DE10129375A1 - Injektor mit Piezo-Aktuator - Google Patents

Injektor mit Piezo-Aktuator

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Abstract

Für eine Brennkraftmaschine wird ein Injektor (1) mit Piezo-Aktuator (2) vorgeschlagen. Zusätzlich ist ein Erkennungsmittel zum Erkennen des Anliegens oder Öffnens des Piezo-Aktuators (2) an einem Steuerventil (8) vorgesehen. Das Erkennungsmittel wiederum umfasst ein Piezo-Element (3).

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Injektor für ein Einspritzsystem einer Brennkraftmaschine, der einen Piezo-Aktuator, ein Steuerventil, eine Düsennadel und ein Erkennungsmittel zum Erkennen des Anliegens oder Öffnens des Piezo-Aktuators am Steuerventil aufweist.
  • Bei der Verwendung eines Injektors mit Piezo-Aktuator tritt in der Praxis das Problem auf, dass sich die Länge des Piezo-Aktuators über der Temperatur verändert. Diese temperaturabhängige Längenänderung des Piezo-Aktuators verursacht ein uneinheitliches Öffnungs- bzw. Schließverhalten des Injektors und bewirkt einen nicht reproduzierbaren Einspritzzeitpunkt und Einspritzverlauf.
  • Eine Lösung für die beschriebene Problematik ist aus der DE 199 29 589 A1 bekannt. Der darin dargestellte Injektor mit Piezo-Aktuator besitzt zusätzlich ein Erkennungsmittel. Dieses besteht aus einem elektrischen Kontakt und einer Kompensatorschaltung. Der elektrische Kontakt entsteht durch die Berührungsflächen des Piezo-Aktuators und des Steuerventils. Bei Anliegen des Piezo-Aktuators am Steuerventil entsteht somit ein geschlossener Stromkreis von Piezo-Aktuator/Steuerventil zur Kompensatorschaltung. Problematisch bei dieser Lösung ist die Isolation des Piezo-Aktuators innerhalb des Injektors sowie der sich verändernde Übergangswiderstand auf Grund von Ablagerungen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde bei einem Injektor mit Piezo-Aktuator den Öffnungs- bzw. Schließzeitpunkt sicherer zu bestimmen.
  • Die Aufgabe wird durch die Merkmale des ersten Anspruchs gelöst. Die Ausgestaltung hierzu sind in den Unteransprüchen dargestellt.
  • Die Erfindung sieht vor, dass das Erkennungsmittel ein Piezo-Element umfasst. Vorzugsweise ist dieses im Piezo-Aktuator integriert. Ein Element des Piezo-Aktuators wird also zur Kraftmessung verwendet. Im Ausgangszustand ist ein Spalt zwischen dem Piezo- Aktuator und dem Steuerventil vorgesehen. Längenänderungen des Piezo-Aktuators aufgrund der Temperatur führen somit nicht zwangsweise zu einem Öffnen des Injektors. Das Anliegen/Öffnen des Piezo-Aktuators wird daran erkannt, dass eine am Piezo-Element anliegende Messspannung einen Grenzwert übersteigt. Die ermittelte Messspannung wird sodann als maßgeblich für die weitere Ansteuerung des Injektors gesetzt. Alternativ ist vorgesehen, dass aus einer vorgebbaren Anzahl von ermittelten Messspannungen eine gewichtete Messspannung bestimmt wird und diese als maßgeblich für die weitere Ansteuerung des Injektors gesetzt wird. Die Erfindung bietet den Vorteil einer entsprechenden Dauerhaltbarkeit des Injektors. Durch die genaue, reproduzierbare, Kenntnis des Öffnungsverhaltens des Injektors ist eine zylinderindividuelle Regelung der Einspritzung möglich. Als Folgereaktion können die Momenten-Beiträge und der Spitzendruck der einzelnen Zylinder einander angepasst werden.
  • In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt. Es zeigt:
  • Fig. 1 ein Schnittbild des Injektors
  • Fig. 2 eine Prinzipdarstellung für die mechanische Übersetzung
  • In der Fig. 1 ist ein Schnittbild eines Injektors dargestellt. Die allgemeine Funktion des Injektors wird im folgenden als bekannt vorausgesetzt. Der Injektor 1 besteht aus einem Grundkörper 7, einer Düse 5 und einer Überwurfmutter 6. Innerhalb der Düse 5 ist eine Düsennadel 9 angeordnet. Innerhalb des Grundkörpers 7 befindet sich ein Piezo-Aktuator 2 und ein Steuerventil 8 mit einem Ventilkörper 10. Über die elektrische Ansteuerung des Piezo-Aktuators wird der Zustand der Düsennadel 9, also der Einspritzzeitpunkt und die Einspritzmenge, bestimmt. Ein Piezo-Element 3 des Piezo-Aktuators 2 wird hierbei zur Kraftmessung verwendet. Anstelle eines Piezo-Aktuators kann selbstverständlich auch ein mechanisch oder elektromagnetisch aktivierbare Betätigungseinrichtung verwendet werden. Eine Messspannung Um des Piezo-Elements 3 wird von einem elektronischen Steuergerät (EDC) 4 ausgewertet. Im Ausgangszustand besteht zwischen dem Steuerventil 8 und dem Piezo-Element 3 ein Spalt s, siehe hierzu Ansicht x. Über diesen Spalt s werden Längenänderungen des Piezo-Aktuators 2 ausgeglichen. Wenn das Piezo-Element 3 am Steuerventil 8 zur Anlage kommt, ändert sich der Pegel der Messspannung Um. Wenn die Messspannung Um einen Grenzwert übersteigt, wird dies vom elektronischen Steuergerät 4 erkannt. Für die weitere Ansteuerung des Injektors wird sodann diese Messspannung als maßgeblich gesetzt. Als Alternative ist vorgesehen, dass aus einer vorgebbaren Anzahl von ermittelten Messspannungen eine gewichtete Messspannung bestimmt wird. Dies kann z. B. über arithmetische Mittelwertbildung erfolgen. Die gewichtete Messspannung wird sodann als maßgeblich für den weiteren Betrieb des Injektors verwendet.
  • Fig. 2 zeigt eine Prinzipdarstellung für eine mechanische Übersetzung im Injektor 1. Die mechanische Übersetzung ist exemplarisch als Hebel 11 mit den Abschnitten A und B dargestellt. Bei Aktivierung des Piezo-Aktuators 2 wird ein Ventil 13 entgegen der Kraft einer Schließeinrichtung 12 geöffnet. An dem Ventil 13 steht das Druckniveau p des Kraftstoffs an. In Fig. 2 ist der Hebel 11 in der geöffneten Stellung gestrichelt dargestellt. Bei Deaktivierung des Piezo-Aktuators 2 wird über die Schließeinrichtung 12 das Ventil 13 wieder geschlossen. Die Verwendung einer mechanischen Übersetzung bietet den Vorteil, dass der Piezo-Aktuator kürzer ausgeführt werden kann. Über die Schließeinrichtung 12 wird der Injektor auch bei Ausfall der elektronischen Ansteuerung sicher geschlossen.
  • Die Erfindung bietet den Vorteil, dass diese einfach auszuführen ist. Über die verschleißfreie Bestimmung des Anliegens des Piezo-Aktuators ist eine entsprechende Dauerhaltbarkeit des Injektors gegeben. Hierdurch kann eine zylinderindividuelle Regelung der Einspritzung realisiert werden. Bezugszeichenliste 1 Injektor
    2 Piezo-Aktuator
    3 Piezo-Element
    4 elektronisches Steuergerät (EDC)
    5 Düse
    6 Überwurfmutter
    7 Grundkörper
    8 Steuerventil
    9 Düsennadel
    10 Ventilkörper
    11 Hebel
    12 Schließvorrichtung
    13 Ventil

Claims (6)

1. Injektor für ein Einspritzsystem einer Brennkraftmaschine, der einen Piezo- Aktuator, ein Steuerventil, eine Düsennadel und ein Erkennungsmittel zum Erkennen des Anliegens oder Öffnens des Piezo-Aktuators am Steuerventil aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Erkennungsmittel ein Piezo-Element (3) umfasst.
2. Injektor (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Piezo- Element (3) im Piezo-Aktuator (2) integriert wird.
3. Injektor (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Anliegen/Öffnen des Piezo-Aktuators (2) erkannt wird, wenn eine am Piezo-Element (3) anliegende Messspannung (Um) einen Grenzwert (GW) übersteigt (Um > GW).
4. Injektor (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelte Messspannung (Um) als maßgeblich für die weitere Ansteuerung des Injektors (1) gesetzt wird.
5. Injektor (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass aus einer vorgebbare Anzahl (i) von ermittelten Messspannungen (Um(i)) ein gewichtete Messspannung (Um(MW)) bestimmt wird und als maßgeblich für die weitere Ansteuerung des Injektors (1) gesetzt wird.
6. Injektor (1) nach einem der vorausgegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Injektor (1) eine mechanische Übersetzung angeordnet wird, mittels der ein Wirkhub des Piezo-Aktuators (2) auf eine Schließvorrichtung (12) übersetzt wird.
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