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Title:
METHOD AND DEVICE FOR CONTROLLING A CONTROL VALVE OF A PUMP-NOZZLE UNIT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2003/067074
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method and device (80) for controlling the control valve (22) of a pump-nozzle unit. The positional accuracy of the valve lifts is increased by means of an automatic control, especially an adaptive automatic control, in order to avoid high pressure gradients at low engine speeds during the shut-off of the valve.

Inventors:
KRONBERGER MAXIMILIAN (DE)
Application Number:
PCT/DE2003/000298
Publication Date:
August 14, 2003
Filing Date:
February 03, 2003
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AG (DE)
KRONBERGER MAXIMILIAN (DE)
International Classes:
F02D41/20; F02M57/02; F02M59/36; F02M59/46; F02M61/20; F02M45/02; F02M45/04; F02M45/12; F02M63/00; (IPC1-7): F02M57/02; F02M59/36; F02M59/46
Foreign References:
DE10035814A12002-01-31
US4782807A1988-11-08
DE19939457A12001-03-01
US5036821A1991-08-06
DE19835494A12000-02-10
EP1098087A12001-05-09
EP0277939B11992-11-04
DE19835494A12000-02-10
Other References:
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 011, no. 380 (M - 650) 11 December 1987 (1987-12-11)
Attorney, Agent or Firm:
WILHELM & BECK (München, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Verfahren zur Ansteuerung eines Steuerventils (22) einer Pumpe DüseEinheit, wobei das Steuerventil (22) zumindest ein bewegliches Element (48) aufweist, das zum Schließen des Steuerventils (22) in eine erste Endstellung und zum voll ständigen Öffnen des Steuerventils (22) in eine zweite End stellung bewegbar ist dadurch gekennzeichnet, dass zur Einstellung von zumindest einer Zwischenstellung des zumindest einen beweglichen Elements (48) zumindest zeitweise eine Regelung, insbesondere eine adaptive Regelung eingesetzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Zwischenstellung für eine vorgegebene Zeitspanne eingestellt wird, wenn das zumindest eine bewegli che Element (48) zum Öffnen des Steuerventils (22) von der zweiten Endstellung in die erste Endstellung bewegt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerung des Steuerventils (22) durch elektrische Ansteuerung eines Stellgliedes (76) für das zumindest eine bewegliche Element (48) erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, d a d u. r c gekennzeichnet, dass die Stellgröße der Regelung eine elektrische Größe ist, mit der das Stellglied (76) elektrisch angesteuert wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, 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 ein stellender Druck und/oder Druckverlauf innerhalb des zumin dest einen Bereichs.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck und/oder der Druckverlauf innerhalb des zumin dest einen Bereichs (50,74) des Steuerventils (22) über ein Piezoelement (76) erfasst wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Piezoelement (76) Bestandteil des Stellgliedes ist oder dieses bildet.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der während eines aktuellen Öffnungsvorganges des Steu erventils (22) erfasste Druck und/oder Druckverlauf innerhalb des zumindest einen Bereichs (50,74) des Steuerventils (22) für den aktuellen Öffnungsvorgang und/oder für zumindest ei nen nachfolgenden Öffnungsvorgang in die Regelung eingeht, insbesondere in Form von Offsetwerten zumindest einer elekt rischen Größe, mit der das Stellglied (76) angesteuert wird.
9. Vorrichtung zur Ansteuerung eines Steuerventils (22) einer PumpeDüseEinheit, wobei das Steuerventil (22) zumindest ein bewegliches Element (48) aufweist, das zum Schließen des Steuerventils (22) in eine erste Endstellung und zum voll ständigen Öffnen des Steuerventils (22) in eine zweite End stellung bewegbar ist dadurch gekennzeichnet, dass sie zur Einstellung von zumindest einer Zwischenstellung des zumindest einen beweglichen Elements (48) zumindest zeit weise eine Regelung, insbesondere eine adaptive Regelung durchführt.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass sie die zumindest eine Zwischenstellung für eine vorge gebene Zeitspanne einstellt, wenn das zumindest eine bewegli che Element (48) zum Öffnen des Steuerventils (22) von der zweiten Endstellung in die erste Endstellung bewegt wird.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass sie die Ansteuerung des Steuerventils (22) durch elekt rische Ansteuerung eines Stellgliedes (76) für das zumindest eine bewegliche Element (48) durchführt.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass sie zur Durchführung der Regelung eine elektrische Größe als Stellgröße verwendet, mit der sie das Stellglied (76) e lektrisch ansteuert.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass sie als Regelgröße der Regelung eine resultierende Kraft und/oder einen resultierenden Kraftverlauf in Folge eines Drucks innerhalb zumindest eines Bereichs (50,74) des Steu erventils (22) verwendet, insbesondere einen sich beim Öffnen des Steuerventils (22) einstellenden Druck und/oder Druckver lauf innerhalb des zumindest einen Bereichs (50,74).
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck und/oder der Druckverlauf innerhalb des zumin dest einen Bereichs (50,74) des Steuerventils (22) über ein Piezoelement (76) erfasst wird.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Piezoelement (76) Bestandteil des Stellgliedes ist oder dieses bildet.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass sie den während eines aktuellen Öffnungsvorganges des Steuerventils (22) erfassten Druck und/oder Druckverlauf in nerhalb des zumindest einen Bereichs (50,74) des Steuerven tils (22) für den aktuellen Öffnungsvorgang und/oder für zu mindest einen nachfolgenden Öffnungsvorgang in die Regelung einbezieht, insbesondere in Form von Offsetwerten zumindest einer elektrischen Größe, mit der sie das Stellglied (76) an steuert.
Description:
Beschreibung Verfahren und Vorrichtung zur Ansteuerung eines Steuerventils einer Pumpe-Düse-Einheit Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ansteuerung eines Steuerventils einer Pumpe-Düse-Einheit, wo- bei das Steuerventil zumindest ein bewegliches Element auf- weist, das zum Schließen des Steuerventils in eine erste End- stellung 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 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 einem dritten Druckraum, der mit dem ersten Druckraum kommuniziert, wobei in den 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 von aktuell herrschenden Drücken beeinflusste Öff- 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.

Optimale Brennverfahren, beispielsweise bei direkt einsprit- zenden 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 ent- sprechend hohen Druckgradienten. Insbesondere bei niedrigen Drehzahlen sind solche hohen Druckgradienten häufig uner- wünscht, 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 Kavi- tationsneigung. Höhere Druckgradienten verstärken diese Nei- gung, 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-, Hyd- raulik-und Reibungskräften ab. Bei Steuerventilen in Form von Magnetventilen gibt es Ansätze, die Absteuerdruckgradien-

ten durch einen stufenförmigen Hubverlauf zu vermindern. Der- artige stufenförmige Hubverläufe zeigen bei Magnetventilen jedoch prinzipbedingt starke stochastische und exemplarspezi- fische Streuungen. Weiterhin ist die jeweilige Dauer der Teilhubphasen eng begrenzt.

Steuerventile in Form von Piezoventilen ermöglichen eine re- lativ stabile Ansteuerung von Teilhüben, praktisch ohne stö- rende zeitliche Begrenzung. Allerdings gilt die dabei er- reichbare Stellgenauigkeit als kritisch, da man beispielswei- se bei einem Gesamthub von 200 um eine Lagegenauigkeit der Ventilteilhübe von beispielsweise +/-5 um für erforderlich hält, um unerwünschte Nebenwirkungen im Einspritzverlauf zu vermeiden.

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

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

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

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

Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn das erfindungsgemäße Verfahren vorsieht, dass zumindest eine Zwischenstellung für eine vorgegebene Zeitspanne eingestellt wird, wenn das zumin- dest 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 Zwi- schenstellungen für eine oder mehrere vorgegebene Zeitspannen kann der Öffnungsvorgang des Steuerventils gezielt und defi- niert verlangsamt werden, beispielsweise um bei niedrigeren Motordrehzahlen hohe Druckgradienten zu vermeiden.

Dabei ist vorzugsweise weiterhin vorgesehen, dass die Ansteu- erung des Steuerventils durch elektrische Ansteuerung eines Stellgliedes für das zumindest eine bewegliche Element er- folgt. Der Typ des Stellgliedes legt dabei den Typ des Steu- erventils 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 elektri- sche Größe kann beispielsweise bei einem Piezoventil die An- steuerspannung des Piezoelements sein.

Bei bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Ver- fahrens ist weiterhin vorgesehen, dass die Regelgröße der Re- gelung 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 Druck- verlauf innerhalb des zumindest einen Bereichs. Sofern es sich um ein Piezoventil handelt, kann der zumindest eine Be- reich, 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 erfindungsge- mäßen Verfahrens ist weiterhin vorgesehen, dass der während eines aktuellen Öffnungsvorganges des Steuerventils erfasste Druck und/oder Druckverlauf innerhalb des zumindest einen Be- reichs 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 Druck- kraft 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 Teilhubla- gen dann durch Überlagerung entsprechender Offsetwerte auf den zum Auswertungszeitpunkt vorliegenden Wert der Piezo- Steuergröße erreicht werden. Die Soll-Teilhublagen können da- bei innerhalb einer Mehrfachansteuerung unterschiedliche Wer- te'annehmen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Ansteuerung eines Steu- erventils einer Pumpe-Düse-Einheit baut auf dem gattungsgemä- ßen Stand der Technik dadurch auf, dass sie zur Einstellung von zumindest einer Zwischenstellung des zumindest einen be- weglichen Elements zumindest zeitweise eine Regelung, insbe- sondere eine adaptive Regelung durchführt. Dadurch ergeben sich die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erläuterten Vorteile in gleicher oder ähnlicher Weise, wes-

halb zur Vermeidung von Wiederholungen auf die entsprechenden Ausführungen verwiesen wird.

Gleiches gilt sinngemäß für die folgenden bevorzugten Ausfüh- rungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei auch be- züglich der durch diese Ausführungsformen erzielbaren Vortei- le auf die entsprechenden Ausführungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verwiesen wird.

Auch bei vorteilhaften Ausführungsformen der erfindungsgemä- ßen 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 End- stellung bewegt wird.

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

Für die erfindungsgemäße Vorrichtung wird in diesem Fall be- vorzugt, dass sie zur Durchführung der Regelung eine elektri- sche Größe als Stellgröße verwendet, mit der sie das Stell- glied 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 Steuerven- tils einstellenden Druck und/oder Druckverlauf innerhalb des zumindest einen Bereichs.

Insbesondere in diesem Zusammenhang sehen bevorzugte Weiter- bildungen 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 Be- standteil 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 aktu- ellen Öffnungsvorgang und/oder für zumindest einen nachfol- genden Öffnungsvorgang in die Regelung einbezieht, insbeson- dere 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 ei- nes 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 erfindungs- gemäße Verfahren beziehungsweise die erfindungsge- mäße Vorrichtung angewendet werden kann ;

Figur 2 eine schematische Teil-Schnittansicht eines Steuer- ventils, das mit der Pumpe-Düse-Einheit nach Figur 1 verwendet werden kann ; und Figur 3 ein Flussdiagramm, das eine Ausführungsform des er- findungsgemäßen Verfahrens veranschaulicht.

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 dem er- findungsgemäß 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 vor- her in den ersten Druckraum 28 angesaugter Kraftstoff 10 wie- der 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 Schließstel- lung und einer Öffnungsstellung hin und her bewegliche Düsen- nadel 46 aufweist. Ein Druckstift 26 kann, bezogen auf die Darstellung von Figur 1, insbesondere eine nach unten gerich- tete 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 Kraft- stoff 10 über den Druckstift 26 eine bezogen auf die Darstel- lung 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 Druck- raum 30 angeordnet ist und sich mit ihrem hinteren Ende an der Einstellscheibe 40 abstützt. Ein eine Schulter 44 aufwei- sender 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 Öff- 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 p3o 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 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. Das Steuerven- til 22 wird durch eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 80 zum Ansteuern des Steuerventils 22 angesteu- ert, insbesondere derart, dass sich das erfindungsgemäße Ver- fahren 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 be- findet, wirkt ein an der Ventilnadel 48 vorgesehener Ventil- teller 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 ge- eigneter 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 zwei- ten axialen Endfläche 72 der Ventilnadel 48 an, um die von dem Piezoelement 76 erzeugte, übersetzte Kraft auf die Ven- tilnadel 48 zu übertragen. Die von dem geeignet angesteuerten Piezoelement 76 erzeugte, übersetzte Kraft, die auf die Ven- tilnadel 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 Ver- bindung, der über eine Ausgleichsbohrung 52 weiterhin mit ei- nem vor dem Piezoelement befindlichen Aktorraum 74 in Verbin- dung steht. Dieser Aktorraum 74 steht mit einem Rücklauf 60 in Verbindung, über den Kraftstoff aus dem Aktorraum 74 zu- rückströmen kann.

Bei Öffnungsbeginn des Steuerventils 22 (in der Regel zu dem Zeitpunkt, zu dem eine Kraftstoffeinspritzung in den Verbren- nungsraum beendet ist"Förderende") entsteht in dem Absteuer- raum 50 durch dessen Verbindung mit der Hochdruckkammer 38 ein Druckanstieg. Die Bohrung 52 leitet diesen Druckanstieg ungefähr mit Schallgeschwindigkeit in'den mit Kraftstoff ge- füllten Aktorraum 74 vor dem Piezoelement 76, was einen An- stieg der Druckkraft an der Piezokeramik bewirkt. Der im Ak- torraum 76 entstehende Druckanstieg wirkt des weiteren über die als Kolben ausgebildete Ventilnadel 48 mit der Kraftüber- setzung 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 Ausfüh- rungsform die Regelgröße der erfindungsgemäßen Regelung dar.

Die Resultierende wird mittels einer am Piezoelement 76 zu diesem Zeitpunkt gemessenen elektrischen Größe, beispielswei- se der Spannung, ausgewertet. Diese Vorgehensweise kann so- wohl dann angewendet werden, wenn die Ventilnadel 48 zum vollständigen Öffnen des Steuerventils in ihre zweite End- stellung bewegt wird (Gesamthub) als auch wenn die Ventilna- del 48 eine Zwischenstellung einnehmen soll (Teilhub). Wäh- rend des aktuellen Einspritzvorganges, vorzugsweise spätes- tens ab dem nächsten Einspritzvorgang, werden die gewünschten Teilhublagen durch Überlagerung entsprechender Offsetwerte auf den zum Auswertungszeitpunkt (= Kraftstoffförderende) vorliegenden Wert der Steuergröße der Regelung (beispielswei- se der Piezospannung) erreicht. Es ist zu beachten, dass die Soll-Teilhublagen innerhalb einer Mehrfachansteuerung unter- schiedliche Werte annehmen können. Wenn die Ventilnadel 48 ü- ber eine oder mehrere Zwischenstellung, deren Lage erfin-

dungsgemäß geregelt wird, in die zweite Endstellung bewegt wird, ergibt sich ein verlangsamtes Öffnen des Ventils. Auf diese Weise können beispielsweise bei niedrigeren Motordreh- zahlen 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 Verfah- rens, die auf das Piezoelement 76 von Figur 2 angewendet wer- den kann, beginnt beim Schritt S1. Anschließend wird beim Schritt S2 einen externe Spannung an das Piezoelement 76 an- gelegt, um das Steuerventil 22 zu schließen. Sobald das Kraftstoffförderende erreicht ist wird beim Schritt S3 fort- gefahren. Im Schritt S3 wird die externe Spannung vom Piezo- element 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 Off- setwerte geeignet festgelegt werden. Sofern das erfindungsge- mäße 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 Erfin- dung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung 80 zur An- steuerung des Steuerventils 22 einer Pumpe-Düse-Einheit. Ins- besondere um bei niedrigen Motordrehzahlen hohe Druckgradien- ten bei der Ventilabsteuerung zu vermeiden, wird die Lagege- nauigkeit von Ventilteilhüben durch eine Regelung, insbeson- dere eine adaptive Regelung, verbessert.

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.