DE102014200872A1 - Method for controlling an injection quantity of fuel - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zumessen einer Einspritzmenge (110, 111, 112) von Kraftstoff in einen Brennraum (20) einer Brennkraftmaschine (10) bei einer Einspritzung mittels eines Kraftstoffinjektors (30), der einen Piezoaktor aufweist, wobei für eine vorgegebene am Piezoaktor anliegende Ansteuerspannung (UL) die Einspritzmenge (110, 111, 112) durch Vorgabe eines zeitlichen Verlaufs (100, 101, 102) eines Ladestroms (I) durch den Piezoaktor eingestellt wird.The invention relates to a method for metering an injection quantity (110, 111, 112) of fuel into a combustion chamber (20) of an internal combustion engine (10) during injection by means of a fuel injector (30) having a piezoelectric actuator, wherein for a given piezoactuator applied drive voltage (UL), the injection quantity (110, 111, 112) by specifying a time course (100, 101, 102) of a charging current (I) is set by the piezoelectric actuator.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Einspritzmenge von Kraftstoff über einen PiezoinjektorThe present invention relates to a method for controlling an injection amount of fuel via a piezo injector
Stand der TechnikState of the art
Kraftstoffinjektoren mit Piezoaktoren, insbesondere für Hochdruckspeichereinspritzsysteme (im Rahmen dieser Anmeldung auch als Piezoinjektoren bezeichnet), zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine sind grundsätzlich bekannt. Die Funktionsweise ist z.B. in der
In derartigen Piezoinjektoren wird durch Laden eines Piezoaktors ein Ventil geöffnet, wodurch über einen Ablaufkanal mit einer Ablaufdrossel Kraftstoff aus einem Hochdrucksteuerraum abfließen kann und ein Druck in dem Hochdrucksteuerraum sinkt. Dies wiederum führt zum Öffnen eines in der Regel nadelförmig ausgebildeten Ventilglieds (im Rahmen dieser Anmeldung als Ventilnadel bezeichnet). Durch das Öffnen der Ventilnadel werden Einspritzöffnungen freigegeben, durch welche ein unter Druck anstehender Kraftstoff in den Brennraum eingespritzt wird. In such piezoinjectors, a valve is opened by loading a piezoactuator, whereby fuel can flow out of a high-pressure control chamber via a drainage channel with an outflow throttle and a pressure in the high-pressure control chamber decreases. This in turn leads to the opening of a generally needle-shaped valve member (referred to as valve needle in the context of this application). By opening the valve needle injection openings are released, through which a pressurized fuel is injected into the combustion chamber.
Elektrisch verhält sich der Piezoaktor wie ein nichtlinearer, mit Hysterese behafteter Kondensator. Aufgrund eines Ansteuerstroms fließt Ladung auf oder ab und verändert so die Spannung und den gewünschten Aktorhub. Der zeitliche Aktorhuböffnungs- und schließverlauf kann eingestellt werden, indem die Stromhöhe bei konstanter Lade- und Entladezeit (Skalierung)während der Ladung und Entladung des Piezo-Aktors entsprechend gesteuert wird. Electrically, the piezo actuator behaves like a nonlinear hysteresis capacitor. Due to a drive current, charge flows up or down, changing the voltage and the desired actuator stroke. The temporal actuator stroke opening and closing course can be adjusted by controlling the current level at a constant charge and discharge time (scaling) during charge and discharge of the piezo actuator.
Der Mengeneinfluss ergibt sich dabei aus einem früheren oder späteren Öffnungs- und Schließzeitpunkt des Steuerventils als Folge des veränderten Aktorhubverlaufs. Eine Variation des Ladestroms in der beschrieben Weise resultiert in einer Änderung der Ladespannung (Veränderung der aufgebrachten Ladung), der Einspritzmengenstellbereich ist damit durch die minimal und maximal zulässige Ladespannung begrenzt.The amount of influence results from an earlier or later opening and closing time of the control valve as a result of the changed Aktorhubverlaufs. A variation of the charging current in the manner described results in a change of the charging voltage (change of the applied charge), the injection amount adjustment range is thus limited by the minimum and maximum permissible charging voltage.
Es ist daher wünschenswert, eine Möglichkeit anzugeben, auch bei Erreichen einer maximalen Ansteuerspannung die Einspritzmenge zu steuern, insbesondere zu erhöhen.It is therefore desirable to provide a possibility to control the injection quantity even when a maximum drive voltage is reached, in particular to increase it.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.According to the invention, a method with the features of claim 1 is proposed. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims and the following description.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Im Rahmen der Erfindung wird eine Einspritzmenge von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine mittels eines Kraftstoffinjektors mit einem Piezoaktor, einem sog. Piezoinjektor, zugemessen. Die Erfindung basiert nun auf der Erkenntnis, dass für eine vorgegebene am Piezoaktor anliegende Ansteuerspannung die zugemessene Einspritzmenge durch Modellierung bzw. Vorgabe des zeitlichen Ladestromverlaufs durch den Piezoaktor gesteuert werden kann. In the context of the invention, an injection quantity of fuel is metered into a combustion chamber of an internal combustion engine by means of a fuel injector with a piezoelectric actuator, a so-called piezo injector. The invention is now based on the recognition that for a predetermined drive voltage applied to the piezoelectric actuator, the metered injection quantity can be controlled by modeling or specification of the temporal charging current characteristic by the piezoactuator.
Durch eine Veränderung bzw. Vorgabe des zeitlichen Verlaufs des Ladestroms wird insbesondere ein Öffnungszeitpunkt des Kraftstoffinjektors beeinflusst. Damit ist selbst bei Ausnutzung einer maximalen Ladespannung noch eine Erhöhung oder Verringerung der Einspritzmenge, insbesondere im Rahmen eines Kleinstmengenverhaltens, möglich.By changing or specifying the time profile of the charging current, in particular an opening time of the fuel injector is influenced. Thus, even with utilization of a maximum charging voltage, an increase or decrease in the injection quantity, in particular in the context of a very small quantity behavior, is possible.
Vorzugsweise wird bei der Vorgabe des zeitlichen Verlaufs des Ladestroms eine vorgegebene Ladungsmenge berücksichtigt. Damit kann gegenüber einer herkömmlichen Ansteuerung mit Variation der Ansteuerspannung bei gleichbleibender Ladungsmenge eine Erhöhung der Einspritzmenge erreicht werden.Preferably, in the specification of the time profile of the charging current, a predetermined amount of charge is taken into account. This can be achieved with respect to a conventional control with variation of the control voltage with a constant charge amount, an increase in the injection quantity.
Vorteilhafterweise wird zur Erhöhung der Einspritzmenge der zeitliche Verlauf des Ladestroms derart geregelt, dass der Piezoinjektor früher öffnet. Dazu wird der zeitliche Verlauf des Ladestroms derart geregelt, dass ein Wert der Ladespannung, der zum Öffnen des Piezoinjektors führt, früher erreicht wird. Die steigende Flanke des Lade- bzw. Ansteuerspannungsverlaufs einer größeren Einspritzmenge ist steiler als die steigende Flanke des Lade- bzw. Ansteuerspannungsverlaufs einer kleineren Einspritzmenge. Beispielsweise wird dazu zunächst ein hoher Strom angelegt, der über die Zeit abfällt. Der anfänglich hohe Strom bewirkt ein frühes Öffnen des Kraftstoffinjektors, wodurch die Einspritzung früher erfolgen kann.Advantageously, to increase the injection quantity, the time profile of the charging current is controlled such that the piezo injector opens earlier. For this purpose, the time profile of the charging current is controlled such that a value of the charging voltage, which leads to the opening of the piezoelectric injector, is reached earlier. The rising edge of the charging or Ansteuerspannungsverlaufs a larger injection quantity is steeper than the rising edge of the charging or Ansteuerspannungsverlaufs a smaller injection quantity. For example, a high current is initially applied, which drops over time. The initially high current causes an early opening of the fuel injector, whereby the injection can take place earlier.
Es ist von Vorteil, wenn zu einer Verringerung der Einspritzmenge der zeitliche Verlauf des Ladestroms derart geregelt, dass der Piezoinjektor später öffnet. Dazu wird der zeitliche Verlauf des Ladestroms derart geregelt, dass ein Wert der Ladespannung, der zum Öffnen des Piezoinjektors führt, später erreicht wird. Die steigende Flanke des Lade- bzw. Ansteuerspannungsverlaufs einer größeren Einspritzmenge ist flacher als die steigende Flanke des Lade- bzw. Ansteuerspannungsverlaufs einer kleineren Einspritzmenge. Beispielsweise wird dazu zunächst ein niedriger Strom angelegt, der über die Zeit ansteigt. Der erst später einsetzende hohe Strom bewirkt ein spätes Öffnen des Kraftstoffinjektors, wodurch die Einspritzung erst später erfolgt.It is advantageous if, in order to reduce the injection quantity, the time profile of the charging current is regulated in such a way that the piezo injector opens later. For this purpose, the time profile of the charging current is controlled such that a value of the charging voltage, which leads to the opening of the piezo injector is achieved later. The rising edge of the charge or Ansteuerspannungsverlaufs a larger injection quantity is flatter than the rising edge of the charge or Ansteuerspannungsverlaufs a smaller injection quantity. For example, a low current is initially applied for this purpose Time is rising. The high current, which starts only later, causes the fuel injector to open later, whereby the injection takes place later.
Es ist auch von Vorteil, wenn zum Betrieb einer Brennkraftmaschine mit mehreren Kraftstoffinjektoren mit je einem Piezoaktor die Einspritzmenge jedes Kraftstoffinjektors separat mit einem Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche gesteuert wird. Damit lassen sich fertigungsbedingte Abweichungen von einer Soll-Einspritzmenge einfach und ohne Abhängigkeit von einer maximalen Ansteuerspannung effektiv regeln bzw. ausgleichen.It is also advantageous if, for operating an internal combustion engine having a plurality of fuel injectors, each with a piezoelectric actuator, the injection quantity of each fuel injector is controlled separately by a method according to one of the preceding claims. In this way, production-related deviations from a desired injection quantity can be regulated and / or compensated simply and without dependence on a maximum activation voltage.
Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z.B. ein Steuergerät, insbesondere ein Motorsteuergerät, eines Kraftfahrzeugs, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.An arithmetic unit according to the invention, e.g. a control unit, in particular an engine control unit, of a motor vehicle is, in particular programmatically, configured to perform a method according to the invention.
Auch die Implementierung des Verfahrens in Form von Software ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere wenn ein ausführendes Steuergerät noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere Disketten, Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, CD-ROMs, DVDs u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich.The implementation of the method in the form of software is also advantageous, since this causes particularly low costs, in particular if an executing control device is still used for further tasks and therefore exists anyway. Suitable data carriers for providing the computer program are, in particular, floppy disks, hard disks, flash memories, EEPROMs, CD-ROMs, DVDs and the like. It is also possible to download a program via computer networks (Internet, intranet, etc.).
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.Further advantages and embodiments of the invention will become apparent from the description and the accompanying drawings.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination indicated, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.The invention is illustrated schematically by means of exemplary embodiments in the drawing and will be described in detail below with reference to the drawing.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Ausführungsform(en) der ErfindungEmbodiment (s) of the invention
In
Beispielhaft ist ein Zylinder
Eine als Motorsteuergerät ausgebildete Recheneinheit
In
In Ansicht (a) ist ein zeitlich konstanter Verlauf
In Ansicht (b) ist ein abfallender zeitlicher Verlauf
Der erhöhte Ladestrom zu Beginn bedeutet, dass zunächst mehr Ladung auf den Piezoaktor aufgebracht wird als bei einem üblichen Verlauf wie in Ansicht (a). Das bedeutet auch, dass die Ladespannung bzw. Ansteuerspannung schneller ansteigt bzw. eine steilere steigende Flanke hat und daher ein Wert U0 der Ansteuerspannung, der zum Öffnen des Piezoinjektors führt, früher erreicht wird. Der Kraftstoffinjektor öffnet schneller bzw. früher, d.h. eine Einspritzung von Kraftstoff erfolgt früher, wie im rechten Diagramm dargestellt. Die gesamte Einspritzmenge wird somit erhöht. The increased charge current at the beginning means that initially more charge is applied to the piezoelectric actuator than in a conventional course as in view (a). This also means that the charging voltage or drive voltage rises faster or has a steeper rising edge and therefore a value U 0 of the drive voltage, which leads to the opening of the piezoelectric injector, is reached earlier. The fuel injector opens faster or earlier, ie an injection of fuel takes place earlier, as shown in the right diagram. The total injection quantity is thus increased.
In Ansicht (c) ist ein ansteigender zeitlicher Verlauf
Da der Ladestrom erst zum Ende hin einen hohen Wert erreicht, wird zunächst weniger Ladung auf den Piezoaktor aufgebracht als bei einem üblichen Verlauf wie in Ansicht (a) dargestellt. Das bedeutet auch, dass die Ladespannung bzw. Ansteuerspannung langsamer ansteigt bzw. eine flachere steigende Flanke hat und daher der Wert U0 der Ansteuerspannung, der zum Öffnen des Piezoinjektors führt, später erreicht wird. Der Kraftstoffinjektor öffnet langsamer bzw. später, d.h. eine Einspritzung von Kraftstoff erfolgt erst später, wie im rechten Diagramm dargestellt. Die gesamte Einspritzmenge wird somit verringert.Since the charging current only reaches a high value towards the end, less charge is initially applied to the piezoelectric actuator than in the case of a conventional progression as shown in view (a). This also means that the charging voltage or drive voltage increases more slowly or has a flatter rising edge and therefore the value U 0 of the drive voltage, which leads to the opening of the piezoelectric injector, is reached later. The fuel injector opens slower or later, ie an injection of fuel takes place later, as shown in the right diagram. The total injection quantity is thus reduced.
Die Einspritzvorgänge der
Es sei noch angemerkt, dass die hier dargestellten zeitlichen Verläufe des Ladestroms idealisiert sind, d.h. in der Realität wird der Verlauf nicht exakt linear, sondern eher gekrümmt erfolgen. Zudem kann der Verlauf auch, je nach gewünschtem Verhalten bzw. benötigter Einspritzmenge, beliebig angepasst werden.It should be noted that the charging current timings shown here are idealized, i. in reality, the course will not be exactly linear, but rather curved. In addition, the course can also be adjusted as required, depending on the desired behavior or required injection quantity.
Da hier lediglich der zeitliche Verlauf des Ladestroms verändert wird und die Ladungsmenge bzw. die Ladespannung konstant bleibt, wird gegenüber einem herkömmlichen Ansteuerverfahren nicht mehr Ansteuerenergie verbraucht. Dadurch ist eine Mengenregelung auch bei Erreichen einer maximal möglichen Ansteuerspannung noch möglich bzw. ein Mengen-Bereich für die mögliche Einspritzmenge, die bereitgestellt werden kann, wird erhöht.Since only the time profile of the charging current is changed here and the amount of charge or the charging voltage remains constant, no more driving energy is consumed compared with a conventional driving method. As a result, a volume control is still possible even when a maximum possible drive voltage is reached, or an amount range for the possible injection quantity that can be provided is increased.
Bei einer Brennkraftmaschine mit mehreren Kraftstoffinjektoren (also auch mehreren Zylindern) kann jeder Kraftstoffinjektor bzw. der zugehörige Piezoaktor separat mit einem angepassten zeitlichen Verlauf des Ladestroms angesteuert werden. Fertigungsbedingte Abweichungen der einzelnen Kraftstoffinjektoren hinsichtlich einer Soll-Einspritzmenge können dadurch ausgeglichen werden.In an internal combustion engine having a plurality of fuel injectors (that is to say also a plurality of cylinders), each fuel injector or the associated piezoelectric actuator can be controlled separately with an adapted time profile of the charging current. Production-related deviations of the individual fuel injectors with respect to a desired injection quantity can be compensated.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R012 | Request for examination validly filed |