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Title:
DEVICE AND METHOD FOR TRIGGERING THE PIEZO ACTUATOR OF A CONTROL VALVE OF A PUMP-NOZZLE UNIT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2003/091559
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a device (80) and a method for triggering the piezo actuator (76) of a control valve (22) of a pump-nozzle unit. Non-linearities and/or hysteresis properties between the piezo energy (E) and piezo travel (x) are at least partly compensated. Preferably, additional systematic disturbance variables such as the piezo temperature or the combined forces acting on the piezo actuator (76) are also corrected or compensated.

Inventors:
BEILHARZ JOERG (DE)
PIRKL RICHARD (DE)
Application Number:
PCT/DE2003/001323
Publication Date:
November 06, 2003
Filing Date:
April 23, 2003
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AG (DE)
BEILHARZ JOERG (DE)
PIRKL RICHARD (DE)
International Classes:
F02D41/20; F02M61/16; F02M63/00; (IPC1-7): F02D41/20
Foreign References:
EP1138915A12001-10-04
EP1138914A12001-10-04
DE10130857A12002-03-14
DE19958406A12001-06-07
Attorney, Agent or Firm:
WILHELM & BECK (München, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Vorrichtung (80) zur Ansteuerung des PiezoAktuators (76) eines Steuerventils (22) einer PumpeDüseEinheit, dadurch gekennzeichnet, dass sie Kompensationsmittel (82) aufweist, die Nichtlineari täten und/oder Hystereseeigenschaften zwischen PiezoEnergie (E) und PiezoHub (x) zumindest teilweise kompensieren.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, . dass die Kompensationsmittel (82) erste Mittel (84) aufwei sen, die einen exemplarisch bestimmten Zusammenhang zwischen PiezoEnergie (E) und PiezoHub (x) wiedergeben.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensationsmittel (82) zumindest eine weitere Störgröße zumindest teilweise kompensieren.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Störgröße die Abhängigkeit der zur Erzielung eines vorgegebenen PiezoHubs (x) erforderlichen PiezoEnergie (E) von der Temperatur (3) ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensationsmittel (82) zweite Mittel (86) aufwei sen, die einen exemplarisch bestimmten Zusammenhang zwischen PiezoEnergie (E) und Temperatur (9) für zumindest einen konstanten PiezoHub (x) wiedergeben.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Störgröße die Kraftkollektivabhängigkeit (f (SOI, EOI, n)) der zur Erzielung eines vorgegebenen PiezoHubs (x) erforderlichen PiezoEnergie (E) ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Kompensationsmittel (82) dritte Mittel (88) aufwei sen, die einen exemplarisch bestimmen Zusammenhang zwischen dem auf den PiezoAktuator (76) wirkenden Kraftkollektiv (f (SOI, EOI, n) ) und der PiezoEnergie (E) für zumindest ei nen konstanten PiezoHub (x) wiedergeben.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensationsmittel (82) einen PiezoHubSollwert (soll) auf einen PiezoEnergieSollwert (Esoll) abbilden.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine PiezoEnergieRegelungseinrichtung (90) auf weist, welcher der PiezoEnergieSollwert (Esoll) zugeführt wird.
10. Verfahren zur Ansteuerung des PiezoAktuators (76) eines Steuerventils (22) einer PumpeDüseEinheit, dadurch gekennzeichnet, dass es den Schritt der zumindest teilweisen Kompensation von Nichtlinearitäten und/oder Hystereseeigenschaften zwischen PiezoEnergie (E) und PiezoHub (x) umfasst.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zur zumindest teilweisen Kompensation von Nichtlinearitäten und/oder Hystereseeigenschaften zwischen PiezoEnergie (E) und PiezoHub (x) ein exemplarisch bestimm ter Zusammenhang zwischen PiezoEnergie (E) und PiezoHub (x) ausgewertet wird.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass es weiterhin den Schritt der zumindest teilweisen Kom pensation von zumindest einer Störgröße umfasst.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Störgröße die Abhängigkeit der zur Erzielung eines vorgegebenen PiezoHubs (x) erforderlichen PiezoEnergie (E) von der Temperatur (9) ist.
14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass zur zumindest teilweisen Kompensation der Abhängigkeit von der Temperatur (s) ein exemplarisch bestimmter Zusammen hang zwischen PiezoEnergie (E) und Temperatur (9) für zu mindest einen konstanten PiezoHub (x) ausgewertet wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Störgröße die Kraftkollektivabhängigkeit (f (SOI, EOI, n) ) der zur Erzielung eines vorgegebenen PiezoHubs (x) erforderlichen PiezoEnergie (E) ist.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass zur zumindest teilweisen Kompensation der Kraftkollek tivabhängigkeit (f (SOI, EOI, n) ) ein exemplarisch bestimmter Zusammenhang zwischen dem auf den PiezoAktuator (76) wirken den Kraftkollektiv (f (SOI, EOI, n) ) und der PiezoEnergie (E) für zumindest einen konstanten PiezoHub (x) ausgewertet wird.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass es einen PiezoHubSollwert (x50ll) auf einen Piezo EnergieSollwert (Esoll) abbildet.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass es die Zuführung des PiezoEnergieSollwertes (Esoll) zu einer PiezoEnergieRegelungseinrichtung umfasst.
Description:
Beschreibung Vorrichtung und Verfahren zur Ansteuerung des Piezo-Aktuators eines Steuerventils einer Pumpe-Düse-Einheit Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Ansteuerung des Piezo-Aktuators eines Steuerventils einer Pumpe-Düse-Einheit.

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 Kraft- stoffeinspritzdüse, 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 Schließ- kraft auf die Düsennadel ausübt, und einen dritten Druckraum, der mit dem ersten Druckraum kommuniziert, wobei in dem drit- ten 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 wesentli- ches Merkmal eines druckgesteuerten Einspritzsystems besteht darin, dass die Kraftstoffeinspritzdüse öffnet, sobald eine zumindest vom aktuell herrschenden Drücken beeinflusste Off- nungskraft auf die Düsennadel ausgeübt wird. Derartige druck- gesteuerte 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 Men- genstroms 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 Brennkraftmaschi- ne wird zumindest eine Pumpe-Düse-Einheit vorgesehen, die in der Regel in den Zylinderkopf eingebaut wird. Die Kraftstoff- pumpe umfasst dabei typischerweise einen in einem Kraftstoff- pumpenzylinder hin und her beweglichen Kraftstoffpumpenkol- ben, der entweder direkt über einen Stößel oder indirekt über Kipphebel von einer Nockenwelle der Brennkraftmaschine ange- trieben wird. Der üblicherweise den ersten Druckraum bildende Abschnitt des Kraftstoffpumpenzylinders ist über ein Steuer- ventil mit einem Kraftstoff-Niederdruckbereich verbindbar, wobei bei geöffnetem Steuerventil Kraftstoff von dem Kraft- stoff-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 ers- ten Druckraum befindlichen Kraftstoffs und somit ein Druck- aufbau. Es ist bekannt, das Steuerventil in Form eines Mag- netventils vorzusehen. Magnetventile weisen jedoch üblicher- weise eine relativ lange Ansprechzeit auf, was insbesondere dadurch bedingt ist, dass der Magnetanker eines Magnetventils aufgrund der von seiner Masse abhängigen Massenträgheitskräf- te 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 hervorgerufe- nen 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 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.

Das Schließen des Steuerventils erfolgt, indem der Piezo- Aktuator einen vorgegebenen Hub ausführt. Hierzu wird der Piezo-Aktuator mit einer definierten Energiemenge geladen.

Das Ende einer Einspritzung wird durch das Wiederöffnen des Steuerventils eingeleitet. Der Piezo-Aktuator muss zu diesem Zweck durch einen Entladevorgang in seine ursprüngliche Ruhe- lage zurückgebracht werden. Beispielsweise zur Erhöhung des Düsennadelöffnungsdrucks und für Geräuschoptimierungen ist es vorteilhaft, wenn das Steuerventil beziehungsweise der Piezo- Aktuator für Teilhübe ausgelegt ist. Dabei kann die elektri- sche Ansteuerung in vorteilhafter Weise verschiedene Energie- niveaus zur Erzielung der Teilhübe bereitstellen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäßen Vorrichtungen und Verfahren derart weiterzubilden, dass eine genauere Positionierung von Voll-und/oder Teilhüben des Steuerventils ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen An- sprüche gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfin- dung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung baut auf dem gattungsgemäßen Stand der Technik dadurch auf, dass sie Kompensationsmittel aufweist, die Nichtlinearitäten und/oder Hystereseeigenschaf-

ten zwischen Piezo-Energie und Piezo-Hub zumindest teilweise kompensieren. Dabei wird insbesondere im Zusammenhang mit Teilhüben des Steuerventils bevorzugt, dass sowohl die Nicht- linearitäten als auch die Hystereseeigenschaften zwischen Piezo-Energie und Piezo-Hub vollständig kompensiert werden.

Zu diesem Zweck ist bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorzugsweise vorgesehen, dass die Kompensationsmittel erste Mittel aufweisen, die einen exemplarisch bestimmten Zusammen- häng zwischen Piezo-Energie und Piezo-Hub wiedergeben. Bei der exemplarischen Bestimmung des Zusammenhangs zwischen Pie- zo-Energie und Piezo-Hub wird der Lade-und der Entladevor- gang des Piezo-Aktuators vorzugsweise getrennt berücksich- tigt, insbesondere zur Erfassung der Hystereseeigenschaften.

Weiterhin ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass die Kom- pensationsmittel zumindest eine weitere Störgröße zumindest teilweise kompensieren.

Eine bevorzugte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrich- tung sieht dabei vor, dass eine Störgröße die Abhängigkeit der zur Erzielung eines vorgegebenen Piezo-Hubs erforderli- chen Piezo-Energie von der Temperatur ist. Diese Lösung ist vorteilhaft, weil auch die Temperaturabhängigkeit eine genaue Positionierung insbesondere bei Teilhüben des Steuerventils erschwert.

In diesem Zusammenhang ist vorzugsweise weiterhin vorgesehen, dass die Kompensationsmittel zweite Mittel aufweisen, die ei- nen exemplarisch bestimmten Zusammenhang zwischen Piezo- Energie und Temperatur für zumindest einen konstanten Piezo- Hub wiedergeben. Dabei können die zweiten Mittel, ebenso wie die ersten Mittel, beispielsweise durch eine geeignete Spei- chereinrichtung gebildet sein, in der die entsprechenden Kennlinien abgelegt sind, beispielsweise in Form von Funkti- onstermen und/oder von jeweiligen Wertepaaren.

Bei einer ebenfalls bevorzugten Weiterbildung der erfindungs- gemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass eine Störgröße die Kraftkollektivabhängigkeit der zur Erzielung eines vorgegebe- nen Piezo-Hubs erforderlichen Piezo-Energie ist. Das auf den Piezo-Aktuator wirkende Kraftkollektiv beziehungsweise die auf den Piezo-Aktuator wirkende Kraftresultierende setzt sich beim Betrieb einer Pumpe-Düse-Einheit aus hydraulischen und mechanischen Kräften zusammen und variiert für unterschiedli- che Motorbetriebszustände. Beispielsweise haben der jeweilige SOI (SOI = start of injection/Einspritzbeginn), der jewei- lige EOI (EOI = end of injection/Einspritzende) sowie die aktuelle Motordrehzahl n einen Einfluss auf die jeweilige Kraftresultierende.

In diesem Zusammenhang ist vorzugsweise weiterhin vorgesehen, dass die Kompensationsmittel dritte Mittel aufweisen, die ei- nen exemplarisch bestimmten Zusammenhang zwischen dem auf den Piezo-Aktuator wirkenden Kraftkollektiv und der Piezo-Energie für zumindest einen konstanten Piezo-Hub wiedergeben. Gegebe- nenfalls ist die exemplarische Bestimmung zusätzlich oder al- ternativ auch in Abhängigkeit von unterschiedlichen Tempera- turen durchzuführen. Auch die dritten Mittel können bei- spielsweise durch geeignete Speichereinrichtungen gebildet sein, in denen die jeweiligen Kennlinien in geeigneter Form abgelegt sind, beispielsweise in Form von Funktionstermen o- der Wertepaaren. Die ersten, zweiten und dritten Mittel kön- nen entweder als separate Baugruppen oder gemeinsam verwirk- licht werden, beispielsweise in Form von getrennten Speicher- bereichen.

Für alle Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird bevorzugt, dass die Kompensationsmittel einen Piezo-Hub- Sollwert auf einen Piezo-Energie-Sollwert abbilden. Dies ent- spricht einer Transformation von Energie zu Hub.

In diesem Zusammenhang wird es als besonders vorteilhaft er- achtet, wenn bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung weiterhin

vorgesehen ist, dass sie eine Piezo-Energie-Regelungseinrich- tung aufweist, welcher der Piezo-Energie-Sollwert zugeführt wird. Die Piezo-Energie-Regelungseinrichtung kann dabei bei- spielsweise einen Energieregler, eine Endstufe sowie eine ge- eignete Messwerterfassung aufweisen, wobei der von der Mess- werterfassung gelieferte Piezo-Energie-Istwert vorzugsweise von dem Piezo-Energie-Sollwert subtrahiert werden kann.

Das erfindungsgemäßen Verfahren zur Ansteuerung des Piezo- Aktuators eines Steuerventils einer Pumpe-Düse-Einheit baut auf dem gattungsgemäßen Stand der Technik dadurch auf, dass es den Schritt der zumindest teilweisen Kompensation von Nichtlinearitäten und/oder Hystereseeigenschaften zwischen Piezo-Energie und Piezo-Hub umfasst. Dadurch ergeben sich die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erläu- terten Vorteile in gleicher oder ähnlicher Weise, weshalb zur Vermeidung von Wiederholungen auf die entsprechenden Ausfüh- rungen verwiesen wird.

Gleiches gilt sinngemäß für die folgenden bevorzugten Ausfüh- rungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei auch diesbezüglich auf die entsprechenden Ausführungen im Zusam- menhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwiesen wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird bevorzugt, dass zur zumindest teilweisen Kompensation von Nichtlinearitäten und/oder Hystereseeigenschaften zwischen Piezo-Energie und Piezo-Hub ein exemplarisch bestimmter Zusammenhang zwischen Piezo-Energie und Piezo-Hub ausgewertet wird.

Auch für das erfindungsgemäße Verfahren wird bevorzugt, dass es weiterhin den Schritt der zumindest teilweisen Kompensati- on von zumindest einer Störgröße umfasst.

Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfah- rens sieht vor, dass eine Störgröße die Abhängigkeit der zur

Erzielung eines vorgegebenen Piezo-Hubs erforderlichen Piezo- Energie von der Temperatur ist.

In diesem Zusammenhang ist vorzugsweise weiterhin vorgesehen, dass zur zumindest teilweisen Kompensation der Abhängigkeit von der Temperatur ein exemplarisch bestimmter Zusammenhang zwischen Piezo-Energie und Temperatur für zumindest einen konstanten Piezo-Hub ausgewertet wird.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass eine Störgröße die Kraftkollektiv- abhängigkeit der zur Erzielung eines vorgegebenen Piezo-Hubs erforderlichen Piezo-Energie ist.

In diesem Zusammenhang ist vorzugsweise weiterhin vorgesehen, dass zur zumindest teilweisen Kompensation der Kraftkollek- tivabhängigkeit ein exemplarisch bestimmter Zusammenhang zwi- schen dem auf den Piezo-Aktuator wirkenden Kraftkollektiv und der Piezo-Energie für zumindest einen konstanten Piezo-Hub ausgewertet wird.

Ähnlich wie bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist auch bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen, dass es einen Piezo-Hub-Sollwert auf einen Piezo-Energie-Sollwert abbildet.

Dabei wird für das erfindungsgemäße Verfahren bevorzugt, dass es die Zuführung des Piezo-Energie-Sollwertes zu einer Piezo- Energie-Regelungseinrichtung umfasst.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Nicht- linearität und die Hystereseeigenschaft zwischen Energie und Hub erkannt und funktionell kompensiert werden können. Dies kann für voll-und teilhubgesteuerte beziehungsweise geregel- te Systeme genutzt werden. Einen weiteren Schwerpunkt bildet das Erkennen und Kompensieren beziehungsweise Korrigieren von systematischen Störgrößen, insbesondere der Piezo-Temperatur und dem Kraftkollektiv. Die Erfindung ermöglicht neben einer

genaueren Positionierung der Voll-und/oder Teilhübe des Steuerventils eine symmetrische Piezo-Bewegung bezüglich des Lade-und Entladevorgangs. Weiterhin wird ein unempfindliche- res Verhalten bei Temperatur-und/oder Kraftänderungen er- zielt.

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 mit beziehungsweise bei der die erfindungs- gemäßen Vorrichtungen beziehungsweise die erfin- dungsgemäßen Verfahren angewendet werden können ; Figur 2 eine schematische Teil-Schnittansicht eines Piezo- Steuerventils, das mit der Pumpe-Düse-Einheit nach Figur 1 verwendet werden kann ; Figur 3 ein Blockschaltbild, das eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung veranschaulicht, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist ; Figur 4 ein Diagramm, das eine Messung der Nichtlinearität zwischen Piezo-Energie und Piezo-Hub veranschau- licht ; Figur 5 ein Diagramm, das eine Messung der Hystereseeigen- schaft zwischen einem Lade-und einem Entladevor- gang veranschaulicht ; und Figur 6 ein Diagramm, das eine Messung der Temperaturabhän- gigkeit für zwei konstante Piezo-Hübe veranschau- licht.

Figur 1 zeigt schematisch eine Pumpe-Düse-Einheit. Die darge- stellte Pumpe-Düse-Einheit zum Zuführen von Kraftstoff 10 in einen Verbrennungsraum 12 einer Brennkraftmaschine weist eine Kraftstoffpumpe 14-22 auf. Dabei ist ein Kraftstoffpumpenkol- ben 14 in einem Kraftstoffpumpenzylinder 16 hin und her be- wegbar. Der Kraftstoffpumpenkolben 14 wird direkt oder indi- rekt über eine nicht dargestellte Nockenwelle der Brennkraft- maschine angetrieben. Der Kompressionsraum des Kraftstoffpum- penzylinders 16 bildet einen ersten Druckraum 28. Der erste Druckraum 28 ist über eine Kraftstoffleitung 20 mit einem Piezo-Steuerventil 22 verbunden. Das Piezo-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 geöffne- ten Ruhestellung des Piezo-Steuerventils 22 wird bei einer bezogen auf Figur 1 nach oben gerichteten Bewegung des Kraft- stoffpumpenkolbens 14 Kraftstoff 10 aus dem Kraftstoff- Niederdruckbereich 18 in den ersten Druckraum 28 angesaugt.

Sofern das Piezo-Steuerventil 22 sich bei einer bezogen auf Figur 1 nach unten gerichteten Bewegung des Kraftstoffpumpen- kolbens 14 noch in seiner geöffneten Ruhestellung befindet, kann vorher in den ersten Druckraum 28 angesaugter Kraftstoff 10 wieder zurück in den Kraftstoff-Niederdruckbereich 18 ge- drückt werden. Bei einer geeigneten Ansteuerung des Piezo- Steuerventils 22 verschließt dieses die Kraftstoffleitung 20.

Dadurch wird der in den ersten Druckraum 28 angesaugte Kraft- stoff 10 bei einer nach unten gerichteten Bewegung des Kraft- stoffpumpenkolbens 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 beweg- liche 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 En- de 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 Düsennadel 46 ausübt. Die Einstellscheibe 40 ist da- bei vorzugsweise gegenüber dem zweiten Druckraum 30 nur so stark abgedichtet, dass der zweite Druck p30 vor Beginn eines neuen Einspritzzyklus bereits wieder abgebaut ist. Eine eben- falls nach unten gerichtete weitere Schließkraft wird durch eine erste Feder 36 auf den Druckstift 26 und somit die Dü- sennadel 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 auf- weisender 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 gegebenen- falls weiterer nicht dargestellter Drosseleinrichtungen wird in Abhängigkeit von dem in dem ersten Druckraum 28 herrschen- den 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 Off- nungskraft 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 pro 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 be- grenzen und zu halten kann beispielsweise ein Druckbegren- zungs-und-halteventil 34 zwischen dem ersten Druckraum 28 und dem zweiten Druckraum 30 vorgesehen sein. Die Ankopplung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 80 an

das anhand von Figur 2 näher erläuterte Piezo-Steuerventil 22 ist in Figur 1 ebenfalls dargestellt.

Figur 2 zeigt eine schematische Teil-Schnittansicht eines Piezo-Steuerventils 22, das mit der Pumpe-Düse-Einheit nach Figur 1 verwendet werden kann. Das dargestellte Piezo- Steuerventil 22 weist eine Ventilnadel 48 auf, die zum Schließen des Piezo-Steuerventils 22 in die dargestellte ers- te Endstellung und zum vollständigen Öffnen des Piezo- 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 ers- ten Endstellung befindet, wirkt ein an der Ventilnadel 48 vorgesehener Ventilteller 64 mit einem gehäuseseitigen Ven- tilsitz 62 zusammen. Dadurch wird der Kraftstoff- Niederdruckbereich 18 gegenüber einer Hochdruckkammer 38 ver- schlossen, die mit der in Figur 1 dargestellten Kraftstoff- leitung 20 in Verbindung steht. Das Piezo-Steuerventil 22 weist einen Piezo-Aktuator beziehungsweise ein Piezoelement 76 auf. 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 lie- gen 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 entgegenge- setzte 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 Ver- bindung, der über eine Ausgleichsbohrung 52 weiterhin mit ei- nem vor dem Piezoelement 76 befindlichen Aktorraum 74 in Ver-

bindung steht. Dieser Aktorraum 74 steht mit einem Rücklauf 60 in Verbindung, über den Kraftstoff aus dem Aktorraum 74 zurückströmen kann.

Figur 3 zeigt ein Blockschaltbild, das eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung veranschaulicht, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist.

Bei der dargestellten Ausführungsform wird den Kompensations- mitteln 82 ein Piezo-Hub-Sollwert Xgoii zugeführt, wobei die Kompensationsmittel 82 eine Transformation von Hub zu Energie durchführen, so dass beim Ausgang der Kompensationsmittel 82 ein Piezo-Energie-Sollwert Esoll zur Verfügung steht. Die Kom- pensationsmittel 82 umfassen erste Mittel 84, die einen exem- plarisch bestimmten Zusammenhang zwischen Piezo-Energie E und Piezo-Hub x wiedergeben, um die Nichtlinearitäten und die Hystereseeigenschaften zwischen Piezo-Energie E und Piezo-Hub x zu kompensieren. Weiterhin umfassen die Kompensationsmittel 82 zweite Mittel 86, die einen exemplarisch bestimmten Zusam- menhang zwischen Piezo-Energie E und Temperatur 9 für einen oder mehrere konstante Piezo-Hübe x wiedergeben, um die Ab- hängigkeit der zur Erzielung eines vorgegebenen Piezo-Hubs x erforderlichen Piezo-Energie E von der Temperatur 9 zu kom- pensieren. Bei der dargestellten Ausführungsform weisen die Kompensationsmittel 82 darüber hinaus dritte Mittel 88 auf, die einen exemplarisch bestimmten Zusammenhang zwischen dem auf den Piezo-Aktuator 76 wirkenden Kraftkollektiv f (SOI, EOI, n) und der Piezo-Energie E für einen oder mehrere kon- stante Piezo-Hübe x wiedergeben, um die Kraftkollektivabhän- gigkeit f (SOI, EOI, n) der zur Erzielung eines vorgegebenen Piezo-Hubs x erforderlichen Piezo-Energie zu kompensieren.

Wie erwähnt, setzt sich das auf den Piezo-Aktuator 76 wirken- de Kraftkollektiv im Betrieb der Pumpe-Düse-Einheit aus hyd- raulischen und mechanischen Kräften zusammen und hängt insbe- sondere vom Einspritzbeginn SOI, vom Einspritzende EOI und von der Motordrehzahl n ab. Die Kompensationsmittel 82 bezie- hungsweise die ersten Mittel 84, die zweiten Mittel 86 und die dritten Mittel 88 können vom Fachmann durch irgendwelche

geeigneten Schaltungseinrichtungen realisiert werden, die da- zu in der Lage sind, die exemplarisch ermittelten Kennlinien funktionell zu hinterlegen, beispielsweise in einer geeigne- ten Vorsteuerung beziehungsweise einer geeigneten Vorrege- lung. Die Kompensationsmittel 82 können insbesondere mikro- prozessorgestützt verwirklicht werden. Der von den Kompensa- tionsmitteln 82 gelieferte Piezo-Energie-Sollwert Esoll wird einer insgesamt mit 90 bezeichneten Piezo-Energie- Regelungseinrichtung zugeführt, die den Piezo-Aktuator 76 an- steuert. Die Piezo-Energie-Regelungseinrichtung 90 umfasst einen Energieregler 92, eine Endstufe 94, einen Subtrahierer 96 und eine Messwerterfassungseinrichtung 98. Der Subtrahie- rer 96 bildet die Differenz aus dem von den Kompensationsmit- teln 82 gelieferten Piezo-Energie-Sollwert Esoll und dem von der Messwerterfassungseinrichtung 98 über die Ladung Q und die Spannung U bestimmten Piezo-Energie-Istwert Eist. Die Dif- ferenz aus dem Piezo-Energie-Sollwert Esoll und dem Piezo- Energie-Istwert Eist wird dem Energieregler 92 zugeführt, des- sen Ausgangssignal das Eingangssignal der Endstufe 94 bildet, die den Piezo-Aktuator 76 ansteuert. Als Energieregler 92 kommt sowohl ein analoger Regler als auch ein digitaler Reg- ler in Betracht.

Figur 4 zeigt ein Diagramm, das eine Messung der Nichtlinea- rität zwischen Piezo-Energie und Piezo-Hub veranschaulicht und Figur 5 zeigt ein Diagramm, das eine Messung der Hystere- seeigenschaft zwischen einem Lade-und einem Entladevorgang veranschaulicht. Die in den Figuren 4 und 5 dargestellten ex- emplarisch bestimmten Kennlinien können insbesondere zur Ver- wirklichung der in Figur 3 gezeigten ersten Mittel 84 heran- gezogen werden. Die in Figur 4 veranschaulichte Nichtlineari- tät zwischen Piezo-Energie E und Piezo-Hub x lässt sich im dargestellten Fall durch die Funktion zweiter Ordnung E (x) = 0, 0344x2 + 0, 4655x-1,154 aproximieren. Die in Figur 5 ver- anschaulichten Hystereseeigenschaften wurden für den Ladevor- gang und den Entladevorgang des Piezo-Aktuators getrennt be- stimmt, wie dies durch die entsprechenden mit"Laden"bezie-

hungsweise"Entladen"bezeichneten Pfeile angedeutet ist.

Weiterhin ist der Verlust durch die mechanisch verrichtete Arbeit durch einen entsprechend gekennzeichneten Pfeil ange- deutet.

Figur 6 zeigt ein Diagramm, das eine Messung der Temperatur- abhängigkeit für zwei konstante Piezo-Hübe veranschaulicht.

Die in Figur 6 dargestellten Kurvenverläufe können insbeson- dere zur Verwirklichung der in Figur 3 dargestellten zweiten Mittel 86 herangezogen werden, wobei gegebenenfalls auch die Temperaturabhängigkeiten für deutlich mehr als zwei konstante Ventilhübe x erfasst werden können.

Die Erfindung lässt sich wie folgt zusammenfassen : Die Erfin- dung betrifft eine Vorrichtung 80 und ein Verfahren zur An- steuerung des Piezo-Aktuators 76 eines Steuerventils 22 einer Pumpe-Düse-Einheit. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass Nichtlinearitäten und/oder Hystereseeigenschaften zwischen Piezo-Energie E und Piezo-Hub x zumindest teilweise kompen- siert werden. Vorzugsweise werden darüber hinaus auch weitere systematische Störgrößen wie beispielsweise die Piezo- Temperatur oder das auf den Piezo-Aktuator 76 wirkende Kraft- kollektiv korrigiert beziehungsweise kompensiert.

Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen so- wie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung kön- nen sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.