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Dokumentenidentifikation EP1472455 16.11.2006
EP-Veröffentlichungsnummer 0001472455
Titel VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR ANSTEUERUNG EINES STEUERVENTILS EINER PUMPE-DÜSE-EINHEIT
Anmelder Volkswagen Mechatronic GmbH & Co. KG, 09366 Stollberg, DE
Erfinder KRONBERGER, Maximilian, 93053 Regensburg, DE
DE-Aktenzeichen 50305256
Vertragsstaaten DE, FR, GB, IT
Sprache des Dokument DE
EP-Anmeldetag 03.02.2003
EP-Aktenzeichen 037080157
WO-Anmeldetag 03.02.2003
PCT-Aktenzeichen PCT/DE03/00298
WO-Veröffentlichungsnummer 2003067074
WO-Veröffentlichungsdatum 14.08.2003
EP-Offenlegungsdatum 03.11.2004
EP date of grant 04.10.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 16.11.2006
IPC-Hauptklasse F02M 57/02(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse F02M 59/46(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   F02M 59/36(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ansteuerung eines Steuerventils einer Pumpe-Düse-Einheit, wobei das Steuerventil zumindest ein bewegliches Element aufweist, das zum Schließen des Steuerventils in eine erste Endstellung und zum vollständigen Öffnen des Steuerventils in eine zweite Endstellung bewegbar ist.

Pumpe-Düse-Einheiten dienen zum Zuführen von Kraftstoff in einen Verbrennungsraum einer Brennkraftmaschine. Dabei kann es sich beispielsweise um eine Pumpe-Düse-Einheit mit einer Steuer- und/oder regelbaren Kraftstoffpumpe, einer Kraftstoffeinspritzdüse, die eine zwischen einer Schließstellung und einer Öffnungsstellung hin und her bewegliche Düsennadel aufweist, einem ersten Druckraum, der von der Kraftstoffpumpe mit unter einem ersten Druck stehenden Kraftstoff befüllbar ist, einem zweiten Druckraum, wobei in dem zweiten Druckraum unter einem zweiten Druck stehender Kraftstoff eine Schließkraft auf die Düsennadel ausübt, und einem dritten Druckraum, der mit dem ersten Druckraum kommuniziert, wobei in den dritten Druckraum unter einem dritten Druck stehender Kraftstoff eine Öffnungskraft auf die Düsennadel ausübt, handeln.

Pumpe-Düse-Einheiten werden insbesondere im Zusammenhang mit druckgesteuerten Einspritzsystemen verwendet. Ein wesentliches Merkmal eines druckgesteuerten Einspritzsystems besteht darin, dass die Kraftstoffeinspritzdüse öffnet, sobald eine zumindest von aktuell herrschenden Drücken beeinflusste Öffnungskraft auf die Düsennadel ausgeübt wird. Derartige druckgesteuerte Einspritzsysteme dienen der Kraftstoffdosierung, der Kraftstoffaufbereitung, der Formung des Einspritzverlaufs und einer Abdichtung der Kraftstoffzuführung gegen den Verbrennungsraum der Brennkraftmaschine. Mit druckgesteuerten Einspritzsystemen lässt sich der zeitliche Verlauf des Mengenstroms während der Einspritzung in vorteilhafter Weise steuern. Damit kann ein positiver Einfluss auf die Leistung, den Kraftstoffverbrauch und die Schadstoffemission des Motors genommen werden.

Bei Pumpe-Düse-Einheiten sind die Kraftstoffpumpe und die Kraftstoffeinspritzdüse in der Regel als integriertes Bauteil ausgebildet. Für jeden Verbrennungsraum der Brennkraftmaschine wird zumindest eine Pumpe-Düse-Einheit vorgesehen, die in der Regel in den Zylinderkopf eingebaut wird. Die Kraftstoffpumpe umfasst dabei typischerweise einen in einem Kraftstoffpumpenzylinder hin und her beweglichen Kraftstoffpumpenkolben, der entweder direkt über einen Stößel oder indirekt über Kipphebel von einer Nockenwelle der Brennkraftmaschine angetrieben wird. Der üblicherweise den ersten Druckraum bildende Abschnitt des Kraftstoffpumpenzylinders ist über ein Steuerventil mit einem Kraftstoff-Niederdruckbereich verbindbar, wobei bei geöffnetem Steuerventil Kraftstoff von dem Kraftstoff-Niederdruckbereich in den ersten Druckraum angesaugt und bei weiterhin geöffnetem Steuerventil von dem ersten Druckraum in den Kraftstoff-Niederdruckbereich zurückgedrückt wird. Sobald das Steuerventil geschlossen wird, erfolgt durch den Kraftstoffpumpenkolben eine Komprimierung des in dem ersten Druckraum befindlichen Kraftstoffs und somit ein Druckaufbau. Es ist bekannt, das Steuerventil in Form eines Magnetventils vorzusehen. Magnetventile weisen jedoch üblicherweise eine relativ lange Ansprechzeit auf, was insbesondere dadurch bedingt ist, dass der Magnetanker eines Magnetventils aufgrund der von seiner Masse abhängigen Massenträgheitskräfte nicht beliebig schnell beschleunigt werden kann. Weiterhin erfordert auch der Aufbau des Magnetfeldes zur Erzeugung der Anzugskraft Zeit. Eine mit einem Magnetventil ausgestattete Pumpe-Düse-Einheit ist beispielsweise aus der EP 0 277 939 B1 bekannt.

Um die durch die Verwendung von Magnetventilen hervorgerufenen Probleme zu vermeiden, ist es weiterhin bereits bekannt, Pumpe-Düse-Einheiten mit einem Steuerventil auszustatten, das piezoelektrisch betrieben wird. Eine derartige Pumpe-Düse-Einheit ist beispielsweise aus der DE 198 35 494 A1 der DE 100 35 814 A1 bekannt.

Um bei einem Einspritzvorgang neben einer Haupteinspritzmenge eine zusätzliche Voreinspritzmenge und/oder eine zusätzliche Nacheinspritzmenge in den Verbrennungsraum einzubringen, ist es weiterhin bekannt, während eines Einspritzzyklus mehrere in kurzen Zeitabständen aufeinanderfolgende Einspritzimpulse auszulösen.

Optimale Brennverfahren, beispielsweise bei direkt einspritzenden Dieselmotoren, erfordern diese flexible Gestaltung des Einspritzverlaufs mit Mehrfacheinspritzung, beispielsweise Vor-, Haupt- und Nacheinspritzung. Bei höheren Drehzahlen ist zu diesem Zweck ein sehr schnelles Schließen und Öffnen des Steuerventils über dessen gesamten Hub notwendig, mit entsprechend hohen Druckgradienten. Insbesondere bei niedrigen Drehzahlen sind solche hohen Druckgradienten häufig unerwünscht, da sie Druckschwankungen auslösen. Die Abklingzeit dieser Druckschwankungen hat Einfluss auf die maximale Anzahl und Genauigkeit der Ansteuervorgänge innerhalb einer Sequenz von Mehrfacheinspritzungen. Das niedrige Druckniveau der Kraftstoffversorgung von Pumpe-Düse-Systemen begünstigt einen niedrigen Kraftstoffverbrauch, erhöht jedoch häufig die Kavitationsneigung. Höhere Druckgradienten verstärken diese Neigung, was das Motorgeräusch erhöht.

Steuerventile in Form von Magnetventilen haben in der Regel nur im vollständig geöffneten und im geschlossenen Zustand stabile Hublagen. Diese stabilen Lagen sind in der Regel durch mechanische Anschläge bestimmt. Der Hubverlauf über der Zeit hängt vom resultierenden Kraftverlauf aus Magnet-, Hydraulik- und Reibungskräften ab. Bei Steuerventilen in Form von Magnetventilen gibt es Ansätze, die Absteuerdruckgradienten durch einen stufenförmigen Hubverlauf zu vermindern. Derartige stufenförmige Hubverläufe zeigen bei Magnetventilen jedoch prinzipbedingt starke stochastische und exemplarspezifische Streuungen. Weiterhin ist die jeweilige Dauer der Teilhubphasen eng begrenzt.

Steuerventile in Form von Piezoventilen ermöglichen eine relativ stabile Ansteuerung von Teilhüben, praktisch ohne störende zeitliche Begrenzung. Allerdings gilt die dabei erreichbare Stellgenauigkeit als kritisch, da man beispielsweise bei einem Gesamthub von 200 µm eine Lagegenauigkeit der Ventilteilhübe von beispielsweise +/- 5 µm für erforderlich hält, um unerwünschte Nebenwirkungen im Einspritzverlauf zu vermeiden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäßen Verfahren und Vorrichtungen derart weiterzubilden, dass Steuerventilteilhübe mit verbesserter Lagegenauigkeit erzielt werden können, insbesondere um bei niedrigeren Motordrehzahlen hohe Druckgradienten vermeiden zu können.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche 1 und 6 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Ansteuerung eines Steuerventils einer Pumpe-Düse-Einheit baut auf dem gattungsgemäßen Stand der Technik dadurch auf, dass zur Einstellung von zumindest einer Zwischenstellung des zumindest einen beweglichen Elements zumindest zeitweise eine Regelung, insbesondere eine adaptive Regelung eingesetzt wird. Durch diese Lösung werden Ventilteilhübe mit einer hohen Lagegenauigkeit erreicht, was beispielsweise zu einer Verbesserung der Geräusch- und Abgasemissionen sowie des Drehmomentenverlaufs des Motors führt.

Ein Verfahren sieht vor, dass zumindest eine Zwischenstellung für eine vorgegebene Zeitspanne eingestellt wird, wenn das zumindest eine bewegliche Element zum Öffnen des Steuerventils von der zweiten Endstellung in die erste Endstellung bewegt wird. Durch das Einstellen von einer oder mehreren definierten Zwischenstellungen für eine oder mehrere vorgegebene Zeitspannen kann der Öffnungsvorgang des Steuerventils gezielt und definiert verlangsamt werden, beispielsweise um bei niedrigeren Motordrehzahlen hohe Druckgradienten zu vermeiden.

Dabei ist vorzugsweise weiterhin vorgesehen, dass die Ansteuerung des Steuerventils durch elektrische Ansteuerung eines Stellgliedes für das zumindest eine bewegliche Element erfolgt. Der Typ des Stellgliedes legt dabei den Typ des Steuerventils fest, beispielsweise Magnetventil oder Piezoventil.

Hinsichtlich der eigentlichen Regelung wird bevorzugt, dass die Stellgröße der Regelung eine elektrische Größe ist, mit der das Stellglied elektrisch angesteuert wird. Die elektrische Größe kann beispielsweise bei einem Piezoventil die Ansteuerspannung des Piezoelements sein.

Bei einer erstern Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Regelgröße der Regelung eine resultierende Kraft und/oder ein resultierender Kraftverlauf in Folge eines Drucks innerhalb zumindest eines Bereichs des Steuerventils ist, insbesondere ein sich beim Öffnen des Steuerventils einstellender Druck und/oder Druckverlauf innerhalb des zumindest einen Bereichs. Sofern es sich um ein Piezoventil handelt, kann der zumindest eine Bereich, beispielsweise der mit Kraftstoff gefüllte Raum vor dem Piezoelement und/oder ein Absteuerraum sein, wobei ein dort auftretender Druckanstieg einen Anstieg der Druckkraft an der Piezokeramik bewirkt, beispielsweise über einen Kolben oder ähnliches.

Dadurch ergibt sich, dass der Druck und/oder der Druckverlauf innerhalb des zumindest einen Bereichs des Steuerventils über ein Piezoelement erfasst wird.

In diesem Zusammenhang ist vorzugsweise weiterhin vorgesehen, dass das Piezoelement Bestandteil des Stellgliedes ist oder dieses bildet.

Bei besonders bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist weiterhin vorgesehen, dass der während eines aktuellen Öffnungsvorganges des Steuerventils erfasste Druck und/oder Druckverlauf innerhalb des zumindest einen Bereichs des Steuerventils für den aktuellen Öffnungsvorgang und/oder für zumindest einen nachfolgenden Öffnungsvorgang in die Regelung eingeht, insbesondere in Form von Offsetwerten zumindest einer elektrischen Größe, mit der das Stellglied angesteuert wird. Beispielsweise kann ein Anstieg der Druckkraft an einer Piezokeramik durch eine an dem Piezoelement gemessene elektrische Größe ausgewertet werden. Während des aktuellen Einspritzvorgangs, vorzugsweise spätestens ab dem nächsten Einspritzvorgang, können die gewünschten Teilhublagen dann durch Überlagerung entsprechender Offsetwerte auf den zum Auswertungszeitpunkt vorliegenden Wert der Piezo-Steuergröße erreicht werden. Die Soll-Teilhublagen können dabei innerhalb einer Mehrfachansteuerung unterschiedliche Werte' annehmen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Ansteuerung eines Steuerventils einer Pumpe-Düse-Einheit baut auf dem gattungsgemäßen Stand der Technik dadurch auf, dass sie zur Einstellung von zumindest einer Zwischenstellung des zumindest einen beweglichen Elements zumindest zeitweise eine Regelung, insbesondere eine adaptive Regelung durchführt. Dadurch ergeben sich die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erläuterten Vorteile in gleicher oder ähnlicher Weise, weshalb zur Vermeidung von Wiederholungen auf die entsprechenden Ausführungen verwiesen wird.

Gleiches gilt sinngemäß für die folgenden bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei auch bezüglich der durch diese Ausführungsformen erzielbaren Vorteile auf die entsprechenden Ausführungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verwiesen wird.

Auch bei vorteilhaften Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass sie die zumindest eine Zwischenstellung für eine vorgegebene Zeitspanne einstellt, wenn das zumindest eine bewegliche Element zum Öffnen des Steuerventils von der zweiten Endstellung in die erste Endstellung bewegt wird.

Weiterhin werden Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung als vorteilhaft erachtet, bei denen vorgesehen ist, dass sie die Ansteuerung des Steuerventils durch elektrische Ansteuerung eines Stellgliedes für das zumindest eine bewegliche Element durchführt.

Für die erfindungsgemäße Vorrichtung wird in diesem Fall bevorzugt, dass sie zur Durchführung der Regelung eine elektrische Größe als Stellgröße verwendet, mit der sie das Stellglied elektrisch ansteuert.

Ähnlich wie bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist auch bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorzugsweise vorgesehen, dass sie als Regelgröße der Regelung eine resultierende Kraft und/oder einen resultierenden Kraftverlauf in Folge eines Drucks innerhalb zumindest eines Bereichs des Steuerventils verwendet, insbesondere einen sich beim Öffnen des Steuerventils einstellenden Druck und/oder Druckverlauf innerhalb des zumindest einen Bereichs.

Insbesondere in diesem Zusammenhang sehen bevorzugte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung vor, dass der Druck und/oder der Druckverlauf innerhalb des zumindest einen Bereichs des Steuerventils über ein Piezoelement erfasst wird.

Dabei wird weiterhin bevorzugt, dass das Piezoelement Bestandteil des Stellgliedes ist oder dieses bildet.

Auch für die erfindungsgemäße Vorrichtung wird bevorzugt, dass sie den während eines aktuellen Öffnungsvorganges des Steuerventils erfassten Druck und/oder Druckverlauf innerhalb des zumindest einen Bereichs des Steuerventils für den aktuellen Öffnungsvorgang und/oder für zumindest einen nachfolgenden Öffnungsvorgang in die Regelung einbezieht, insbesondere in Form von Offsetwerten zumindest einer elektrischen Größe, mit der sie das Stellglied ansteuert.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich die Geräusch- und Abgasemissionen sowie der Drehmomentverlauf eines Verbrennungsmotors verbessern lassen, wenn zur Erhöhung der Lagegenauigkeit von Teilhüben des Steuerventils einer Pumpe-Düse-Einheit eine Regelung verwendet wird.

Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsformen beispielhaft erläutert.

Es zeigen:

Figur 1
eine schematische Ausführungsform einer Pumpe-Düse-Einheit bei beziehungsweise mit der das erfindungsgemäße Verfahren beziehungsweise die erfindungsgemäße Vorrichtung angewendet werden kann;
Figur 2
eine schematische Teil-Schnittansicht eines Steuerventils, das mit der Pumpe-Düse-Einheit nach Figur 1 verwendet werden kann; und
Figur 3
ein Flussdiagramm, das eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens veranschaulicht.

Figur 1 zeigt schematisch eine Pumpe-Düse-Einheit. Die dargestellte Pumpe-Düse-Einheit zum Zuführen von Kraftstoff 10 in einen Verbrennungsraum 12 einer Brennkraftmaschine weist eine Kraftstoffpumpe 14-22 auf. Dabei ist ein Kraftstoffpumpenkolben 14 in einem Kraftstoffpumpenzylinder 16 hin und her bewegbar. Der Kraftstoffpumpenkolben 14 wird direkt oder indirekt über eine nicht dargestellte Nockenwelle der Brennkraftmaschine angetrieben. Der Kompressionsraum des Kraftstoffpumpenzylinders 16 bildet einen ersten Druckraum 28. Der erste Druckraum 28 ist über eine Kraftstoffleitung 20 mit dem erfindungsgemäß anzusteuernden Steuerventil 22 verbunden. Das Steuerventil 22 dient dazu, die Kraftstoffleitung 20 entweder zu verschließen oder mit einem Kraftstoff-Niederdruckbereich 18 zu verbinden, aus dem Kraftstoff 10 angesaugt werden kann. In der geöffneten Ruhestellung des Steuerventils 22 wird bei einer bezogen auf Figur 1 nach oben gerichteten Bewegung des Kraftstoffpumpenkolbens 14 Kraftstoff 10 aus dem Kraftstoff-Niederdruckbereich 18 in den ersten Druckraum 28 angesaugt. Sofern das Steuerventil 22 sich bei einer bezogen auf Figur 1 nach unten gerichteten Bewegung des Kraftstoffpumpenkolbens 14 noch in seiner geöffneten Ruhestellung befindet, kann vorher in den ersten Druckraum 28 angesaugter Kraftstoff 10 wieder zurück in den Kraftstoff-Niederdruckbereich 18 gedrückt werden. Bei einer geeigneten Ansteuerung des Steuerventils 22 verschließt dieses die Kraftstoffleitung 20. Dadurch wird der in den ersten Druckraum 28 angesaugte Kraftstoff 10 bei einer nach unten gerichteten Bewegung des Kraftstoffpumpenkolbens 14 komprimiert, wodurch ein erster Druck p28 in dem ersten Druckraum 28 erzeugt wird. Die dargestellte Pumpe-Düse-Einheit umfasst weiterhin eine insgesamt mit 24 bezeichnete Kraftstoffeinspritzdüse, die eine zwischen einer Schließstellung und einer Öffnungsstellung hin und her bewegliche Düsennadel 46 aufweist. Ein Druckstift 26 kann, bezogen auf die Darstellung von Figur 1, insbesondere eine nach unten gerichtete Kraft auf die Düsennadel 46 ausüben. Am oberen Ende des Druckstifts 26 ist eine Einstellscheibe 40 vorgesehen, die in einem zweiten Druckraum 30 geführt ist, wobei in dem zweiten Druckraum 30 unter einem zweiten Druck p30 stehender Kraftstoff 10 über den Druckstift 26 eine bezogen auf die Darstellung von Figur 1 nach unten gerichtete Schließkraft auf die Stirnfläche 45 der Düsennadel 46 ausübt. Eine ebenfalls nach unten gerichtete weitere Schließkraft wird durch eine erste Feder 36 auf den Druckstift 26 und somit auf die Düsennadel 46 ausgeübt, wobei die erste Feder 36 in dem zweiten Druckraum 30 angeordnet ist und sich mit ihrem hinteren Ende an der Einstellscheibe 40 abstützt. Ein eine Schulter 44 aufweisender Abschnitt der Düsennadel 46 ist von einem dritten Druckraum 32 umgeben, der mit dem ersten Druckraum 28 über eine Verbindungsleitung 42 kommuniziert. In Abhängigkeit von der Drosselwirkung der Verbindungsleitung 42 und gegebenenfalls weiterer nicht dargestellter Drosseleinrichtungen wird in Abhängigkeit von dem in dem ersten Druckraum 28 herrschenden ersten Druck p28 in dem dritten Druckraum 32 ein dritter Druck p32 aufgebaut. Der in dem dritten Druckraum 32 unter dem dritten Druck p32 stehende Kraftstoff 10 übt eine bezogen auf die Darstellung von Figur 1 nach oben gerichtete Öffnungskraft auf die Düsennadel 46 aus. Die Düsennadel 46 nimmt ihre Öffnungsstellung ein, solange eine Differenz zwischen der durch den dritten Druck p32 verursachten Öffnungskraft und der Summe aus der durch den zweiten Druck p30 erzeugten Schließkraft und der durch die erste Feder 36 erzeugten Schließkraft einen vorgegebenen Wert überschreitet. Über den zweiten Druck p30 in dem zweiten Druckraum 30 kann somit der Düsenöffnungsdruck beeinflusst werden. Um den zweiten Druck p30 im zweiten Druckraum 30 auf jeweils geeignet Werte zu begrenzen und zu halten kann beispielsweise ein Druckbegrenzungs- und -halteventil 34 zwischen dem ersten Druckraum 28 und dem zweiten Druckraum 30 vorgesehen sein. Das Steuerventil 22 wird durch eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 80 zum Ansteuern des Steuerventils 22 angesteuert, insbesondere derart, dass sich das erfindungsgemäße Verfahren ergibt.

Figur 2 zeigt eine schematische Teil-Schnittansicht eines Steuerventils 22, das mit der Pumpe-Düse-Einheit nach Figur 1 verwendet werden kann. Das dargestellte Steuerventil 22 weist ein bewegliches Element 48 in Form einer Ventilnadel auf, die zum Schließen des Steuerventils 22 in die dargestellte erste Endstellung und zum vollständigen Öffnen des Steuerventils 22 in eine zweite Endstellung bewegt werden kann, die bezogen auf die Darstellung nach rechts verschoben ist. Wenn sich die Ventilnadel 48 in ihrer dargestellten ersten Endstellung befindet, wirkt ein an der Ventilnadel 48 vorgesehener Ventilteller 64 mit einem gehäuseseitigen Ventilsitz 62 zusammen. Dadurch wird der Kraftstoff-Niederdruckbereich 18 gegenüber einer Hochdruckkammer 38 verschlossen, die mit der in Figur 1 dargestellten Kraftstoffleitung 20 in Verbindung steht. Bei dem in Figur 2 dargestellten Steuerventil 22 handelt es sich um ein Piezoventil, das ein Piezoelement 76 aufweist. Bei geeigneter Ansteuerung des Piezoelementes 76 übt dieses über eine Stirnfläche 78 eine Kraft auf ein Druckstück 54 aus. Das Druckstück 54 überträgt die von dem Piezoelement 76 erzeugte Kraft seinerseits auf einen ersten Hebel 56 und einen zweiten Hebel 58, wobei der erste Hebel 56 und der zweite Hebel 58 dazu vorgesehen sind, eine Kraftübersetzung zu bewirken. Der erste Hebel 56 und der zweite Hebel 58 liegen an einer zweiten axialen Endfläche 72 der Ventilnadel 48 an, um die von dem Piezoelement 76 erzeugte, übersetzte Kraft auf die Ventilnadel 48 zu übertragen. Die von dem geeignet angesteuerten Piezoelement 76 erzeugte, übersetzte Kraft, die auf die Ventilnadel 48 wirkt, ist größer als eine entgegengesetzte Kraft, die von einer zweiten Feder 66 erzeugt und über ein Federdruckstück 68 auf eine erste axiale Endfläche 70 der Ventilnadel 48 ausgeübt wird. Der Kraftstoff-Niederdruckbereich 18 steht mit einem Absteuerraum 50 in Verbindung, der über eine Ausgleichsbohrung 52 weiterhin mit einem vor dem Piezoelement befindlichen Aktorraum 74 in Verbindung steht. Dieser Aktorraum 74 steht mit einem Rücklauf 60 in Verbindung, über den Kraftstoff aus dem Aktorraum 74 zurückströmen kann.

Bei Öffnungsbeginn des Steuerventils 22 (in der Regel zu dem Zeitpunkt, zu dem eine Kraftstoffeinspritzung in den Verbrennungsraum beendet ist "Förderende") entsteht in dem Absteuerraum 50 durch dessen Verbindung mit der Hochdruckkammer 38 ein Druckanstieg. Die Bohrung 52 leitet diesen Druckanstieg ungefähr mit Schallgeschwindigkeit in den mit Kraftstoff gefüllten Aktorraum 74 vor dem Piezoelement 76, was einen Anstieg der Druckkraft an der Piezokeramik bewirkt. Der im Aktorraum 76 entstehende Druckanstieg wirkt des weiteren über die als Kolben ausgebildete Ventilnadel 48 mit der Kraftübersetzung der Hebel 56 und 58 als zusätzliche Kraft über das Druckstück 54 auf die Stirnfläche 78 des Piezoelements 76. Die Resultierende dieser Kräfte stellt bei dieser Ausführungsform die Regelgröße der erfindungsgemäßen Regelung dar. Die Resultierende wird mittels einer am Piezoelement 76 zu diesem Zeitpunkt gemessenen elektrischen Größe, beispielsweise der Spannung, ausgewertet. Diese Vorgehensweise kann sowohl dann angewendet werden, wenn die Ventilnadel 48 zum vollständigen Öffnen des Steuerventils in ihre zweite Endstellung bewegt wird (Gesamthub) als auch wenn die Ventilnadel 48 eine Zwischenstellung einnehmen soll (Teilhub). Während des aktuellen Einspritzvorganges, vorzugsweise spätestens ab dem nächsten Einspritzvorgang, werden die gewünschten Teilhublagen durch Überlagerung entsprechender Offsetwerte auf den zum Auswertungszeitpunkt (= Kraftstoffförderende) vorliegenden Wert der Steuergröße der Regelung (beispielsweise der Piezospannung) erreicht. Es ist zu beachten, dass die Soll-Teilhublagen innerhalb einer Mehrfachansteuerung unterschiedliche Werte annehmen können. Wenn die Ventilnadel 48 über eine oder mehrere Zwischenstellung, deren Lage erfindungsgemäß geregelt wird, in die zweite Endstellung bewegt wird, ergibt sich ein verlangsamtes Öffnen des Ventils. Auf diese Weise können beispielsweise bei niedrigeren Motordrehzahlen unerwünschte hohe Druckgradienten zumindest verringert werden.

Figur 3 zeigt ein Flussdiagramm, das eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens veranschaulicht. Die in Figur 3 dargestellte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, die auf das Piezoelement 76 von Figur 2 angewendet werden kann, beginnt beim Schritt S1. Anschließend wird beim Schritt S2 einen externe Spannung an das Piezoelement 76 angelegt, um das Steuerventil 22 zu schließen. Sobald das Kraftstoffförderende erreicht ist wird beim Schritt S3 fortgefahren. Im Schritt S3 wird die externe Spannung vom Piezoelement 76 entfernt oder gesenkt, um das Steuerventil 22 zu öffnen. Anschließend wird die resultierende Kraft über eine elektrische Größe am Piezoelement 76 erfasst, beispielsweise über die am Piezoelement 76 anliegende Spannung. Anschließend wird im Schritt S4 die erfasste Kraft oder der erfasste Kraftverlauf im Aktorraum 74 mit einer Sollkraft oder einem Sollkraftverlauf verglichen. Weiterhin wird ein neuer Wert für die externe Spannung bestimmt, beispielsweise indem Offsetwerte geeignet festgelegt werden. Sofern das erfindungsgemäße Verfahren beim Schritt S5 nicht enden soll wird zurück zum Schritt S2 verzweigt. Anderenfalls endet das Verfahren beim Schritt S6.

Die Erfindung lässt sich wie folgt zusammenfassen: Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung 80 zur Ansteuerung des Steuerventils 22 einer Pumpe-Düse-Einheit. Insbesondere um bei niedrigen Motordrehzahlen hohe Druckgradienten bei der Ventilabsteuerung zu vermeiden, wird die Lagegenauigkeit von Ventilteilhüben durch eine Regelung, insbesondere eine adaptive Regelung, verbessert.

Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.


Anspruch[de]
Verfahren zur Ansteuerung eines Steuerventils (22) einer Pumpe-Düse-Einheit, wobei das Steuerventil (22) zumindest ein bewegliches Element (48) aufweist, das zum Schließen des Steuerventils (22) in eine erste Endstellung und zum vollständigen Öffnen des Steuerventils (22) in eine zweite Endstellung bewegbar ist, wobei zur Einstellung von zumindest einer Zwischenstellung des zumindest einen beweglichen Elements (48) zumindest zeitweise eine Regelung, insbesondere eine adaptive Regelung eingesetzt wird,

dadurch gekennzeichnet,

dass als Regelgröße der Regelung eine resultierende Kraft und/oder ein resultierender Kraftverlauf in Folge eines Drucks innerhalb zumindest eines Bereichs (50,74) des Steuerventils (22) insbesondere ein sich beim Öffnen des Steuerventils (22) einstellender Druck und/oder Druckverlauf innerhalb des zumindest einen Bereichs (50,74) verwendet wird, und dass der Druck und/oder der Druckverlauf innerhalb des zumindest einen Bereichs (50, 74) des Steuerventils (22) über ein Piezoelement (76) erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Ansteuerung des Steuerventils (22) durch elektrische Ansteuerung eines Piezoelementes (76) für das zumindest eine bewegliche Element (48) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet,

dass der Druck über eine am Piezoelement (76) anliegende Spannung erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 3,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Stellgröße der Regelung eine elektrische Größe ist, mit der das Stellglied (76) elektrisch angesteuert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,

dadurch gekennzeichnet,

dass der während eines aktuellen Öffnungsvorganges des Steuerventils (22) erfasste Druck und/oder Druckverlauf innerhalb des zumindest einen Bereichs (50, 74) des Steuerventils (22) für den aktuellen Öffnungsvorgang und/oder für zumindest einen nachfolgenden Öffnungsvorgang in die Regelung eingeht, insbesondere in Form von Offsetwerten zumindest einer elektrischen Größe, mit der ein elektrisches Stellglied (76) des Steuerventils angesteuert wird.
Vorrichtung zur Ansteuerung eines Steuerventils (22) einer Pumpe-Düse-Einheit, wobei das Steuerventil (22) zumindest ein bewegliches Element (48) aufweist, das zum Schließen des Steuerventils (22) in eine erste Endstellung und zum vollständigen Öffnen des Steuerventils (22) in eine zweite Endstellung bewegbar ist, wobei die Vorrichtung zur Einstellung von zumindest einer Zwischenstellung des zumindest einen beweglichen Elements (48) zumindest zeitweise eine Regelung, insbesondere eine adaptive Regelung aufweist,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Vorrichtung als Regelgröße der Regelung eine resultierende Kraft und/oder einen resultierenden Kraftverlauf in Folge eines Drucks innerhalb zumindest eines Bereichs (50, 74) des Steuerventils (22) verwendet, insbesondere einen sich beim Öffnen des Steuerventils (22) einstellenden Druck und/oder Druckverlauf innerhalb des zumindest einen Bereichs (50, 74),

dass die Kraft und/oder der Kraftverlauf innerhalb des zumindest einen Bereichs (50, 74) des Steuerventils (22) über ein Piezoelement (76) erfasst wird.
Vorrichtung nach Anspruch 6,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Ansteuerung des Steuerventils (22) durch elektrische Ansteuerung eines Piezoelementes (76) für das zumindest eine bewegliche Element (48) durchführbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7,

dadurch gekennzeichnet,

dass zur Durchführung der Regelung eine elektrische Größe als Stellgröße verwendbar ist, mit der das Stellglied (76) elektrisch ansteuerbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8,

dadurch gekennzeichnet,

dass sie den während eines aktuellen Öffnungsvorganges des Steuerventils (22) erfassten Druck und/oder Druckverlauf innerhalb des zumindest einen Bereichs (50, 74) des Steuerventils (22) für den aktuellen Öffnungsvorgang und/oder für zumindest einen nachfolgenden Öffnungsvorgang in die Regelung einbeziehbar ist, insbesondere in Form von Offsetwerten zumindest einer elektrischen Größe, mit der das Stellglied (76) ansteuerbar ist.
Anspruch[en]
Method for controlling a control valve (22) of a pump-nozzle unit, the control valve (22) having at least one movable element (48) which can be moved into a first end position in order to close the control valve (22), and can be moved into a second end position in order to completely open the control valve (22), a closed-loop control process, in particular an adaptive closed-loop control process, being used to set at least one intermediate position of the at least one movable element (48), at least temporarily, characterized in that a resulting force and/or a resulting force profile owing to a pressure within at least one region (50, 74) of the control valve (22), in particular a pressure and/or pressure profile which occurs within the at least one region (50, 74) when the control valve (22) opens, is used as the closed-loop control variable for performing closed-loop control, and in that the pressure and/or the pressure profile within the at least one region (50, 74) of the control valve (22) is sensed by means of a piezo element (76). Method according to Claim 1, characterized in that the control valve (22) is actuated by electrical actuation of a piezo element (76) for the at least one movable element (48). Method according to Claim 2, characterized in that the pressure is sensed by means of a voltage which is applied to the piezo element (76). Method according to Claim 3, characterized in that the manipulated variable for the closed-loop control process is an electrical variable with which the actuator element (76) is electrically actuated. Method according to one of Claims 1 to 4, characterized in that the pressure and/or pressure profile which is sensed within the at least one region (50, 74) of the control valve (22) during a current opening process of the control valve (22), for the current opening process and/or for at least one subsequent opening process, is included in the closed-loop control process, in particular in the form of offset values of at least one electrical variable with which an electrical actuator element (76) of the control valve is actuated. Device for controlling a control valve (22) of a pump-nozzle unit, the control valve (22) having at least one movable element (48) which can be moved into a first end position in order to close the control valve (22), and can be moved into a second end position in order to completely open the control valve (22), the device having a closed-loop control process, in particular an adaptive closed-loop control process, for setting at least one intermediate position of the at least one movable element (48), at least temporarily, characterized in that a resulting force and/or a resulting force profile owing to a pressure within at least one region (50, 74) of the control valve (22), in particular a pressure and/or pressure profile which occurs within the at least one region (50, 74) when the control valve (22) opens, is used as the closed-loop control variable for performing closed-loop control, and in that the pressure and/or the pressure profile within the at least one region (50, 74) of the control valve (22) is sensed by means of a piezo element (76). Device according to Claim 6, characterized in that the control valve (22) can be actuated by electrically actuating a piezo element (76) for the at least one movable element (48). Device according to Claim 7, characterized in that in order to carry out the closed-loop control process it is possible to use an electrical variable as the manipulated variable with which the actuator element (76) can be electrically actuated. Device according to one of Claims 6 to 8, characterized in that it can include the pressure and/or pressure profile sensed within the at least one region (50, 74) of the control valve (22) during a current opening process of the control valve (22), for the current opening process and/or for at least one subsequent opening process, in the closed-loop control process, in particular in the form of offset values of at least one electrical variable with which the actuator element (76) can be actuated.
Anspruch[fr]
Procédé de pilotage d'une soupape de commande (22) faisant partie d'un ensemble injecteur-pompe, la soupape de commande (22) comportant au moins un élément mobile (48) qui, pour la fermeture de la soupape de commande (22), est déplaçable dans une première position extrême et qui, pour l'ouverture complète de la soupape de commande (22), est déplaçable dans une seconde position extrême, un réglage, notamment un réglage adaptatif, étant utilisé pour établir au moins une position intermédiaire du au moins un élément mobile (48),

caractérisé en ce que l'on utilise, comme grandeur réglée du réglage, une force résultante et/ou une allure de force résultante due à une pression à l'intérieur d'au moins une zone (50, 74) de la soupape de commande (22), notamment une pression et/ou une allure de pression à l'intérieur de la au moins une zone (50, 74) s'établissant lors de l'ouverture de la soupape de commande (22), et en ce que la pression et/ou l'allure de pression à l'intérieur de la au moins une zone (50, 74) de la soupape de commande (22) sont détectées par l'intermédiaire d'un piézoélément (76).
Procédé selon la revendication 1,

caractérisé en ce que le pilotage de la soupape de commande (22) a lieu en pilotant électriquement un piézoélément (76) associé à l'élément ou aux éléments mobiles (48).
Procédé selon la revendication 2,

caractérisé en ce que la pression est détectée par l'intermédiaire d'une tension présente au niveau du piézoélément (76).
Procédé selon la revendication 3,

caractérisé en ce que la grandeur réglée du réglage est une grandeur électrique avec laquelle l'organe de réglage (76) est piloté électriquement.
Procédé selon l'une des revendications 1 à 4,

caractérisé en ce que la pression et/ou l'allure de pression qui règnent à l'intérieur de la au moins une zone (50, 74) de la soupape de commande (22) et qui sont détectées pendant le processus d'ouverture courant de la soupape de commande (22) rentrent dans le réglage du processus d'ouverture courant et/ou d'au moins un processus d'ouverture subséquent, notamment sous la forme de valeurs décalées d'au moins une grandeur électrique avec laquelle un organe électrique de réglage (76) de la soupape de commande est piloté.
Dispositif de pilotage d'une soupape de commande (22) faisant partie d'un ensemble injecteur-pompe, la soupape de commande (22) comportant au moins un élément mobile (48) qui, pour la fermeture de la soupape de commande (22), est déplaçable dans une première position extrême et qui, pour l'ouverture complète de la soupape de commande (22), est déplaçable dans une seconde position extrême, le dispositif d'établissement d'au moins une position intermédiaire du au moins un élément mobile (48) comportant, au moins temporairement, un réglage, notamment un réglage adaptatif,

caractérisé en ce que le dispositif utilise, comme grandeur réglée du réglage, une force résultante et/ou une allure de force résultante due à une pression à l'intérieur d'au moins une zone (50, 74) de la soupape de commande (22), notamment une pression et/ou allure de pression à l'intérieur de la au moins une zone (50, 74) s'établissant lors de l'ouverture de la soupape de commande (22),

en ce que la force et/ou l'allure de force à l'intérieur de la au moins une zone (50, 74) de la soupape de commande (22) sont détectées par l'intermédiaire d'un piézoélément (76).
Dispositif selon la revendication 6,

caractérisé en ce que le pilotage de la soupape de commande (22) peut être effectué en pilotant électriquement un piézoélément (76) associé à l'élément ou aux éléments mobiles (48).
Dispositif selon la revendication 7,

caractérisé en ce que, pour effectuer le réglage, on peut utiliser comme grandeur réglée une grandeur électrique avec laquelle l'organe de réglage (76) peut être piloté électriquement.
Dispositif selon l'une des revendications 6 à 8,

caractérisé en ce que ledit dispositif intègre la pression et/ou l'allure de pression qui règnent à l'intérieur de la au moins une zone (50, 74) de la soupape de commande (22) et qui sont détectées pendant un processus courant d'ouverture de la soupape de commande (22) dans le réglage du processus d'ouverture courant et/ou d'au moins un processus d'ouverture subséquent, notamment sous la forme de valeurs décalées d'au moins une grandeur électrique avec laquelle l'organe de réglage (76) peut être piloté.






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