Kontrolle über Piezo-Injektoren

04.08.2010 // Die neue Piezo-Endstufe von IAV für das Entwicklungssteuergerät FI2RE (Flexible Injection and Ignition for Rapid Engineering) ermöglicht die flexible Ansteuerung von Piezo-Injektoren und schafft neue Freiheitsgrade bei der Entwicklung von Einspritzstrategien.

Die neue Piezo-Endstufe der IAV für das Entwicklungssteuergerät FI2RE (Flexible Piezo-Injektoren sind ein wichtiger Bestandteil bei der Entwicklung moderner Brennverfahren in der Motorentechnik. Sie ermöglichen eine sehr genaue Einspritzung und können auch mit sehr hohen Drücken arbeiten. Piezo-Injektoren sind zudem wesentlich leichter und reagieren schneller als konventionelle Magnetventil-Injektoren. Ihr größter Vorteil ist die Fähigkeit, Teilhübe der Düsennadel zu realisieren, was Magnetventile prinzipiell nicht können. Auf diese Weise lässt sich eine kontinuierliche Verlaufsformung der Einspritzrate erreichen. Die neue Piezo-Endstufe für das FI2RE erlaubt die Kontrolle über bis zu vier solcher Injektoren und ermöglicht so eine flexible Einspritzansteuerung jedes einzelnen Zylinders. Bis zu drei Endstufen lassen sich gruppieren, die dann bis zu zwölf Injektoren kontrollieren. Die Endstufe schafft bis zu fünf Einspritzungen pro Arbeitszyklus, beispielsweise drei Voreinspritzungen, eine Haupt- und eine Nacheinspritzung. Mithilfe der leistungsfähigen Technik kann sie die Injektoren schnell schalten und die Einspritzmenge sowie den Einspritzverlauf noch flexibler steuern. Das alles sind wichtige Kriterien für eine effiziente, weiche und emissionsarme Verbrennung. Die Injektoren arbeiten dabei mit einer Spannung von bis zu 200 Volt und Strömen von -20 bis +20 Ampere. Anpassungen über diese Werte hinaus sind auf Wunsch auch möglich.

Bei der Piezo-Endstufe handelt es sich um eine komplette Neuentwicklung. Durch die digital getaktete Ansteuerung ist sie deutlich kleiner und leichter als ihr analoges Vorgängermodell und benötigt kein spezielles Kühlsystem. Die Hochspannung für die Piezo-Injektoren wird über ein eingebautes Netzteil aus der Versorgungsspannung des FI2RE gewonnen. Dies vereinfacht die Handhabung beim Einsatz im Fahrzeug und am Prüfstand.

Auch die Bedienung wurde vereinfacht. Mit einer neuen Oszilloskopfunktion des FI2RE-Commander lassen sich Spannung, Ladung, Strom und Kapazität während der Ansteuerung beobachten. Applikationswerkzeuge wie INCA der Firma ETAS und andere Anwendungen können über eine CAN-Schnittstelle mit der Piezo-Endstufe kommunizieren.

Die interne Steuerung erfolgt mithilfe von vier eigens für die Endstufe entwickelten Echtzeit-ASIPs (Application-Specific Instruction-Set Processor). Die ASIPs arbeiten unabhängig voneinander und gewährleisten eine hohe Flexibilität sowie Echtzeitperformance. Neu sind auch zwei Trigger-Ausgänge, die der Nutzer selbst konfigurieren kann. Über diese Ausgänge lassen sich beispielsweise ein externes Oszilloskop oder eine Kamera zeitsynchron ansteuern. Zudem besteht nun die Möglichkeit, Firmware-Updates online durchzuführen. Kundenspezifische Anpassungen lassen sich schnell implementieren, da die Updates einfach auf elektronischem Weg verschickt werden.

Die neue Piezo-Endstufe ist eine Erweiterung des Entwicklungssteuergeräts FI2RE, das schon seit längerer Zeit für die unterschiedlichsten Entwicklungsaufgaben im Einsatz ist. Das FI2RE kann flexibel alle kurbelwinkelsynchronen Komponenten ansteuern und schon vor der Entwicklung geeigneter Steuergeräte deren Verhalten testen.