- stellten Leckageleitung in Verbindung stehenden Niederdruckbereich L und einen über eine nicht dargestellte Druckleitung mit einem Druckspeicher in Verbindung stehenden Hochdruckbereich H auf. Diese beiden mit unterschiedlichem Druck beaufschlagten Bereiche L, H sind durch ein Steuerventil voneinan- der getrennt, welches von einem Steuerventilsitz S und einem durch den hohen Druck im Hochdruckbereich H gegen den Steuerventilsitz S getriebenen Steuerventilkörper K gebildet wird.
Der Hochdruckbereich H bildet einen nicht dargestellten Steu- erraum oder ist mit einem solchen Steuerraum verbunden, in welchem der dort herrschende Druck auf das hintere (obere) Ende eines axial beweglich gelagerten und geführten Düsenkörpers (Düsennadel) wirkt, um ein vorderes (unteres) Ende dieses Düsenkörpers gegen einen Einspritzdüsenventilsitz (nicht dargestellt) zu drängen und so zu einem Brennraum der Brennkraftmaschine führende Einspritzpassagen zu verschließen. Wenngleich das vordere Ende des Düsenkörpers in einem Düsenraum angeordnet ist, der ebenfalls unter hohem Druck steht, so wird der Düsenkörper im dargestellten Ruhezustand dennoch nach unten zum Verschließen der Einspritzpassagen gedrängt, da die den Düsenkörper nach unten drängende Kraft auf Grund einer relativ groß bemessenen Querschnittsfläche des Düsen- körpers an dessen oberen Ende größer ist als die am unteren
Ende des Düsenkörpers wirkende Kraft. Zur Initiierung eines
Einspritzvorganges wird der Druck im Steuerraum bzw. in dem
Hochdruckbereich H in der nachfolgend beschriebenen Weise verringert, um eine Bewegung des Düsenkörpers in Richtung ei- ner Öffnung der Einspritzpassage hervorzurufen.
Die Druckverringerung im Hochdruckbereich H erfolgt durch angesteuertes Öffnen des durch den Ventilsitz S und den Ventilkörper K gebildeten Steuerventils mittels eines piezoelektri- sehen Aktors P, der im Niederdruckbereich L von einem Gehäuse G umgeben ist und zu dessen Ansteuerung mit elektrischen Anschlüssen A versehen ist. Durch Anlegen einer Spannung an den Anschlüssen A des Aktors P lässt sich die Aktorlänge in Richtung des Pfeils VR (Vorzugspolarisierung der piezoelektri- sehen Keramik) verlängern, um über einen Stössel T auf den Ventilkörper K einzuwirken. Zwischen dem Aktor P und dem Stössel T ist hierbei ein Toleranzspalt d vorgesehen, der als Sicherheitsabstand für thermische Längenänderungen der Piezo- keramik dient und typischerweise z. B. ein Maß zwischen 3 und 5 μm aufweist. Treten nun am piezoelektrischen Aktor P, z. B. auf Grund von widrigen Umgebungseinflüssen, Längenänderungen auf, die über das Maß dieses Spaltes d hinausgehen, so drückt der Aktor P bereits im Ruhezustand über den Stössel T auf den Ventilkörper K was, letztendlich zu einer Leckage von Kraft- stoff aus dem Hochdruckbereich H in den Niederdruckbereich L und die daran angeschlossene Leckageleitung führt. Im Betrieb der Brennkraftmaschine bedeutet dieser "Aktorüberstand" eine Öffnungstendenz für das Servoeinspritzventil, selbst wenn dieses nicht aktiv elektrisch über die Anschlüsse A angesteuert wird. Für den Fall eines Heißstarts der Brennkraftmaschine bedeutet dies, dass der Druckaufbau im Druckspeicher nicht oder nicht rasch in einem Ausmaß aufgebaut werden kann, das für den Beginn der Kraftstoffeinspritzung erforderlich ist.
Diese Probleme werden jedoch vermieden durch den nachfolgend mit Bezug auf Fig. 2 beschriebenen Aufbau einer Einspritzanlage, bei welcher insbesondere auf eine Erfassung eines sol- chen Aktorüberstands hin der hydraulische Druck in dem Niederdruckbereich L zeitweise erhöht wird.
Fig. 2 zeigt eine Einspritzanlage 10 für eine Brennkraftmaschine (nicht dargestellt) , umfassend einen Druckspeicher 12 zum Speichern von mittels einer Hochdruckpumpe 14 aus einem Kraftstofftank 16 in den Druckspeicher 12 gefördertem Kraftstoff und eine über eine Druckleitungsanordnung 18 mit dem Druckspeicher 12 verbundene Injektoranordnung 20 zum Einspritzen des Kraftstoffs in die Brennkraftmaschine. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel besteht die Injektoranordnung 20 aus vier Servoeinspritzventilen, die über vier separate Druckleitungen 18 aus dem hierfür gemeinsam vorgesehenen Druckspeicher 12 mit Kraftstoff versorgt werden.
Jedes der Servoeinspritzventile ist hierbei von der mit Bezug auf Fig. 1 erläuterten Bauart und weist einen Steuerraum sowie einen Düsenraum auf, die beide über die jeweilige Druckleitung mit Kraftstoff aus dem Druckspeicher 12 versorgt werden, wobei dieser Kraftstoff unter dem von der Hochdruckpumpe 14 bereitgestellten, hohen Systemdruck steht. Servoeinspritzventile dieser Art sind dem Fachmann hinlänglich bekannt, so dass hier auf eine weitergehende Erläuterung verzichtet werden kann . Wie bereits mit Bezug auf Fig. 1 beschrieben, wird ein Einspritzvorgang jeweils initiiert durch Druckverringerung im Steuerraum des jeweiligen Servoeinspritzventils, welches zu diesem Zweck mit einem piezoelektrisch betätigten Steuerventil zum Freisetzen von Kraftstoff aus dem Steuerraum in eine Leckageleitung 22 versehen ist.
In Fig. 2 erkennt man ferner zwei Kraftstoff ilter 24 und 26 zur Grob- und Feinfilterung des Kraftstoffs, der über eine
Vorförderpumpe 28 zu einem Eingang der Hochdruckpumpe 14 gefördert wird, eine Hochdruckleitung 30 zur Förderung des un¬ ter Systemdruck gesetzten Kraftstoffs von der Hochdruckpumpe 14 in den Druckspeicher 12, einen Hochdrucksensor 32 zur Mes- sung des Drucks im Druckspeicher 12, eine von der Hochdruckpumpe 14 ausgehende Kraftstoffrückleitung 34 zur Abfuhr von überschüssigem Kraftstoff von der Pumpe 14 zur Leckageleitung 22 und somit weiter zurück in den Kraftstofftank 16, sowie ein elektronisches Motorsteuergerät ECU mit einer Reihe von Eingangsanschlüssen 36 und einer Reihe von Ausgangsanschlüssen 38, mittels welcher in an sich bekannter Weise Betriebsparameter der Brennkraftmaschine und der Einspritzanlage über die Eingangsanschlüsse 36 erfasst und ausgewertet werden und Signale an den Ausgangsanschlüssen 38 erzeugt werden, mit welchen die elektrischen und elektronischen Komponenten des
Systems gesteuert werden, z. B. die dargestellten Komponenten 28, 14, 20.
Darüber hinaus steuert das Motorsteuergerät ECU ein im zusam- mengefassten Verlauf der Leckageleitung 22 angeordnetes Leckagesteuerventil 40, mit welchem abhängig von den erfassten Betriebsparametern und mittels eines geeignet ausgelegten Kennfelds der Kraftstoffrückfluss von den einzelnen Injekto- ren der Injektoranordnung 20 über die Leckageleitung 22 in den Kraftstofftank 16 blockiert werden kann. Das Motorsteuergerät ECU detektiert mit an sich bekannten Methoden durch Auswertung der gemessenen Betriebsparameter einen etwaig auf- tretenden Aktorüberstand in einem der Injektoren und veran- lasst in diesem Fall ein kurzzeitiges Ansteuern des Leckagesteuerventils 40 für eine kurzzeitige Blockierung des Kraftstoffrückflusses, z. B. für eine fest vorgegebene Zeitspanne von einigen Sekunden. Damit ist es möglich, sowohl den bei einem Aktorüberstand tendenziell verzögerten Druckaufbau im Druckspeicher 12 bei einem Heißstart der Brennkraftmaschine zu beschleunigen als auch die Brennkraftmaschine bei einem während des Betriebs auftretenden Aktorüberstand abzufangen und den ordnungsgemäßen Betrieb so aufrechtzuerhalten.

Claims

Patentansprüche
1. Einspritzanlage für eine Brennkraftmaschine, umfassend - einen Druckspeicher (12) zum Speichern von mittels einer Hochdruckpumpe (14) aus einem Kraftstofftank (16) in den Druckspeicher gefördertem Kraftstoff, und
- eine über eine Druckleitungsanordnung (18) mit dem Druckspeicher (12) verbundene Injektoranordnung (20) zum Einspritzen des Kraftstoffs in die Brennkraftmaschine, wobei die Injektoranordnung (20) wenigstens ein Ser- voeinspritzventil umfasst, in welchem über eine Drucklei- tung sowohl ein Düsenraum als auch ein Steuerraum mit Kraftstoff aus dem Druckspeicher (12) versorgt wird und in welchem ein Düsenkörper zum Öffnen und Schließen einer vom Düsenraum zu einer Brennkammer führenden Einspritzpassage bewegbar geführt ist und der Düsenkörper an sei- ne der Einspritzpassage zugewandten Ende dem Druck des Kraftstoffs in der Düsenkammer und an seinem entgegengesetzten Ende dem Druck des Kraftstoffs in der Steuerkammer ausgesetzt ist, wobei das Servoeinspritzventil mit einem Steuerventil zum Freisetzen von Kraftstoff aus dem Steuerraum in eine zum Kraftstofftank (16) führende Leckageleitung (22) versehen ist, welches mittels eines piezoelektrischen Aktors betätigbar ist, um zur Initiierung eines Einspritzvorganges durch Druckverringerung im Steuerraum eine Bewegung des Düsenkörpers in Richtung einer Öffnung der Einspritzpassage hervorzurufen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Leckageleitung (22) mit einem steuerbaren Ventil (40) versehen ist, welches in einem angesteuerten Zustand den Kraftstofffluss in der Leckageleitung (22) blockiert, wobei das Ventil (40) abhängig von vorbestimmten Betriebsparametern der Brennkraftmaschine und/oder der Einspritzanlage angesteuert wird und erst nach Ablauf einer vorgeb— baren Zeitspanne wieder in einen Ruhezustand gebracht wird.
2. Einspritzanlage nach Anspruch 1, wobei die Injektoranord- nung (20) eine Mehrzahl von Servoeinspritzventilen umfasst, welche über die Druckleitungsanordnung (18) mit dem für diese Mehrzahl von Servoeinspritzventilen gemein- sam genutzten Druckspeicher (12) verbunden sind.
3. Einspritzanlage nach Anspruch 1 oder 2, wobei die I jek— toranordnung (20) eine Mehrzahl von Servoeinspritzventilen umfasst, deren Leckageleitungen (22) zusammengeführt sind, wobei der zusammengeführte Leckageleitungsteil mit dem steuerbaren Ventil (40) versehen ist.
4. Einspritzanlage nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die vorbestimmten Betriebsparameter das Vorliegen oder Nichtvor- liegen eines Aktorüberstands am Servoeinspritzventil umfassen.
5. Einspritzanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Ruhezustand des Ventils (40) nach einer Ansteuerung zwangsweise für eine fest vorgegebene weitere Zeitspanne aufrechterhalten wird.
6. Einspritzanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, ferner umfassend eine elektronische Einspritzsteuereinheit (ECU) zum Betreiben der Injektoranordnung (20) und zum Ansteuern des steuerbaren Ventils (40) .
Verfahren zum Betreiben einer Einspritzanlage (10) für eine Brennkraftmaschine, wobei die Einspritzanlage umfasst :
- einen Druckspeicher (12) zum Speichern von mittels ei- ner Hochdruckpumpe aus einem Kraftstofftank in den Druckspeicher gefördertem Kraftstoff, und
- eine über eine Druckleitungsanordnung (18) mit dem Druckspeicher (12) verbundene Injektoranordnung (20) zum Einspritzen des Kraftstoffs in die Brennkraftmaschine,
wobei die Injektoranordnung wenigstens ein Ser- voeinspritzventil umfasst, in welchem über eine Druckleitung sowohl ein Düsenraum als auch ein Steuerraum mit Kraftstoff aus dem Druckspeicher versorgt wird und in welchem ein Düsenkörper zum Öffnen und Schließen einer vom Düsenraum zu einer Brennkammer führenden Einspritzpassage bewegbar geführt ist und der Düsenkörper an seinem der Einspritzpassage zugewandten Ende dem Druck des Kraftstoffs in der Düsenkammer und an seinem entgegengesetzten Ende dem Druck des Kraftstoffs in der Steuerkammer ausgesetzt wird,
wobei das Servoeinspritzventil mit einem Steuerventil zum Freisetzen von Kraftstoff aus dem Steuerraum in eine zum
Kraftstofftank führende Leckageleitung versehen ist,
wobei das Verfahren den Schritt des Betätigens des Steu- erventils mittels eines piezoelektrischen Aktors umfasst, um zur Initiierung eines Einspritzvorganges durch. Druckverringerung im Steuerraum eine Bewegung des Düsenkörpers in Richtung einer Öffnung der Einspritzpassage hervorzu- rufen, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h eine abhängig von vorbestimmten Betriebsparametern der Brennkraftmaschine und/oder der Einspritzanlage vorgesehene Blockierung des Kraftstoffflusses in der Leckageleitung (22) , die erst nach Ablauf einer vorgebbaren Zeitspanne wieder aufgehoben wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die vorbestimmten Be- triebsparameter das Vorliegen oder Nichtvorliegen eines Aktorüberstands am Servoeinspritzventil umfassen.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Aufhebung der Blockierung zwangsweise für eine fest vorgegebene weitere Zeitspanne aufrechterhalten wird.
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