Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Steuergerät für eine Brennkraftmaschine mit mindestens einem Einspritzventil, dem ein durch das Steuergerät mit einem Ansteuersignal beaufschlagtes piezoelektrisches Stellglied zugeordnet ist, das einen dem Ansteuersignal entsprechenden Nadelhub einer Ventilnadel des Einspritzventils für eine Kraftstoffeinspritzung bewirkt.

Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung ein Computerprogramm für ein Steuergerät einer

Brennkraftmaschine mit mindestens einem Einspritzventil, dem ein durch das Steuergerät mit einem Ansteuersignal beaufschlagtes piezoelektrisches Stellglied zugeordnet ist, das einen dem Ansteuersignal entsprechenden Nadelhub einer Ventilnadel des Einspritzventils für eine Kraftstoffeinspritzung bewirkt.

Herkömmliche Betriebsverfahren der eingangs genannten Art haben den Nachteil, dass aufgrund der in den piezoelektrischen Stellgliedern umgesetzten Verlustleistung und der begrenzten, vom Steuergerät bzw. einer Leistungsendstufe des Steuergeräts bereitgestellten Ansteuerleistung insbesondere bei einer Mehrfacheinspritzung eine obere Drehzahlgrenze für die Brennkraftmaschine definiert wird, die die maximale Leistung der Brennkraftmaschine begrenzt.

Die Leistungsendstufe umfasst üblicherweise einen Gleichstrom-Gleichstrom- (DC/DC)-Wandler, dessen Leistung aus Kostengesichtspunkten und wegen des zur Verfügung stehenden Einbauraums nicht beliebig gesteigert werden kann. Ab der angesprochenen oberen Drehzahlgrenze reicht die Ansteuerleistung des DC/DC-Wandlers nicht mehr aus, die in den piezoelektrischen Stellgliedern umgesetzte Verlustenergie zu kompensieren. Darüber hinaus kann das Steuergerät durch die Erwärmung des DC/DC-Wandlers unzulässig hohe Temperaturen annehmen.

Ein weiterer Nachteil bekannter Verfahren besteht in der Notwendigkeit der Ableitung der Verlustleistung von den piezoelektrischen Stellgliedern, um eine Überhitzung der Stellglieder zu verhindern.

Demgemäß ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Betriebsverfahren, ein Steuergerät und ein Computerprogramm hierfür anzugeben, wodurch eine

Leistungssteigerung der Brennkraftmaschine ermöglicht wird und gleichzeitig die in den piezoelektrischen Stellgliedern umgesetzte Verlustleistung verringert wird.

Diese Aufgabe wird bei einem Betriebsverfahren für eine Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Ansteuersignal in Abhängigkeit von einer von dem piezoelektrischen Stellglied aufgenommenen Ansteuerleistung geändert wird.

Dadurch ist es möglich, das Ansteuersignal stets so zu wählen, bspw. zu verringern, dass noch ein sicherer Betrieb der Brennkraftmaschine sowie eine ausreichende Ableitung der Verlustwärme von den piezoelektrischen Stellgliedern gewährleistet ist. Ferner ist auf diese Weise sichergestellt, dass die Steuergerätetemperatur stets innerhalb zulässiger Grenzen bleibt.

Sobald das ein piezoelektrisches Stellglied steuernde Ansteuersignal gegenüber einem Bezugswert verringert wird, verringert sich auch die mechanische Ausdehnung des entsprechenden piezoelektrischen Stellglieds und damit der Nadelhub des entsprechenden Einspritzventils. Die bei einem geringeren Nadelhub in dem piezoelektrischen Stellglied umgesetzte Verlustenergie ist kleiner als bei Ansteuerung des Stellglieds mit dem Bezugswert, so dass bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens auch eine geringere Menge thermischer Energie von dem Stellglied abzuführen ist. Ebenso wird die in der Leistungsendstufe umgesetzte Verlustenergie verringert, wodurch auch die Steuergerätetemperatur sinkt.

Da sich bei verringertem Nadelhub auch ein geringerer statischer Durchfluss an Kraftstoff durch das Einspritzventil ergibt, muss die Einspritzzeit entsprechend angehoben werden, um bei der Anwendung des

erfindungsgemäßen Verfahrens mit reduziertem Nadelhub dieselbe Kraftstoffmenge in einen Brennraum der Brennkraftmaschine einzuspritzen wie mit einer herkömmlichen Ansteuerung.

Um Verschmutzungen zu vermeiden, die z. B. durch ein Einklemmen von Partikeln in einer Öffnung des Einspritzventils entstehen, ist eine Grenze für einen minimalen Nadelhub bzw. ein damit korrespondierendes minimales Ansteuersignal festzulegen.

Ein weiterer, ganz besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens besteht in der Möglichkeit einer Leistungssteigerung der Brennkraftmaschine, die sich dadurch ergibt, dass die obere Drehzahlgrenze für Mehrfacheinspritzungen gegenüber herkömmlichen Verfahren erhöht ist.

Wie bereits angesprochen, wird durch die erfindungsgemäße Reduzierung des Nadelhubs pro Zeit eine geringere Verlustenergie in dem piezoelektrischen Stellglied umgesetzt. Diese Einsparungen, d. h. die Differenz zur maximal zulässigen Verlustenergie, die durch den DC/DC- Wandler kompensiert werden kann, können dazu aufgewandt werden, die Brennkraftmaschine mit einer höheren Drehzahl und Mehrfacheinspritzungen hierbei zu betreiben, wobei die in dem piezoelektrischen Stellglied umgesetzte Verlustenergie aufgrund ihrer Proportionalität zur Drehzahl wieder zunimmt. Somit ist ein Betrieb der Brennkraftmaschine bei gleicher maximaler Leistung des DC/DC-Wandlers und erhöhter maximaler Drehzahl mit Mehrfacheinspritzungen und damit erhöhter maximaler Leistung der Brennkraftmaschine möglich.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird bei Überschreiten einer

vorgebbaren maximalen Ansteuerleistung das Ansteuersignal auf einen Maximalwert reduziert. Die maximale Ansteuerleistung entspricht beispielsweise einer vorgegebenen Maximaldrehzahl der Brennkraftmaschine bei Mehrfacheinspritzung. Durch entsprechende Wahl des Maximalwerts ist dabei eine Reduzierung des Nadelhubs möglich, so dass bei gleicher Verlustleistung im piezoelektrischen Stellglied die Drehzahl der Brennkraftmaschine bei Mehrfacheinspritzung gesteigert werden kann.

Eine ganz besonders einfache Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass der Maximalwert eine Konstante ist. Bei dieser Ausführungsform wird das Ansteuersignal für das piezoelektrische Stellglied bei Überschreiten der vorgebbaren maximalen Ansteuerleistung bzw. einer damit korrespondierenden Maximaldrehzahl auf den konstanten Maximalwert gesetzt.

Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird der Maximalwert in Abhängigkeit von einer Kennlinie gewählt, die beispielsweise in einem Speicher des Steuergeräts abgelegt ist.

Die Kennlinie ist, ebenso wie der konstante Maximalwert, applizierbar, so dass eine Veränderung der betreffenden Werte auch noch nach der Erstinbetriebnahme der Brennkraftmaschine möglich ist. Auch die maximale Ansteuerleistung ist zur Steigerung der Flexibilität vorzugsweise applizierbar.

Besonders vorteilhaft ist gemäß einer weiteren Variante der Erfindung, dass die von dem piezoelektrischen Stellglied aufgenommene Ansteuerleistung aus Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine berechnet wird. Auf diese Weise ist eine

Überwachung der zum Betrieb des Stellglieds erforderlichen Ansteuerleistung möglich, wobei die Ansteuerleistung allein aus Größen ermittelbar ist, die alle in dem Steuergerät der Brennkraftmaschine vorliegen, nämlich : die Verlustenergie des Stellglieds je Nadelhub, die Anzahl der Einspritzungen je Zyklus und die Drehzahl der Brennkraftmaschine.

Bei einer anderen Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die von dem piezoelektrischen Stellglied aufgenommene Ansteuerleistung messtechnisch erfasst. Hierzu wird beispielsweise die auf das piezoelektrische Stellglied fließende Ladungsmenge und die entsprechende Ladezeit sowie ggf. weitere Größen erfasst.

Als eine weitere Lösung der Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein Steuergerät für eine Brennkraftmaschine vorgeschlagen, mit mindestens einem Einspritzventil, dem ein durch das Steuergerät mit einem Ansteuersignal beaufschlagtes piezoelektrisches Stellglied zugeordnet ist, das einen dem Ansteuersignal entsprechenden Nadelhub einer Ventilnadel des Einspritzventils für eine Kraftstoffeinspritzung bewirkt. Bei dem Steuergerät ist das Ansteuersignal in Abhängigkeit von einer von dem piezoelektrischen Stellglied aufgenommenen Ansteuerleistung änderbar.

Ferner ist als noch eine weitere Lösung für die Aufgabe der vorliegenden Erfindung bei einem Computerprogramm der eingangs genannten Art vorgeschlagen, dass das Computerprogramm zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist. Das Computerprogramm ist vorteilhaft auf einem elektrischen Speichermedium, insbesondere auf einem Flash-Memory oder einem Read-Only- Memory, abgespeichert.

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.

Figur 1 zeigt einen Ablaufplan einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, Figur 2 zeigt eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine, und Figur 3 zeigt ein Einspritzventil der Brennkraftmaschine aus Figur 2.

Figur 1 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, das bei einer in Figur 2 strichpunktiert dargestellten Brennkraftmaschine 10 eingesetzt wird, um eine maximale Drehzahl und damit auch eine maximale Leistung der Brennkraftmaschine 10 zu erhöhen.

Die Brennkraftmaschine 10 weist Einspritzventile 30a, 30b, 30c auf, die Kraftstoff aus einer Kraftstoff-Sammelleitung 26 direkt in Brennräume 32a, 32b, 32c der Zylinder 33a, 33b, 33c einspritzen. Die Einspritzventile 30a, 30b, 30c werden von einem Steuergerät 34 der Brennkraftmaschine 10 gesteuert.

Der genaue Aufbau der Einspritzventile 30a, 30b, 30c ergibt sich aus Figur 3, in der beispielhaft ein Einspritzventil 30 abgebildet ist. Jedes der Einspritzventile 30a, 30b, 30c weist ein piezoelektrisches Stellglied 58 auf, das eine

Ventilnadel 44 des jeweiligen Einspritzventils 30a, 30b, 30c antreibt.

Der von der Ventilnadel 44 zurückgelegte Weg, der auch als Nadelhub bezeichnet wird, ist proportional zu einem Ansteuersignal, mit dem das piezoelektrische Stellglied 58 von dem Steuergerät 34 (Figur 2) der Brennkraftmaschine 10 über die Leitungen 70 (Figur 3) beaufschlagt wird.

Das Ansteuersignal wird innerhalb des Steuergeräts 34 von einem DC/DC-Wandler (nicht gezeigt) erzeugt, der im vorliegenden Fall alle piezoelektrischen Stellglieder 58 der Einspritzventile 30a, 30b, 30c (Figur 2) der Brennkraftmaschine 10 mit dem Ansteuersignal versorgt. Da es sich bei den piezoelektrischen Stellgliedern 58 um Bauelemente mit im wesentlichen kapazitiven Eigenschaften handelt, fließt bei einer Ansteuerung mit dem Ansteuersignal eine zu dem Ansteuersignal proportionale Menge elektrischer Ladung auf die/von den Stellglieder (n) 58.

Die vom DC/DC-Wandler zur Ansteuerung der piezoelektrischen Stellglieder 58 aufzubringende elektrische Energie, die im folgenden als Gesamtansteuerungsenergie bezeichnet wird, ergibt sich aus dem Produkt der Zahl der Zylinder 33a, 33b, 33c der Brennkraftmaschine 10, der Verlustleistung eines Stellglieds 58 in Abhängigkeit vom Nadelhub, der Zahl der Ansteuerungen des Stellglieds 58 je Einspritzzyklus und der Drehzahl der Brennkraftmaschine 10.

In einem ersten Schritt 110 des erfindungsgemäßen Verfahrens (Figur 1) wird eine mit der Gesamtsteuerungsenergie korrespondierende Ansteuerleistung ausgewertet, die von den piezoelektrischen Stellgliedern 58 der Einspritzventile 30a, 30b, 30c der Brennkraftmaschine

10 aufgenommen wird, um die Ventilnadel 44 des jeweiligen Einspritzventils 30a, 30b, 30c zu bewegen.

Solange der im Steuergerät 34 enthaltene DC/DC-Wandler die Gesamtansteuerungsenergie in der durch die Drehzahl der Brennkraftmaschine 10 vorgegebenen Zeit bereitstellen kann, was im Schritt 120 der Figur 1 durch einen Vergleich der tatsächlich von den Stellgliedern 58 aufgenommenen Ansteuerleistung mit einer applizierbaren, vorgegebenen maximalen Ansteuerleistung abgefragt wird, erfolgt die Vorgabe des Nadelhubs der Einspritzventile 30a, 30b, 30c gemäß dem nachfolgenden Schritt 130 auf konventionelle Weise, d. h. es wird der maximale Nadelhub der Ventilnadeln 44 durch das Ansteuersignal vorgegeben.

Anschließend erfolgt in Schritt 150 die Einspritzung von Kraftstoff in die Brennräume 32a, 32b, 32c der Zylinder 33a, 33b, 33c (Figur 2).

Falls der Vergleich der tatsächlich von den Stellgliedern 58 aufgenommenen Ansteuerleistung mit der vorgegebenen maximalen Ansteuerleistung in Schritt 120 jedoch ergibt, dass der DC/DC-Wandler bei gegebener Drehzahl sowie Mehrfacheinspritzung der Brennkraftmaschine 10 die Gesamtansteuerungsenergie nicht mehr aufwenden kann, werden die piezoelektrischen Stellglieder 58 erfindungsgemäß nicht mehr konventionell angesteuert, sondern es wird, wie aus Figur 1 ersichtlich, zunächst in den Abfrageschritt 140 verzweigt.

Unabhängig von dem Ergebnis der noch zu erläuternden Abfrage 140 werden die piezoelektrischen Stellglieder 58 nach der Abfrage 140 mit einem reduzierten Ansteuersignal angesteuert, wodurch sich ein reduzierter Nadelhub und damit eine geringere Gesamtansteuerungsenergie ergibt. Um trotzdem dieselbe Einspritzmenge wie bei der

konventionellen Ansteuerung mit maximalem Nadelhub, vgl.

Schritt 130, zu erhalten, wird die Ansteuerzeit entsprechend verlängert.

In Schritt 140 schließlich wird von dem Steuergerät 34 der Brennkraftmaschine 10 ein Statusflag abgefragt, das besagt, auf welche Weise der Nadelhub der Einspritzventile 30a, 30b, 30c begrenzt werden soll. Zum einen kann das Ansteuersignal in Schritt 142 auf einen konstanten Maximalwert gesetzt werden. Andererseits ist es bei dem Verfahren gemäß Figur 1 auch möglich, den Maximalwert für das Ansteuersignal im Schritt 144 in Abhängigkeit von einer Kennlinie zu wählen, die in einem Speicher des Steuergeräts 34 abgelegt ist.

Der konstante Maximalwert und die Kennlinie sind applizierbar, so dass Anpassungen der gespeicherten Werte jederzeit möglich sind.

Analog zu Schritt 130 erfolgt auch nach der Vorgabe des Ansteuersignals in einem der Schritte 142,144 die Einspritzung von Kraftstoff in die Brennräume 32a, 32b, 32c der Zylinder 33a, 33b, 33c gemäß Schritt 150.

Aufgrund des geringeren Nadelhubs bei der Ansteuerung der piezoelektrischen Stellglieder 58 gemäß einem der Schritte 142,144 ergibt sich bei gleicher Drehzahl im Vergleich zur Ansteuerung der Stellglieder 58 mit maximalem Nadelhub eine Reduzierung der von den Stellgliedern 58 aufgenommenen Ansteuerleistung, so dass die von den Stellgliedern 58 abzuführende Wärmeenergie ebenfalls verringert ist.

Zusätzlich verringert sich die Temperatur des Steuergeräts 34 entsprechend.

Alternativ kann die Brennkraftmaschine 10 unter Einsatz der erfindungsgemäßen Ansteuerung mit reduziertem Nadelhub auch bei einer höheren Drehzahl betrieben werden, ohne dass die

vom DC/DC-Wandler aufzubringende Gesamtansteuerungsenergie unzulässig hohe Werte annimmt. In diesem Fall ergibt sich eine Leistungssteigerung der Brennkraftmaschine 10.

Die Ermittlung der im Schritt 120 für den beschriebenen Vergleich erforderlichen tatsächlich von den Stellgliedern 58 aufgenommenen Ansteuerleistung erfolgt im vorliegenden Fall durch eine Berechnung aus den Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine 10, wie sie bereits beschrieben worden ist.

Alternativ hierzu ist es auch möglich, die tatsächlich von den Stellgliedern 58 aufgenommene Ansteuerleistung messtechnisch zu erfassen, indem die auf das jeweilige piezoelektrische Stellglied 58 fließende Ladungsmenge und die entsprechende Ladezeit hierfür sowie ggf. weitere Größen der Brennkraftmaschine 10 erfasst werden.