Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs

Abstract

 Es wird eine Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs beschrieben, die mit einem Einspritzventil zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum versehen ist. Weiterhin ist eine Düsennadel innerhalb des Einspritzventils vorgesehen sowie ein piezo-elektrischen Aktor (A) zum Verstellen der Düsennadel. Ein Steuergerät (SG) ist vorhanden, mittels dem der Aktor (A) zur Verstellung der Düsennadel und damit zur Einspritzung von Kraftstoff von einer elektrischen Spannung beaufschlagbar ist. Das Steuergerät (SG) ist derart ausgebildet, dass der Aktor (A) mit einer ersten Spannung beaufschlagt wird, die keine Verstellung der Düsennadel des Einspritzventils hervorruft, und dass der Aktor nach einer Zeitdauer mit einer zweiten Spannung beaufschlagt wird, die die Verstellung der Düsennadel hervorruft.

Beschreibung

Stand der Technik

[0001] Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs, bei dem Kraftstoff von einem Einspritzventil in einen Brennraum eingespritzt wird, bei dem eine Düsennadel des Einspritzventils von einem piezo-elektrischen Aktor verstellt wird, und bei dem der Aktor zur Verstellung der Düsennadel und damit zur Einspritzung von Kraftstoff von einer elektrischen Spannung beaufschlagt wird. Die Erfindung betrifft ebenfalls eine entsprechende Brennkraftmaschine sowie ein entsprechendes Steuergerät für eine Brennkraftmaschine.

[0002] Ein derartiges Verfahren und eine derartige Brennkraftmaschine sind aus der DE 199 03 555 C2 bekannt.

[0003] Dabei ist ebenfalls bekannt, dass zwischen der Menge des eingespritzten Kraftstoffs und der an dem Aktor angelegten Spannung ein funktionaler Zusammenhang besteht. Insbesondere ist die eingespritzte Kraftstoffmenge abhängig von der Änderung der an dem Aktor anliegenden Spannung.

[0004] Nachdem der Kraftstoff von dem Einspritzventil in den Brennraum eingespritzt worden ist, wird die an den Aktor angelegte Spannung wieder abgeschaltet. Dies führt jedoch nicht dazu, dass die Spannung an dem Aktor sofort vollständig abfällt. Statt dessen verbleibt an dem Aktor ein Restpotential, dessen Größe unbekannt ist.

[0005] Dieses Restpotential ist auch vor der nächsten Ansteuerung des Aktors zum Zwecke der Einspritzung von Kraftstoff gegebenenfalls noch vorhanden. Dies hat zur Folge, dass bei dieser nächsten Ansteuerung des Aktors die Menge des eingespritzten Kraftstoffs auch von dem unbekannten Restpotential abhängig ist.

[0006] Es wäre möglich, die Größe des Restpotentials vor der nächsten Einspritzung zu messen. Ebenfalls wäre es möglich, durch entsprechende schaltungstechnische Maßnahmen zu gewährleisten, dass das Restpotential bei der nächsten Einspritzung tatsächlich Null ist. Beide Maßnahmen wären jedoch ersichtlich mit zusätzlichem Aufwand verbunden.

Aufgabe und Vorteile der Erfindung

[0007] Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Brennkraftmaschine zu schaffen, die eine Verarbeitung des Restpotentials ohne zusätzlichen Aufwand ermöglichen.

[0008] Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass der Aktor mit einer ersten Spannung beaufschlagt wird, die keine Verstellung der Düsennadel des Einspritzventils hervorruft, und dass der Aktor nach einer Zeitdauer mit einer zweiten Spannung beaufschlagt wird, die die Verstellung der Düsennadel hervorruft.

[0009] Durch die erste Spannung wird die Spannung an dem Aktor auf einen definierten Wert gesetzt. Die vor der nächsten Ansteuerung an dem Aktor anliegende Spannung ist damit bekannt und kann berücksichtigt werden. Dies wird dann dadurch erreicht, dass diejenige Spannung, mit der der Aktor angesteuert werden soll, additiv zu der ersten Spannung hinzugefügt wird. Damit ergibt sich eine Änderung der Spannung an dem Aktor genau um denjenigen Wert, der vorgesehen ist. Dies gewährleistet insgesamt, dass durch die Ansteuerung mit der adddierten, zweiten Spannung die erwünschte Menge an Kraftstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt wird. Ein zusätzlicher Aufwand ist hierzu nicht erforderlich.

[0010] Die erste Spannung ist dabei derart klein gewählt, dass die Düsennadel des Einspritzventils in jedem Fall nicht bewegt oder verstellt wird. Die erste Spannung ist andererseits derart groß gewählt, dass ein Restpotential, das in dem Aktor von seiner letzten Ansteuerung gegebenenfalls noch vorhanden ist, in jedem Fall überschritten wird.

[0011] Die Erfindung kann auch in der Form eines Computerprogramms realisiert werden, das auf einem digitalen, elektronischen Speichermedium abgespeichert ist, und dessen Programmbefehle auf einem Computer ablauffähig sind.

[0012] Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in der Zeichnung.

Ausführungsbeispiele der Erfindung

[0013] 

Figur 1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs, und

Figur 2 zeigt zwei schematische Zeitdiagramme von Signalen und Zuständen der Vorrichtung nach Figur 1.

[0014] In der Figur 1 ist eine Vorrichtung dargestellt, die für eine Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs vorgesehen ist. Die Brennkraftmaschine ist mit wenigstens einem Einspritzventil versehen, mit dem Kraftstoff in einen Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt wird. Auf den Kraftstoff wird ein Druck ausgeübt, der dazu geeignet ist, den Kraftstoff auch während der Verdichtungsphase der Brennkraftmaschine in den Brennraum einzuspritzen.

[0015] Das Einspritzventil weist eine Düsennadel auf, die in dem Einspritzventil hin- und herbewegt werden kann. In einem geöffneten Zustand der Düsennadel wird der Kraftstoff in den Brennraum eingespritzt, in einem geschlossenen Zustand wird kein Kraftstoff eingespritzt. Die Menge des eingespritzten Kraftstoffs hängt von der Stellung der Düsennadel in dem geöffneten Zustand ab.

[0016] Das Einspritzventil weist einen piezo-elektrischen Aktor auf, der zur Verstellung der Düsennadel vorgesehen ist. Zum Zwecke der Kopplung ist zwischen dem Aktor und der Düsennadel beispielsweise ein hydraulischer Koppler vorgesehen. Der Aktor kann mit einer elektrischen Spannung beaufschlagt werden, die eine Änderung der Ausdehnung des Aktors zur Folge hat. Diese Änderung der Ausdehnung wird auf die Düsennadel übertragen, so dass die Düsennadel in ihren geöffneten Zustand übergeht.

[0017] Wie erwähnt wurde, ist die Menge des eingespritzten Kraftstoffs abhängig von der Stellung der Düsennadel. Diese Stellung ist wiederum abhängig von der Änderung der Ausdehnung des Aktors. Die Änderung der Ausdehnung ist schließlich abhängig von der Änderung derjenigen Spannung, die an dem Aktor anliegt. Die Menge des eingespritzten Kraftstoffs ist somit eine Funktion der Änderung der an dem Aktor anliegenden Spannung.

[0018] Gemäß der Figur 1 ist eine Spannungsversorgung UV vorgesehen, die mindestens zwei Spannungen zur Verfügung stellt, und zwar eine erste Spannung U1 und eine zweite Spannung U2. Ein Steuergerät SG steuert einen Schalter S an, mit dem eine der beiden Spannungen U1, U2 als Aktorspannung UA weitergeschaltet wird. Die Aktorspannnung UA liegt an dem piezo-elektrischen Aktor A des beschriebenen Einspritzventils an. Die Spannungsversorgung UV und der Aktor A sind in der Figur 1 beispielhaft gegen Masse geschaltet.

[0019] In dem oberen Diagramm der Figur 2 ist die Aktorspannung UA über der Zeit t aufgetragen. Vor einem Zeitpunkt t1 ist die Größe der Aktorspannung UA nicht bekannt. Nach dem Zeitpunkt t1 weist die Aktorspannung UA den Wert der ersten Spannung U1 auf. Nach einem Zeitpunkt t2 weist die Aktorspannung UA den Wert der zweiten Spannung U2 auf. Die Differenz zwischen der ersten Spannung U1 und der zweiten Spannung U2 entspricht einer Spannung US.

[0020] Die erste Spannung U1 ist einerseits derart klein gewählt, dass die Düsennadel des Einspritzventils in jedem Fall nicht bewegt oder verstellt wird. Die erste Spannung U1 führt also nur zu einer Änderung der Ausdehnung des Aktors A, die gegebenenfalls eine Veränderung des Zustands des hydraulischen Kopplers zur Folge hat. Weder die Änderung der Ausdehnung des Aktors A selbst, noch die Veränderung des Zustands des hydraulischen Kopplers haben jedoch eine Veränderung der Stellung der Düsennadel innerhalb des Einspritzventils zur Folge.

[0021] Die erste Spannung U1 kann insbesondere in Abhängigkeit von Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine bestimmt werden, beispielsweise in Abhängigkeit von dem auf den Kraftstoff einwirkenden Druck. Die erste Spannung U1 kann sich damit über der Zeit auch ändern.

[0022] Die erste Spannung U1 ist andererseits derart groß gewählt, dass ein Restpotential, das in dem Aktor A von seiner letzten Ansteuerung gegebenenfalls noch vorhanden ist, in jedem Fall überschritten wird. Ein derartiges Restpotential kann dadurch entstehen, dass der Aktor A nach einer Beaufschlagung mit einer Spannung nicht vollständig entladen wird.

[0023] Wird der Aktor A vor dem Zeitpunkt t1 beispielsweise dadurch abgeschaltet, dass er auf Masse gelegt wird, so ist es möglich, dass die Spannung an dem Aktor A im Zeitpunkt t1 noch nicht vollständig abgefallen ist. Daraus resultiert dann das vorgenannte Restpotential. Die Größe dieses Restpotentials ist - wie bereits erwähnt wurde - nicht bekannt, was in der Figur 1 durch die punktierte Linie vor dem Zeitpunkt t1 angedeutet ist.

[0024] Die zweite Spannung U2 wird wie folgt gewählt:

[0025] Wie erwähnt wurde, ist die Menge des eingespritzten Kraftstoffs eine Funktion der Änderung der an dem Aktor A anliegenden Spannung. Bei der Änderung der an dem Aktor A anliegenden Spannung handelt es sich um die Spannung US. Es wird damit in einem ersten Schritt bestimmt, welche Spannung US erforderlich ist, um die erwünschte Menge an einzuspritzendem Kraftstoff zu erhalten. In einem zweiten Schritt wird dann diese Spannung US zu dem ersten Spannung U1 hinzuaddiert. Es ergibt sich die zweite Spannung U2, die dann an den Aktor A angelegt wird.

[0026] Wesentlich ist, dass die für die erwünschte Kraftstoffmenge erforderliche Spannung US nicht alleine den Aktor A beaufschlagt, sondern dass die Summe aus der Spannung US und der ersten Spannung U1 an den Aktor A angelegt wird. Damit wird erreicht, dass an dem Aktor A in jedem Fall - also unabhängig von jeglichem, möglicherweise vorhandenen Restpotential - eine Änderung der Spannung erfolgt, und zwar um diejenige Spannung US, die für die erwünschte Kraftstoffmenge erforderlich ist.

[0027] In dem unteren Diagramm der Figur 2 ist die Stellung E der Düsennadel des Einspritzventils über der Zeit t aufgetrage Mit dem Bezugszeichen O ist der geöffnete Zustand der Düsennadel bzw. des Einspritzventils und mit dem Bezugszeichen Z der geschlossene Zustand gekennzeichnet. Dabei hängt, wie bereits erwähnt wurde, die exakte Stellung der Düsennadel innerhalb des Einspritzventils in dem geöffneten Zustand von der an dem Aktor A angelegten Spannung ab.

[0028] Wie aus der Figur 2 zu entnehmen ist, befindet sich die Düsennadel vor dem Zeitpunkt t2 in ihrem geschlossenen Zustand. Insbesondere während der Zeitdauer dt1 von dem Zeitpunkt t1 bis zu dem Zeitpunkt t2 ändert sich die Stellung der Düsennadel nicht aus ihrem geschlossenen Zustand.

[0029] Die Zeitdauer dt1 ist derart gewählt, dass Einschwingvorgänge, die aufgrund der ersten Spannung U1 der daraus resultierenden Änderung der Ausdehnung des Aktors A und der daraus gegebenenfalls sich ergebenden Änderung des Zustands des hydraulischen Kopplers in irgend einer Weise innerhalb des Einspritzventils entstanden sind, in jedem Fall weitgehend abgeklungen sind.

[0030] Wie erläutert wurde, hat die in dem Zeitpunkt t2 an den Aktor A zusätzlich angelegte Spannung US zur Folge, dass sich die Düsennadel des Einspritzventils in ihren geöffneten Zustand bewegt, und zwar entsprechend der erwünschten, einzuspritzenden Kraftstoffmenge. Diese Bewegung bzw. Versteilung der Düsennadel erfolgt aufgrund von Trägheiten des gesamten Systems verzögert, und zwar gemäß der Figur 2 etwa nach einer Zeitdauer dt2 nach dem Zeitpunkt t2.

[0031] Es wird darauf hingewiesen, dass die in der Figur 2 im oberen Diagramm dargestellten Spannungen, wie auch die im unteren Diagramm dargestellten Zustände bzw. Stellungen der Düsennadel des Einspritzventils stark schematisiert sind. Tatsächlich verändern sich die gezeigten Größen nicht sprunghaft, sondern kurvenförmig, insbesondere in der Form von Exponentialfunktionen.

[0032] Weiterhin wird allgemein auf folgendes verwiesen:

[0033] Piezoaktoren können mit Spannungsregelung, Ladungsregelung oder Energieregelung betrieben werden. Unabhängig davon sind bestimmte Spannungen U1, U2 nötig, um mit einem vorgegebenen Strom und einer vorhandenen elektrischen Kapazität des Aktors einen Hub zu stellen. Der Hub wird dann in weiteren Einspritzimpulsen auf einen Sollwert geregelt. Dabei wird ein bestimmter Strom aufgeprägt und es wird eine bestimmte Deltaspannung U2-U1 und die Kenntnis über die Spannung U1 benötigt.

Ansprüche

1. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs, bei dem Kraftstoff von einem Einspritzventil in einen Brennraum eingespritzt wird, bei dem eine Düsennadel des Einspritzventils von einem piezo-elektrischen Aktor (A) verstellt wird, und bei dem der Aktor (A) zur Verstellung der Düsennadel und damit zur Einspritzung von Kraftstoff von einer elektrischen Spannung beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (A) mit einer ersten Spannung (U1) beaufschlagt wird, die keine Verstellung der Düsennadel des Einspritzventils hervorruft, und dass der Aktor (A) nach einer Zeitdauer (dt1) mit einer zweiten Spannung (U2) beaufschlagt wird, die die Verstellung der Düsennadel hervorruft.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Spannung (U2) derart gewählt wird, dass die Differenz zwischen der zweiten und der ersten Spannung (U2, U1) etwa derjenigen Spannung (US) entspricht, mit der der Aktor (A) für eine erwünschte Verstellung der Düsennadel angesteuert werden muss.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Spannung (U1 in Abhängigkeit von Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine eingestellt wird, insbesondere in Abhängigkeit von dem auf den Kraftstoff einwirkenden Druck.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitdauer (dt1) derart gewählt wird, dass Einschwingvorgänge innerhalb des Einspritzventils ausreichend abgeklungen sind.

5. Computerprogramm mit Programmbefehlen, die dazu geeignet sind, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 durchzuführen, wenn sie auf einem Computer ausgeführt werden.

6. Computerprogramm nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass es auf einem digitalen, elektronischen Speichermedium, insbesondere einem Flash-Memory abgespeichert ist.

7. Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einem Einspritzventil zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum, mit einer Düsennadel innerhalb des Einspritzventils, mit einem piezo-elektrischen Aktor (A) zum Verstellen der Düsennadel, und mit einem Steuergerät (SG), mittels dem der Aktor (A) zur Verstellung der Düsennadel und damit zur Einspritzung von Kraftstoff von einer elektrischen Spannung beaufschlagbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (SG) derart ausgebildet ist, dass der Aktor (A) mit einer ersten Spannung (U1 beaufschlagt wird, die keine Verstellung der Düsennadel des Einspritzventils hervorruft, und dass der Aktor (A) nach einer Zeitdauer (dt1) mit einer zweiten Spannung (U2) beaufschlagt wird, die die Verstellung der Düsennadel hervorruft.

8. Steuergerät zum Betreiben einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs, wobei die Brennkraftmaschine mit einem Einspritzventil zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum versehen ist, sowie mit einer Düsennadel innerhalb des Einspritzventils, sowie mit einem piezo-elektrischen Aktor (A) zum Verstellen der Düsennadel, und wobei mittels dem Steuergerät (SG) der Aktor (A) zur Verstellung der Düsennadel und damit zur Einspritzung von Kraftstoff von einer elektrischen Spannung beaufschlagbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (SG) derart ausgebildet ist, dass der Aktor (A) mit einer ersten Spannung (U1) beaufschlagt wird, die keine Verstellung der Düsennadel des Einspritzventils hervorruft, und dass der Aktor (A) nach einer Zeitdauer (dt1) mit einer zweiten Spannung (U2) beaufschlagt wird, die die Verstellung der Düsennadel hervorruft.

Zeichnung