DE102004029906B4

DE102004029906B4 - Method and device for controlling an injection valve and computer program

Info

Publication number: DE102004029906B4
Application number: DE102004029906.4A
Authority: DE
Inventors: Gabriel Marzahn
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2004-06-21
Filing date: 2004-06-21
Publication date: 2017-01-19
Anticipated expiration: 2024-06-22
Also published as: DE102004029906A1

Abstract

Verfahren zum Steuern eines Einspritzventils mit einem Piezo-Stellantrieb, mit einem Steuerraum (30), dessen Druck abhängig von dem Piezo-Stellantrieb beeinflussbar ist, und mit einer Düsennadel (24), deren Position abhängig von dem Druck in dem Steuerraum (30) einstellbar ist und die in einer Schließposition (CL) in Anlage ist mit einer Sitzfläche eines Düsenkörpers (16) und in der Schließposition (CL) einen Fluidfluss durch ein Einspritzloch (28) unterbindet, bei dem – nach einem Steuern der Düsennadel (24) zurück in ihre Schließposition (CL) und vor Erreichen der Schließposition (CL) der Piezo-Stellantrieb elektrisch kurzgeschlossen wird und auf ein Erreichen der Schließposition (CL) der Düsennadel (24) erkannt wird abhängig von einem signifikanten Verlauf eines elektrischen Stroms (I_P) durch den Piezo-Stellantrieb.Method for controlling an injection valve with a piezo actuator, with a control chamber (30) whose pressure can be influenced as a function of the piezo actuator, and with a nozzle needle (24) whose position can be adjusted depending on the pressure in the control chamber (30) is in a closed position (CL) in abutment with a seating surface of a nozzle body (16) and in the closed position (CL) prevents fluid flow through an injection hole (28), in which - after controlling the nozzle needle (24) back in their closing position (CL) and before reaching the closed position (CL) of the piezoelectric actuator is electrically short-circuited and is detected on reaching the closed position (CL) of the nozzle needle (24) depends on a significant course of an electrical current (I_P) by the piezo -Stellantrieb.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern eines Einspritzventils, insbesondere eines Einspritzventils zum Zumessen von Kraftstoff in eine Brennkraftmaschine. Die Erfindung betrifft ferner ein Computerprogramm.The invention relates to a method and a device for controlling an injection valve, in particular an injection valve for metering fuel into an internal combustion engine. The invention further relates to a computer program.

Immer strengere gesetzliche Vorschriften bezüglich der zulässigen Schadstoff-Emissionen von Brennkraftmaschinen, die in Kraftfahrzeugen angeordnet sind, machen es erforderlich diverse Maßnahmen vorzunehmen, durch die die Schadstoff-Emissionen gesenkt werden. Ein Ansatzpunkt hierbei ist, die während des Verbrennungsprozesses des Luft/Kraftstoff-Gemisches erzeugten Schadstoff-Emissionen zu senken. Insbesondere die Bildung von Ruß ist stark abhängig von der Aufbereitung des Luft/Kraftstoff-Gemisches in dem jeweiligen Zylinder der Brennkraftmaschine. Um eine sehr gute Gemischaufbereitung zu erreichen, wird Kraftstoff zunehmend unter sehr hohem Druck zugemessen. Im Falle von Diesel-Brennkraftmaschinen betragen die Kraftstoffdrücke bis zu 2000 bar. Für derartige Anwendungen setzen sich zunehmend Einspritzventile durch mit einem Piezo-Aktuator als Stellantrieb. Piezo-Aktuatoren zeichnen sich aus durch sehr kurze Ansprechzeiten, Derartige Einspritzventile sind so gegebenenfalls geeignet mehrfach innerhalb eines Arbeitszyklusses eines Zylinders der Brennkraftmaschine Kraftstoff zuzumessen.Increasingly stringent legal regulations regarding permissible pollutant emissions of internal combustion engines, which are arranged in motor vehicles, make it necessary to take various measures that reduce pollutant emissions. A starting point here is to reduce the pollutant emissions generated during the combustion process of the air / fuel mixture. In particular, the formation of soot is highly dependent on the preparation of the air / fuel mixture in the respective cylinder of the internal combustion engine. In order to achieve a very good mixture preparation, fuel is increasingly metered under very high pressure. In the case of diesel internal combustion engines, the fuel pressures are up to 2000 bar. Injectors are increasingly being used for such applications with a piezo actuator as an actuator. Piezo actuators are characterized by very short response times, Such injectors are so appropriate, where appropriate, multiple metered within a working cycle of a cylinder of the engine fuel.

Eine besonders gute Gemischaufbereitung lässt sich erreichen, wenn vor einer Haupteinspritzung eine oder mehrere Voreinspritzungen erfolgen, die auch als Piloteinspritzung bezeichnet werden, wobei für die einzelne Voreinspritzung gegebenenfalls eine sehr geringe Kraftstoffmasse zugemessen werden soll. Ein präzises Ansteuern des Einspritzventils ist insbesondere für diese Fälle sehr wichtig.A particularly good mixture preparation can be achieved if one or more pre-injections take place before a main injection, which are also referred to as pilot injection, wherein for the individual pre-injection optionally a very low fuel mass is to be metered. A precise control of the injection valve is very important, especially for these cases.

Aus der DE 199 30 309 C2 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern eines Einspritzventils bekannt mit einem Piezo-Aktuator und mit einer Steuerkammer, deren Druck auf eine Düsennadel zum Öffnen und Schließen von Einspritzlöchern wirkt. Ferner steht ein Steuerventil in Verbindung mit der Steuerkammer, das von dem Piezo-Aktuator betätigt wird. Nach einer Aufladung des Piezo-Aktuators wird die an ihm abfallende Spannung erfasst. Eine Nadelöffnungszeit wird ermittelt abhängig von den Zeitpunkten, an denen der Spannungsabfall einen vorgegebenen ersten Wert beziehungsweise einen vorgegebenen zweiten Wert einnimmt.From the DE 199 30 309 C2 For example, a method and an apparatus for controlling an injection valve is known with a piezo actuator and with a control chamber, the pressure of which acts on a nozzle needle for opening and closing injection holes. Further, a control valve communicates with the control chamber actuated by the piezo actuator. After charging the piezo actuator, the voltage dropping across it is detected. A needle opening time is determined depending on the times at which the voltage drop assumes a predetermined first value or a predetermined second value.

Aus der DE 100 24 662 A1 ist ein Verfahren zum Steuern eines Einspritzventils und eine Steuerschaltung für ein Einspritzventil bekannt. Das Einspritzventil hat einen Aktor, der mit einem Stellglied in Wirkverbindung steht, mit dem der Druck in einem Steuerraum beeinflussbar ist. Eine Düsennadel ist vorgesehen, die in Wirkverbindung mit dem Druck in dem Steuerraum steht. Die Düsennadel ist abhängig von dem Druck in dem Steuerraum in verschiedene Positionen bewegbar, in denen unterschiedliche Einspritzzustände des Einspritzventils einstellbar sind. Der Aktor ist als piezoelektrischer Aktor ausgebildet. Die an dem piezoelektrischen Aktor abfallende Spannung wird als Detektionssignal erfasst, wenn eine Änderung der Spannung auftritt. Der piezoelektrische Aktor dient dadurch zeitweise als Sensor. Das Detektionssignal dient dann als Information für das Festlegen eines Einspritzzeitpunktes.From the DE 100 24 662 A1 a method for controlling an injection valve and a control circuit for an injection valve is known. The injection valve has an actuator, which is in operative connection with an actuator, with which the pressure in a control chamber can be influenced. A nozzle needle is provided which is in operative connection with the pressure in the control chamber. The nozzle needle is movable depending on the pressure in the control chamber in different positions in which different injection states of the injection valve are adjustable. The actuator is designed as a piezoelectric actuator. The voltage dropped across the piezoelectric actuator is detected as a detection signal when a change in voltage occurs. The piezoelectric actuator serves temporarily as a sensor. The detection signal then serves as information for the determination of an injection time.

Aus der WO 01/63121 A1 ist ein Verfahren zum Erkennen von Einspritzereignissen eines Einspritzventils mit einem piezoelektrischen Aktuator bekannt. Das Einspritzventil umfasst einen Injektorkörper mit einer Steuerkammer, der ein Steuerventil zugeordnet ist, das den Kraftstoffdruck in der Steuerkammer steuert. Der piezoelektrische Aktuator wirkt auf das Steuerventil ein. Der piezoelektrische Aktuator wird mit einer Spannung beaufschlagt derart, dass der daraus resultierende Hub des piezoelektrischen Aktuators das Steuerventil betätigt. Ein axiales Wegbewegen einer Düsennadel von einem Ventilsitz wird abhängig von einem Anstieg des Spannungsabfalls an dem piezoelektrischen Aktuator erkannt. Ein Beenden der Bewegung der Düsennadel wird anhand eines abrupten Abfalls der Spannung an dem piezoelektrischen Aktuator erkannt.From the WO 01/63121 A1 For example, a method for detecting injection events of an injection valve with a piezoelectric actuator is known. The injector includes an injector body having a control chamber associated with a control valve that controls fuel pressure in the control chamber. The piezoelectric actuator acts on the control valve. The piezoelectric actuator is subjected to a voltage such that the resulting stroke of the piezoelectric actuator actuates the control valve. An axial displacement of a nozzle needle from a valve seat is detected as a function of an increase in the voltage drop across the piezoelectric actuator. An end of the movement of the nozzle needle is detected by means of an abrupt drop in the voltage across the piezoelectric actuator.

Ein Zurückbewegen der Düsennadel hin zu ihrem Ventilsitz wird durch einen Entladevorgang des piezoelektrischen Aktuators gesteuert. Dazu wird der piezoelektrische Aktuator teilweise entladen. Während der Bewegung der Düsennadel hin zu ihrem Ventilsitz wird eine allmähliche Verringerung des Drucks in der Steuerkammer detektiert als eine allmähliche Verringerung der Piezospannung. Wenn die Düsennadel dann in Anlage ist mit dem Ventilsitz, erfolgt ein Anstieg des Drucks in der Steuerkammer. Ein Anstieg der Piezospannung wird als signifikant für ein Schließen der Düsennadel erkannt und als Ende des Einspritzvorgangs erkannt. Sobald die Düsennadel in ihrer Schließstellung ist, also in Anlage an dem Ventilsitz, wird der piezoelektrische Aktuator elektrisch kurzgeschlossen zu dem Bezugspotential und auf diese Weise jegliche noch vorhandene elektrische Spannung dem piezoelektrischen Aktuator entzogen.A backward movement of the nozzle needle toward its valve seat is controlled by a discharging operation of the piezoelectric actuator. For this purpose, the piezoelectric actuator is partially discharged. During movement of the nozzle needle towards its valve seat, a gradual reduction in pressure in the control chamber is detected as a gradual reduction in the piezo voltage. When the nozzle needle is in contact with the valve seat, the pressure in the control chamber increases. An increase in the piezo voltage is detected as significant for closing the nozzle needle and detected as the end of the injection process. As soon as the nozzle needle is in its closed position, ie in contact with the valve seat, the piezoelectric actuator is electrically short-circuited to the reference potential and in this way any remaining electrical voltage is removed from the piezoelectric actuator.

Aus der WO 03/067073 A1 ist ein Verfahren zum Steuern einer Pumpe-Düse-Einheit bekannt. Pumpe-Düse-Einheiten haben ein Steuerventil, das abhängig von seiner Stellung eine Verbindung von einem Bereich, der hydraulisch mit einer Düsennadel gekoppelt ist, zu einem Niederdruckbereich frei gibt oder verschließt. Der Bereich, der hydraulisch mit der Düsennadel gekoppelt ist, ist mit einer Pumpe gekoppelt, die von einer Nockenwelle angetrieben wird. Die Position der Düsennadel hängt bei der Pumpe-Düse-Einheit ab von einer Drehlage der Nockenwelle und von der Stellung des Steuerventils. Zum Detektieren eines Zeitpunkts des Beginns der hydraulischen Absteuerung, der einher geht mit einem Öffnen des Piezosteuerventils, wird ein Vergleich des Piezostroms mit zumindest einem vorgegebenen Schwellenwert durchgeführt, während eine zumindest im wesentlichen konstante Piezospannung, von bevorzugt 0 V erzwungen wird.From the WO 03/067073 A1 For example, a method of controlling a unit injector is known. Pump-nozzle units have a control valve which, depending on its position, releases or closes a connection from an area hydraulically coupled to a nozzle needle to a low pressure area. The area that is hydraulically coupled to the nozzle needle is with a pump coupled, which is driven by a camshaft. The position of the nozzle needle depends on the unit injector from a rotational position of the camshaft and the position of the control valve. For detecting a time of the beginning of the hydraulic control, which is accompanied by an opening of the piezo control valve, a comparison of the piezoelectric current is performed with at least a predetermined threshold, while an at least substantially constant piezoelectric voltage, preferably 0 V is forced.

WO 03/081007 A1 offenbart ebenfalls ein Verfahren zum Steuern einer Pumpe-Düse-Einheit. Zum Erkennen des Steuerpulses, der durch ein Öffnen des Piezo-Steuerventils hervorgerufen wird, wird ein Strompuls und/oder ein Spannungsimpuls in dem Piezoaktuator detektiert. WO 03/081007 A1 also discloses a method of controlling a pump-nozzle unit. For detecting the control pulse, which is caused by opening the piezo control valve, a current pulse and / or a voltage pulse is detected in the piezoactuator.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern eines Einspritzventils zu schaffen, das bzw. die ein präzises Erkennen eines Einspritzendes eines Zumessvorgangs von Fluid ermöglicht. Es ist ferner die Aufgabe der Erfindung, ein Computerprogramm zu schaffen, bei dessen Ausführung ein präzises Erkennen eines Einspritzendes eines Fluids bei einem Einspritzventil ermöglicht ist.The object of the invention is to provide a method and an apparatus for controlling an injection valve, which enables a precise detection of an injection end of a metering process of fluid. It is also the object of the invention to provide a computer program, in the execution of a precise detection of an injection end of a fluid is possible at an injection valve.

Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.The object is solved by the features of the independent claims. Advantageous embodiments of the invention are characterized in the subclaims.

Die Erfindung zeichnet sich aus durch ein Verfahren, eine entsprechende Vorrichtung und ein entsprechendes Computerprogramm zum Steuern eines Einspritzventils mit einem Piezo-Stellantrieb, mit einem Steuerraum, dessen Druck abhängig von dem Piezo-Stellantrieb beeinflussbar ist, und mit einer Düsennadel, deren Position abhängig von dem Druck in dem Steuerraum einstellbar ist und die in einer Schließposition in Anlage ist mit einer Sitzfläche eines Düsenkörpers und in ihrer Schließposition einen Fluidfluss durch ein Einspritzloch unterbindet. Nach einem Steuern der Düsennadel zurück in ihre Schließposition und vor Erreichen der Schließposition wird der Piezo-Stellantrieb elektrisch kurzgeschlossen. Auf ein Erreichen der Schließposition der Düsennadel wird erkannt, abhängig von einem signifikanten Verlauf eines elektrischen Stroms durch den Piezo-Stellantrieb.The invention is characterized by a method, a corresponding device and a corresponding computer program for controlling an injection valve with a piezo actuator, with a control chamber whose pressure can be influenced depending on the piezo actuator, and with a nozzle needle whose position depends on the pressure in the control chamber is adjustable and in a closed position in abutment with a seat surface of a nozzle body and in its closed position prevents fluid flow through an injection hole. After controlling the nozzle needle back to its closed position and before reaching the closed position of the piezo actuator is electrically shorted. Upon reaching the closed position of the nozzle needle is detected, depending on a significant course of an electrical current through the piezo actuator.

Die Erfindung nutzt so die Erkenntnis, dass sich beim Erreichen der Schließposition der Düsennadel im Falle des elektrisch kurzgeschlossenen Piezo-Stellantriebs ein signifikanter und gut detektierbarer Verlauf des elektrischen Stroms ergibt.The invention thus utilizes the knowledge that, when the closing position of the nozzle needle is reached, a significant and easily detectable course of the electrical current results in the case of the electrically short-circuited piezo actuator.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird abhängig von dem erkannten Erreichen der Schließposition der Düsennadel ein Stellsignal für den Piezo-Stellantrieb angepasst. Auf diese Weise kann einfach im Sinne einer Steuerung oder Regelung das Ansprechverhalten des Einspritzventils über eine lange Betriebsdauer und unter wechselnden Betriebsbedingungen sehr präzise einfach eingestellt werden.In an advantageous embodiment of the invention, a control signal for the piezo actuator is adapted depending on the recognized achievement of the closed position of the nozzle needle. In this way, simply in terms of control or regulation, the response of the injector over a long period of operation and under varying operating conditions can be adjusted very precisely.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der Verlauf des elektrischen Stroms durch den Piezo-Stellantrieb innerhalb eines vorgegebenen Zeitfensters um einen erwarteten Zeitpunkt des Erreichens der Schließposition der Düsennadel auf den signifikanten Verlauf überwacht. Auf diese Weise werden zuverlässig Fehler aufgrund möglicher Störungen, wie insbesondere Schwingungen des Piezo-Stellantriebs, vermieden.According to a further advantageous embodiment of the invention, the course of the electric current is monitored by the piezo actuator within a predetermined time window to an expected time of reaching the closed position of the nozzle needle to the significant course. In this way, errors due to possible disturbances, in particular vibrations of the piezo actuator, are reliably avoided.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der signifikante Verlauf des elektrischen Stroms durch das Unterschreiten oder Überschreiten eines vorgegebenen Schwellenwertes charakterisiert. Dies hängt maßgeblich davon ab, welcher elektrischen Stromrichtung ein positives Vorzeichen zugeordnet ist.According to a further advantageous embodiment of the invention, the significant course of the electric current is characterized by falling below or exceeding a predetermined threshold value. This depends largely on which electrical current direction is assigned a positive sign.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird abhängig von einem Minimalwert oder Maximalwert des elektrischen Stroms während des signifikanten Verlaufs oder abhängig von der zeitlichen Lage des Minimalwertes oder Maximalwertes ein Leerhub eines Schaltventils ermittelt, das von dem Piezo-Stellantrieb angetrieben wird und durch das der Druck dem Steuerraum beeinflusst wird. Auf diese Weise ist ein präzises Anpassen sowohl des Einspritzbeginns als auch des Einspritzendes einfach möglich und somit kann einfach ein definiertes Ansteuerverhalten des Einspritzventils gewährleistet werden. Ob der Minimal- oder Maximalwert verwendet wird, hängt maßgeblich davon ab, welcher elektrischen Stromrichtung ein positives Vorzeichen zugeordnet ist.According to a further advantageous embodiment of the invention, depending on a minimum value or maximum value of the electrical current during the significant course or depending on the temporal position of the minimum value or maximum value, a no-lift of a switching valve is determined, which is driven by the piezo actuator and by the pressure the control room is affected. In this way, a precise adjustment of both the start of injection and the end of injection is easily possible and thus can be easily guaranteed a defined control behavior of the injector. Whether the minimum or maximum value is used depends largely on which electrical current direction is assigned a positive sign.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt das Durchführen des Erkennens des Erreichens der Schließposition der Düsennadel abhängig von dem signifikanten Verlauf des elektrischen Stroms durch den Piezo-Stellantrieb, wenn der Druck in dem Steuerraum einen vorgegebenen Druck-Schwellenwert unterschreitet und/oder eine Ansteuerzeit des Piezo-Stellantriebs einen vorgegebenen Ansteuer-Schwellenwert unterschreitet. Auf diese Weise wird die Erkenntnis genutzt, dass auf diese Weise auch präzise bei einem niedrigen Druck und/oder geringen Ansteuerzeiten ein Erreichen der Schließposition der Düsennadel zuverlässig erkennbar ist.According to a further advantageous embodiment of the invention, the detection of reaching the closed position of the nozzle needle is performed depending on the significant course of the electric current through the piezo actuator when the pressure in the control chamber falls below a predetermined pressure threshold and / or a drive time of the Piezo actuator falls below a predetermined drive threshold. In this way, the knowledge is used that in this way can be reliably detected even at a low pressure and / or low driving times reaching the closed position of the nozzle needle.

Als Ansteuerzeit oder auch Ansteuerzeitdauer wird im Rahmen der Erfindung die Zeitdauer verstanden zwischen dem Beginn des Steuerns der Düsennadel aus ihrer Schließposition bis zum Beginn des Steuerns der Düsennadel zurück in ihre Schließposition. Der Beginn des Steuerns der Düsennadel zurück in ihre Schließposition entspricht bevorzugt dem Beginn einer entsprechenden elektrischen Ansteuerung des Piezo-elektrischen Stellantriebs in dem Sinne, dass dadurch ein Zurückbewegen der Düsennadel in ihre Schließposition erfolgt. In the context of the invention, the time duration between the beginning of the control of the nozzle needle from its closed position to the beginning of the control of the nozzle needle back into its closed position is understood as the actuation time or activation period. The beginning of the control of the nozzle needle back into its closed position preferably corresponds to the beginning of a corresponding electrical actuation of the piezoelectric electric actuator in the sense that thereby takes place a movement back of the nozzle needle in its closed position.

So kann eine hohe Ansteuergüte des Einspritzventils, insbesondere in Verbindung mit einem elektrischen spannungsbasierten Ermitteln des Einspritzbeginns, in einem weiten Betriebsbereich des Einspritzventils gewährleistet werden. Das Erkennen, ob die Düsennadel ihre Schließposition erreicht hat abhängig von dem signifikanten Verlauf des elektrischen Stroms durch den Piezo-Stellantrieb kann jedoch selbstverständlich auch erfolgen, wenn diese Bedingungen nicht erfüllt sind.Thus, a high Ansteuergüte the injector, in particular in conjunction with an electrical voltage-based determination of the start of injection, be ensured in a wide operating range of the injector. However, recognizing whether the nozzle needle has reached its closed position depending on the significant course of the electrical current through the piezo actuator can of course also take place if these conditions are not met.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:Embodiments of the invention are explained below with reference to the schematic drawings. Show it:

1 ein Einspritzventil mit einer Steuereinrichtung, 1 an injection valve with a control device,

2 eine detaillierte Darstellung der Steuereinrichtung gemäß 1, 2 a detailed representation of the control device according to 1 .

3 ein Ablaufdiagramm eines Programms, das in der Steuereinrichtung abgearbeitet wird, und 3 a flowchart of a program that is executed in the controller, and

4 zeitliche Verläufe von verschiedenen Signalen. 4 temporal courses of different signals.

Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.Elements of the same construction or function are identified across the figures with the same reference numerals.

Ein Einspritzventil (1) hat ein Injektorgehäuse 1 mit einer Ausnehmung, in die ein Piezo-Aktuator 4, also ein Piezo-Stellantrieb, eingesetzt ist, der mit einem Übertrager 6 gekoppelt ist. Der Übertrager 6 ist in einem Leckageraum 8 angeordnet. Ein Schaltventil 10, das bevorzugt als Servoventil ausgebildet ist, ist so angeordnet, dass es abhängig von seiner Schaltstellung ein Leckagefluid, das in dieser Ausführungsform bevorzugt der Kraftstoff ist, absteuert. Das Schaltventil ist über den Übertrager 6 mit dem Piezo-Aktuator 4 gekoppelt und wird von ihm angetrieben, das heißt die Schaltstellung des Schaltventils 10 wird mittels des Piezo-Aktuators 4 eingestellt. Das Schaltventil 10 ist in einer Ventilplatte 12 angeordnet. Es umfasst ein Ventilglied, dessen Position mittels des Piezo-Aktuators 4 einstellbar ist und das in einer Schaltstellung in Anlage ist mit der Ventilplatte und so das Absteuern von Kraftstoff in den Leckageraum verhindert. In einer weiteren Schaltstellung ist es beabstandet zu einer Wandung der Ventilplatte 12 und ermöglicht so das Absteuern des Kraftstoffs in den Leckageraum 8. Der Piezo-Aktuator umfasst einen Stapel 60 Piezoelemente. Der Stapel 60 der Piezoelement umfasst zum Beispiel etwa 200 Piezoelemente, die aufeinander geschichtet sind. Der Stapel 60 der Piezoelemente ist bevorzugt von einer Rohrfeder umgeben, die den Stapel 60 der Piezoelemente zwischen den Übertrager 6 und einem Abschlusselement einspannt.An injection valve ( 1 ) has an injector housing 1 with a recess into which a piezo actuator 4 , So a piezo actuator, is used, with a transformer 6 is coupled. The transformer 6 is in a leakage room 8th arranged. On-off valve 10 , Which is preferably designed as a servo valve, is arranged so that it depends on its switching position, a leakage fluid, which is preferably the fuel in this embodiment, absteuert. The switching valve is over the transformer 6 with the piezo actuator 4 coupled and is driven by him, that is, the switching position of the switching valve 10 is by means of the piezo actuator 4 set. The switching valve 10 is in a valve plate 12 arranged. It comprises a valve member whose position by means of the piezo actuator 4 is adjustable and that is in a switching position in abutment with the valve plate, thus preventing the Absteuern of fuel in the leakage chamber. In a further switching position, it is spaced from a wall of the valve plate 12 and thus allows the Absteuern of the fuel in the leakage chamber 8th , The piezo actuator comprises a stack 60 Piezo elements. The stack 60 For example, the piezo element comprises about 200 piezo elements stacked on top of each other. The stack 60 the piezo elements is preferably surrounded by a bourdon tube, which is the stack 60 the piezo elements between the transformer 6 and a final element clamps.

Das Einspritzventil umfasst ferner einen Nadelführungskörper 14 und einen Düsenkörper 16. Die Ventilplatte 12, der Nadelführungskörper 14 und der Düsenkörper 16 bilden eine Düsenbaugruppe, die mittels einer Düsenspannmutter 18 an dem Injektorgehäuse 1 befestigt ist.The injection valve further comprises a needle guide body 14 and a nozzle body 16 , The valve plate 12 , the needle guide body 14 and the nozzle body 16 form a nozzle assembly by means of a nozzle locknut 18 on the injector housing 1 is attached.

Der Nadelführungskörper 14 hat eine Ausnehmung, die als Ausnehmung des Düsenkörpers 16 in dem Düsenkörper 16 fortgesetzt ist und in der eine Düsennadel 24 angeordnet ist. Die Düsennadel 24 ist in dem Nadelführungskörper 14 geführt. Eine Düsenfeder 26 spannt die Düsennadel 24 in eine Schließposition vor, in der sie einen Kraftstofffluss durch ein Einspritzloch 28 unterbindet.The needle guide body 14 has a recess that as a recess of the nozzle body 16 in the nozzle body 16 is continued and in the a nozzle needle 24 is arranged. The nozzle needle 24 is in the needle guide body 14 guided. A nozzle spring 26 tenses the nozzle needle 24 in a closed position, in which a fuel flow through an injection hole 28 in derogation.

An dem axialen Ende der Düsennadel 24, das hingewandt ist zu der Ventilplatte 12, ist ein Steuerraum 30 ausgebildet, der über eine Zulaufdrossel mit einer Hochdruckbohrung 32 hydraulisch gekoppelt ist. Befindet sich das Schaltventil 10 in seiner Schließposition, so ist der Steuerraum 30 hydraulisch entkoppelt von dem Leckageraum 8. Dies hat zur Folge, dass sich nach einem Schließen des Schaltventils 10 der Druck in dem Steuerraum 30 im wesentlichen dem Druck in der Hochdruckbohrung 32 angleicht. Die Hochdruckbohrung 32 ist beim Einsatz des Einspritzventils in einer Brennkraftmaschine mit einem Kraftstoffhochdruckspeicher hydraulisch gekoppelt und wird so mit Kraftstoff unter einem Druck von beispielsweise bis zu 2000 bar versorgt.At the axial end of the nozzle needle 24 that is turned to the valve plate 12 , is a tax room 30 formed, which via an inlet throttle with a high-pressure bore 32 hydraulically coupled. Is the switching valve located 10 in its closed position, so is the control room 30 hydraulically decoupled from the leakage chamber 8th , This has the consequence that, after a closing of the switching valve 10 the pressure in the control room 30 essentially the pressure in the high pressure bore 32 equalizes. The high pressure bore 32 is hydraulically coupled when using the injector in an internal combustion engine with a high-pressure fuel storage and is thus supplied with fuel at a pressure of, for example, up to 2000 bar.

Über den Steuerraum 30 wird aufgrund des Fluiddrucks in dem Steuerraum 30 auf eine Stirnfläche der Düsennadel 24 eine Kraft in Schließrichtung der Düsennadel 24 ausgeübt. Die Düsennadel 24 weist ferner axial beabstandet zu ihrer Stirnfläche einen Absatz auf, der mit Fluid, das durch die Hochdruckbohrung 32 strömt, derart beaufschlagt wird, dass eine öffnend wirkende Kraft auf die Düsennadel 24 wirkt, also entgegen der Schließrichtung. In ihrer Schließposition unterbindet die Düsennadel 24 einen Kraftstofffluss durch die Einspritzdüse 28. Bewegt sich die Düsennadel 24 ausgehend von ihrer Schließposition hinein in den Steuerraum 30, so gibt sie den Kraftstofffluss durch die Einspritzdüse 28 frei, insbesondere in ihrer Offenposition, in der sie in Anlage mit dem Bereich der Wandung des Steuerraums 30 ist, der durch die Ventilplatte 12 gebildet wird.About the control room 30 becomes due to the fluid pressure in the control room 30 on an end face of the nozzle needle 24 a force in the closing direction of the nozzle needle 24 exercised. The nozzle needle 24 further comprises axially spaced from its end face on a shoulder, with the fluid passing through the high pressure bore 32 flows, is acted upon, that an opening acting force on the nozzle needle 24 acts, so contrary to the closing direction. In its closed position prevents the nozzle needle 24 a fuel flow through the injector 28 , Moves the nozzle needle 24 starting from its closed position into the control room 30 , so it gives the fuel flow through the injector 28 free, especially in their open position, where they are in Plant with the area of the wall of the control room 30 that is through the valve plate 12 is formed.

Ob die Düsennadel 24 sich in ihrer Offensposition oder in ihrer Schließposition befindet hängt davon ab, ob die Kraft, die an dem Absatz der Düsennadel 24 durch den dort herrschenden Druck des Fluids hervorgerufen wird, größer oder kleiner ist als die Kraft, die durch die Düsenfeder 26 und den auf die Stirnfläche der Düsennadel 24 einwirkenden Druck hervorgerufen wird.Whether the nozzle needle 24 is in its open position or in its closed position depends on whether the force applied to the heel of the nozzle needle 24 is caused by the prevailing pressure of the fluid is greater or less than the force passing through the nozzle spring 26 and the on the end face of the nozzle needle 24 acting pressure is caused.

Befindet sich das Schaltventil 10 in seiner Offenposition, so strömt Fluid von dem Steuerraum 30 durch das Schaltventil 10 hinein in den Leckageraum 8. Bei geeigneter Dimensionierung der Zulaufdrossel sinkt dann der Druck in dem Steuerraum 30, was schließlich zu einer Bewegung der Düsennadel in ihre Offenposition führt. Der Druck des Fluids in dem Leckageraum 8 ist deutlich geringer als der Druck des Fluids in der Hochdruckbohrung.Is the switching valve located 10 in its open position, fluid flows from the control room 30 through the switching valve 10 into the leakage room 8th , With suitable dimensioning of the inlet throttle then the pressure in the control chamber decreases 30 , which eventually leads to a movement of the nozzle needle in its open position. The pressure of the fluid in the leakage chamber 8th is significantly lower than the pressure of the fluid in the high pressure bore.

Eine Steuereinrichtung 40 ist dem Einspritzventil zugeordnet. Die Steuereinrichtung 40 ist ausgebildet zum Erzeugen eines Stellsignals für den Piezo-Stellantrieb des Einspritzventils, der der Piezo-Aktuator 4 ist. Die Steuereinrichtung umfasst einen Computer, der geeignet ist Computerprogramme abzuarbeiten und so das Einspritzventil zu steuern. Die Computerprogramme sind bevorzugt in einem Speicher des Computers gespeichert, werden beim Betrieb geladen und dann abgearbeitet. Sie können jedoch auch dem Computer über eine beliebige Datenschnittstelle zugeführt werden und ggf. dann in seinem Speicher gespeichert werden.A control device 40 is assigned to the injection valve. The control device 40 is designed to generate an actuating signal for the piezo actuator of the injection valve, which is the piezo actuator 4 is. The control device comprises a computer which is suitable for processing computer programs and thus controlling the injection valve. The computer programs are preferably stored in a memory of the computer, are loaded during operation and then processed. However, they can also be supplied to the computer via any data interface and, if necessary, stored in its memory.

Das Stellsignal SG ist bevorzugt ein Stromsignal, das bevorzugt pulshöhenmoduliert ist. Ausgehend von einem Start eines Ladevorgangs wird bevorzugt eine vorgegebene Anzahl Pulse, so zum Beispiel 20, mit einer vorgegebenen zeitlichen Dauer und Periode erzeugt bis der Ladevorgang abgeschlossen ist. Über die Höhe des jeweiligen Pulses wird die während des Ladevorgangs dem Piezo-Aktuator zuzuführende elektrische Energie eingestellt. Die dem Piezo-Aktuator 4 während eines Ladevorgangs zuzuführende Energie wird abhängig von Betriebsparametern ermittelt. Die dem Aktuator zugeführte Energie beeinflusst dessen axialen Hub und somit auch den Verlauf des Drucks in dem Steuerraum 30.The actuating signal SG is preferably a current signal, which is preferably pulse height modulated. Starting from a start of a charging process is preferably a predetermined number of pulses, such as 20 , with a predetermined time duration and period until the charging process is completed. The height of the respective pulse is used to set the electrical energy to be supplied to the piezoelectric actuator during the charging process. The piezo actuator 4 energy to be supplied during a charging process is determined as a function of operating parameters. The energy supplied to the actuator influences its axial stroke and thus also the course of the pressure in the control chamber 30 ,

Die Steuereinrichtung ist ferner ausgebildet zum Durchführen eines Entladevorgangs des Piezo-Aktuators 4. Bevorzugt wird dazu eine vorgegebene Anzahl an Entladepulsen erzeugt, so z. B. 20, mit einer vorgegebenen zeitlichen Dauer und Periode. Über die Höhe der jeweiligen Entladepulse wird die während des Entladevorgangs dem Piezo-Aktuator 4 entnommene elektrische Energie eingestellt. Die dem Aktuator entnommene Energie beeinflusst dessen axiale Hub-Verringerung.The control device is further configured to perform a discharge operation of the piezo actuator 4 , Preferably, a predetermined number of discharge pulses is generated, such. B. 20 , with a given duration and period. About the height of the respective discharge pulses during the discharge of the piezo actuator 4 removed electrical energy set. The energy taken from the actuator affects its axial stroke reduction.

Die Steuereinrichtung umfasst eine Steuerschaltung, die im Folgenden anhand der 2 näher erläutert ist. Eine Spannungsquelle 42, die bevorzugt eine Batterie ist, ist eingangsseitig an einen Spannungsverstärker 44 geführt. GND bezeichnet jeweils ein Bezugspotential.The control device comprises a control circuit which will be described below with reference to FIG 2 is explained in more detail. A voltage source 42 , which is preferably a battery, is the input side to a voltage amplifier 44 guided. GND denotes a reference potential.

Der Spannungsverstärker 44 ist ausgangsseitig elektrisch leitend mit einem ersten Knotenpunkt verbunden. Ein Kondensator 46 ist zwischen dem Bezugspotential und dem ersten Knotenpunkt 45 geschaltet. Ein Eingangsfilter 48 ist vorgesehen, das einerseits mit dem ersten Knotenpunkt 45 elektrisch leitend verbunden ist und andererseits an eine Primärwicklung 50 eines Transformators geführt ist. Die Primärwicklung 50 ist an ihrem anderen Wicklungsende mittels eines ersten Schalters 52 mit dem Bezugspotential GND elektrisch koppelbar.The voltage amplifier 44 the output side is electrically connected to a first node. A capacitor 46 is between the reference potential and the first node 45 connected. An input filter 48 is provided, on the one hand with the first node 45 electrically connected and on the other hand to a primary winding 50 a transformer is guided. The primary winding 50 is at its other end of winding by means of a first switch 52 electrically coupled to the reference potential GND.

Ferner ist eine Sekundärwicklung 54 des Transformators vorgesehen, die über einen zweiten Schalter 56 mit dem Bezugspotential GND koppelbar ist. An dem anderen Wicklungsende der Sekundärwicklung 54 ist sie elektrisch leitend mit einem Ausgangsfilter 58 verbunden. Das Ausgangsfilter 58 ist ausgangsseitig mit einem zweiten Knotenpunkt 59 elektrisch leitend verbunden. Der Stapel 60 piezoelektrischer Elemente ist einerseits elektrisch leitend mit dem zweiten Knotenpunkt 59 verbunden und ist andererseits elektrisch leitend mit einem dritten Schalter 64 verbunden, abhängig von dessen Schaltstellung eine elektrisch leitende Verbindung zu dem Bezugspotential über einen Strommesswiderstand 68 hergestellt werden kann.Furthermore, a secondary winding 54 of the transformer, which has a second switch 56 can be coupled to the reference potential GND. At the other winding end of the secondary winding 54 it is electrically conductive with an output filter 58 connected. The output filter 58 is the output side with a second node 59 electrically connected. The stack 60 Piezoelectric elements is on the one hand electrically conductive with the second node 59 on the other hand is electrically conductive with a third switch 64 connected, depending on its switching position, an electrically conductive connection to the reference potential via a current measuring resistor 68 can be produced.

Ferner ist ein weiterer Stapel 62 Piezoelemente vorgesehen, der einem weiteren Piezo-Aktuator zugeordnet ist. Der weitere Stapel 62 Piezoelemente ist über einen vierten Schalter 66 ebenfalls mit dem Bezugspotential GND koppelbar, wobei dann auch noch der Strommesswiderstand 68 zwischengeschaltet ist.Further, another stack 62 Provided piezoelectric elements, which is associated with a further piezoelectric actuator. The further stack 62 Piezo elements is via a fourth switch 66 can also be coupled to the reference potential GND, in which case also the current measuring resistor 68 is interposed.

Ferner ist eine Steuereinheit 70 vorgesehen, die an dem Strommesswiderstand 68, der auch als Shunt-Widerstand bezeichnet werden kann, abfallende Spannung erfasst und so den jeweiligen Strom durch den Stapel 60 oder den weiteren Stapel 62 Piezoelemente ermittelt. Die Steuereinheit 70 ist ferner ausgebildet zum Erzeugen von Steuersignalen zum Schalten der ersten bis fünften Schalter. Ein fünfter Schalter 72 ist mit dem zweiten Knotenpunkt 59 gekoppelt und ist andererseits hin zu dem Bezugspotential GND geführt. Abhängig von der Schaltstellung des fünften Schalters kann der fünfte Knotenpunkt mit dem Bezugspotential GND kurzgeschlossen werden.Further, a control unit 70 provided on the current measuring resistor 68 , which can also be referred to as shunt resistance, detects declining voltage and thus the current through the stack 60 or the other stack 62 Piezo elements determined. The control unit 70 is further configured to generate control signals for switching the first to fifth switches. A fifth switch 72 is with the second node 59 coupled and on the other hand led to the reference potential GND. Depending on the switching position of the fifth switch, the fifth node can be short-circuited to the reference potential GND.

Für einen Ladevorgang des Stapels 60 der Piezoelemente wird zunächst der erste Schalter 52 geschlossen, und somit die Primärwicklung 50 an ihrem einen Wicklungsende mit dem Bezugspotential GND verbunden. Dies hat dann ein Fließen eines elektrischen Stromes durch die Primärwicklung 50 hin zu dem Bezugspotential zur Folge. Wenn der Strom durch die Primärwicklung 50 einen vorgegebenen Schwellenwert erreicht hat oder nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitdauer wird der erste Schalter 52 in seine Offenstellung gesteuert, also hochohmig geschaltet. Dies hat dann auf der Sekundärseite des Transformators einen Stromfluss von dem Bezugspotential GND durch eine erste Diode 57 weiter durch die Sekundärwicklung 54, weiter durch das Ausgangsfilter 58 und hin zu dem ersten Stapel 60 der Piezoelemente zur Folge. In diesem Zustand ist der dritte Schalter 64 in seiner Schließstellung und der vierte Schalter 66 in seiner Offenstellung. Auf diese Weise ist somit ein Ladepuls erzeugt worden. Bevorzugt werden während eines Ladevorgangs eine vorgebbare Anzahl an Ladepulsen erzeugt bevorzugt mit dem gleichen zeitlichen Abstand aufeinander. Die zuzuführende elektrische Energie wird bevorzugt durch Variieren der maximalen Stromhöhe während eines Ladepulses variiert. For a load of the stack 60 The piezoelectric elements is first the first switch 52 closed, and thus the primary winding 50 connected at its one winding end to the reference potential GND. This then has a flow of electrical current through the primary winding 50 towards the reference potential. When the current through the primary winding 50 has reached a predetermined threshold or after a predetermined period of time, the first switch 52 controlled in its open position, so switched to high impedance. This then has a current flow from the reference potential GND through a first diode on the secondary side of the transformer 57 continue through the secondary winding 54 , continue through the output filter 58 and to the first batch 60 the piezo elements result. In this state, the third switch 64 in its closed position and the fourth switch 66 in its open position. In this way, a charging pulse has thus been generated. During a charging process, a predefinable number of charging pulses are preferably generated with the same time interval between each other. The electrical energy to be supplied is preferably varied by varying the maximum current level during a charging pulse.

Während des jeweiligen Ladepulses ist der fünfte Schalter 72 in seiner Offenstellung. Die Eingangs- und Ausgangsfilter 48, 58 sind bevorzugt als Tiefpass- oder Bandpassfilter ausgebildet.During the respective charging pulse is the fifth switch 72 in its open position. The input and output filters 48 . 58 are preferably designed as low pass or bandpass filters.

Ein Entladevorgang des Stapels 60 der Piezoelemente wird im Folgenden noch anhand des Ablaufdiagramms der 3 näher erläutert.A discharge of the stack 60 The piezo elements will be described below with reference to the flowchart of 3 explained in more detail.

In der Steuereinheit 70 ist in einem Speicher ein Programm zum Steuern des Einspritzventils abgespeichert, das während des Betriebs des Einspritzventils geladen wird und in der Steuereinheit abgearbeitet wird. Die Steuereinheit 70 umfasst einen Computer. Das Programm, das anhand des Ablaufdiagramms der 3 dargestellt ist, ist ein Computerprogramm, das entsprechend codiert ist, um entsprechende Rechenoperationen und Ein-/Ausgangsoperationen in dem Computer durchzuführen.In the control unit 70 is stored in a memory, a program for controlling the injection valve, which is loaded during operation of the injection valve and executed in the control unit. The control unit 70 includes a computer. The program that uses the flowchart of the 3 is a computer program encoded accordingly to perform respective arithmetic operations and input / output operations in the computer.

Das Computerprogramm kann auf einem computerlesbaren Medium enthalten sein und beispielsweise erst beim Herstellen eines Fahrzeugs, in dem die Einspritzventile angeordnet sind, in dem Speicher der Steuereinheit 70 abgespeichert werden.The computer program may be contained on a computer-readable medium and, for example, only in the manufacture of a vehicle, in which the injection valves are arranged, in the memory of the control unit 70 be stored.

Das Programm wird in einem Schritt S1 gestartet und zwar bevorzugt zeitnah zu dem Beginn des jeweiligen Betriebs des Einspritzventils. In einem Schritt S2 wird geprüft, ob die Düsennadel 24 von ihrer Offenposition OP in ihre Schließposition CL gesteuert werden soll. Ist dies nicht der Fall, so verharrt das Programm in einem Schritt S4 für eine vorgebbare Wartezeitdauer T_W, während der beispielsweise andere Programme in der Steuereinheit durchgeführt werden. Anschließend wird die Bearbeitung erneut in dem Schritt S2 fortgesetzt.The program is started in a step S1, preferably near the beginning of the respective operation of the injection valve. In a step S2, it is checked whether the nozzle needle 24 should be controlled from its open position OP to its closed position CL. If this is not the case, the program remains in a step S4 for a predefinable waiting time T_W, while, for example, other programs are performed in the control unit. Subsequently, the processing is continued again in the step S2.

Ist die Bedingung des Schrittes S2 hingegen erfüllt, so wird in einem Schritt S6 ein aktueller Zeitpunkt t einem Zeitpunkt t_elv des Starts des Entladevorgangs zugeordnet.If, on the other hand, the condition of step S2 is satisfied, then in a step S6 a current time t is assigned to a time t_elv of the start of the unloading process.

In einem Schritt S8 wird eine erste Entladephase PH1 gestartet. Während der ersten Entladephase PH1 werden mittels der Steuerschaltung eine vorgebbare Anzahl von Entladepulsen gesteuert. Zum Erzeugen eines Entladepulses ist bezogen auf den Stapel 60 der Piezoelemente der dritte Schalter 64 in seiner Schließstellung und der zweite Schalter 56 ist ebenfalls in seiner Schließstellung. Auf diese Weise wird die in dem Stapel 60 der Piezoelemente befindliche Ladung abgebaut durch einen Stromfluss von dem Stapel 60 über den zweiten Knotenpunkt 59, das Ausgangsfilter 58, durch die Sekundärwicklung 54 und dann über den zweiten Schalter 56 hin zu dem Bezugspotential. Wenn der Strom durch die Sekundärwicklung 54 einen vorgegebenen Entladeschwellenwert erreicht hat oder eine vorgegebene Entladezeitdauer überschritten worden ist, wird der zweite Schalter 56 wieder in seine Offenstellung gesteuert.In a step S8, a first discharge phase PH1 is started. During the first discharge phase PH1, a predefinable number of discharge pulses are controlled by means of the control circuit. To generate a discharge pulse is relative to the stack 60 the piezo elements of the third switch 64 in its closed position and the second switch 56 is also in its closed position. That way, the one in the stack 60 the charge contained in the piezo elements is dissipated by a flow of current from the stack 60 over the second node 59 , the output filter 58 , through the secondary winding 54 and then the second switch 56 towards the reference potential. When the current through the secondary winding 54 has reached a predetermined Entladeschwellenwert or a predetermined discharge period has been exceeded, the second switch 56 controlled back to its open position.

Dies hat dann einen entsprechend entgegengerichteten Strom durch die Primärwicklung 50 zur Folge und zwar von dem Bezugspotential über eine zweite Diode 53 durch die Primärwicklung 50 des Transformators hin zu dem ersten Knotenpunkt 45. Während des Entladevorgangs ist der erste Schalter 52 in seiner Offenstellung.This then has a correspondingly opposite current through the primary winding 50 as a result of the reference potential via a second diode 53 through the primary winding 50 of the transformer towards the first node 45 , During unloading is the first switch 52 in its open position.

Auf diese Weise wird die in dem Stapel 60 gespeicherte elektrische Energie in den Kondensator 46 umgeladen. Die Entladepulse haben bevorzugt eine vorgegebene Zeitdauer und werden während des Entladevorgangs eine vorgegebene Anzahl mal erzeugt. Die während des Entladevorgangs aus dem Stapel 60 der Piezoelemente entnommene elektrische Energie wird bevorzugt durch die Höhe der Entladepulse beeinflusst. Die Ladepulse werden mit einem vorgegebenen zeitlichen Abstand zueinander erzeugt.That way, the one in the stack 60 stored electrical energy in the condenser 46 transhipped. The discharge pulses preferably have a predetermined time duration and are generated a predetermined number of times during the discharge process. The unloading process from the stack 60 The electrical energy taken from the piezoelements is preferably influenced by the height of the discharge pulses. The charging pulses are generated at a predetermined time interval from each other.

Wenn eine vorgegebene Bedingung erfüllt ist, so z. B. eine bestimmte Anzahl an Entladepulsen erzeugt worden sind, wird eine zweite Entladephase PH2 in einem Schritt S10 gesteuert. Beginnend mit der zweiten Entladephase PH2 wird der fünfte Schalter 52, der auch als Schutzschalter bezeichnet werden kann, in seine Schließstellung gebracht und so der zweite Knotenpunkt 59 mit dem Bezugspotential GND elektrisch kurzgeschlossen. Dabei kann der Schutzschalter ein Mittel zur Strombegrenzung umfassen. Auf diese Weise wird dann die in dem Stapel 60 der Piezoelemente zu diesem Zeitpunkt noch verbleibende restliche elektrische Ladung dem Stapel 60 der Piezoelemente entzogen.If a predetermined condition is met, such. For example, if a certain number of discharge pulses have been generated, a second discharge phase PH2 is controlled in a step S10. Starting with the second discharge phase PH2 becomes the fifth switch 52 , which can also be referred to as a circuit breaker, brought into its closed position and so the second node 59 electrically short-circuited to the reference potential GND. In this case, the circuit breaker may include a means for current limiting. This will then be the one in the stack 60 the piezoelectric elements remaining at this time remaining electric charge the stack 60 removed from the piezo elements.

In einem Schritt S12, der sehr zeitnah zu dem Schließen des fünften Schalters 72 im Anschluss an den Schritt S10 aufgerufen wird, wird geprüft, ob der aktuelle Zeitpunkt t gleich ist der Summe des Zeitpunktes t_elv des Start des Entladevorgangs und einer vorgegebenen Zeitdauer DT. Ist die Bedingung des Schrittes S12 nicht erfüllt, so verharrt das Programm für eine vorgegebene weitere Wartezeitdauer T_W in einem Schritt S14, bevor die Bearbeitung des Schrittes S12 erneut durchgeführt wird.In a step S12, which is very close to the closing of the fifth switch 72 is called after the step S10, it is checked whether the current time t is equal to the sum of the time t_elv of the start of the discharge and a predetermined period of time DT. If the condition of step S12 is not satisfied, then the program remains in a step S14 for a predetermined further waiting period T_W before the processing of step S12 is carried out again.

Ist die Bedingung des Schrittes S12 hingegen erfüllt, so wird die Bearbeitung in einem Schritt S16 fortgesetzt. Es wird geprüft, ob der Strom I_P durch den Stapel 60 der Piezoelemente einen vorgegebenen Strom-Schwellenwert I_THD unterschreitet. Während der Durchführungen des Schrittes S16 kann der dritte Schalter 64 sich auch in seiner Offenstellung befinden. Der dritte Schalter 64 und ebenso der vierte Schalter 66 umfassen eine parallel zu dem Schalter befindliche Diode, die von dem Bezugspotential GND hin zu dem jeweiligen Stapel 60, 62 der Piezoelemente elektrisch leitend ist. Somit kann auch im geöffneten Zustand des dritten Schalters 64 ein elektrischer Strom von dem Bezugspotential über den Strommesswiderstand 68 hin zu dem Stapel 60 der Piezoelemente fließen.On the other hand, if the condition of step S12 is satisfied, the processing is continued in a step S16. It checks if the stream I_P is through the stack 60 the piezoelectric elements falls below a predetermined current threshold I_THD. During the implementations of step S16, the third switch 64 are also in its open position. The third switch 64 and also the fourth switch 66 comprise a diode in parallel with the switch, from the reference potential GND to the respective stack 60 . 62 the piezo elements is electrically conductive. Thus, even in the open state of the third switch 64 an electrical current from the reference potential across the current sense resistor 68 towards the stack 60 the piezo elements flow.

Ist die Bedingung des Schrittes S16 nicht erfüllt, so verharrt das Programm für eine weitere Wartezeitdauer T_W3 in einem Schritt S18, bevor die Bedingung des Schrittes S16 erneut geprüft wird. Das Unterschreiten des Strom-Schwellenwertes I_THD durch den elektrischen Strom IP durch den Stapel 60 der piezoelektrischen Elemente ist charakteristisch für ein Auftreffen der Düsennadel 24 auf einen Sitz des Düsenkörpers 16 und somit das Erreichen der Schließposition CL der Düsennadel 24. Der Strom-Schwellenwert I_THD ist durch geeignete Versuche oder Simulationen vorab ermittelt und in der Steuereinheit abgespeichert oder skaliert in Abhängigkeit von dem Druck des Fluids in der Hochdruckbohrung 32.If the condition of step S16 is not fulfilled, the program pauses for a further waiting period T_W3 in a step S18 before the condition of step S16 is checked again. The falling below the current threshold I_THD by the electric current IP through the stack 60 The piezoelectric elements are characteristic for an impact of the nozzle needle 24 on a seat of the nozzle body 16 and thus reaching the closed position CL of the nozzle needle 24 , The current threshold value I_THD is determined in advance by suitable tests or simulations and stored in the control unit or scaled in dependence on the pressure of the fluid in the high-pressure bore 32 ,

Ist die Bedingung des Schrittes S16 erfüllt, so wird in einem Schritt S20 der aktuelle Zeitpunkt t einem Zeitpunkt t_cl des Erreichens der Schließposition CL der Düsennadel 24 zugeordnet.If the condition of step S16 is met, then in a step S20 the current time t becomes a time t_cl of reaching the closing position CL of the nozzle needle 24 assigned.

In einem Schritt S24 wird anschließend das Stellsignal SG zum Steuern eines Einspritzventils abhängig von der Differenz des Zeitpunktes t_cl des Erreichens der Schließposition CL und des Zeitpunktes t_elv des Beginns des Entladevorgangs angepasst. Das Stellsignal kann beispielsweise die dem Stapel 60 der Piezoelemente während eines Entladevorgangs abzuführende elektrische Energie oder auch die während eines Ladevorgangs zuzuführende Energie sein. So kann dann beispielsweise die jeweilige Pulshöhe der Lade- bzw. Entladepulse angepasst werden.In a step S24, the control signal SG for controlling an injection valve is subsequently adjusted as a function of the difference between the time t_cl of reaching the closed position CL and the time t_elv of the start of the discharging process. The control signal can be, for example, the stack 60 the piezoelectric elements to be dissipated during a discharge electrical energy or be supplied during a charge energy. Thus, for example, the respective pulse height of the charge or discharge pulses can be adjusted.

Anschließend verharrt das Programm in einem Schritt S24 für eine weitere Wartezeit TW4, bevor die Bearbeitung erneut in dem Schritt S2 fortgesetzt wird. Spätestens zum Beginn eines folgenden Ladevorgangs wird der fünfte Schalter 72 wieder in seine Offenstellung gebracht.Subsequently, in a step S24, the program pauses for another waiting time TW4 before the processing is continued again in the step S2. At the latest at the beginning of a subsequent charging process, the fifth switch 72 brought back into its open position.

Alternativ kann zu dem Schritt S2 auch ein Schritt S2' vorgesehen sein, in dem zusätzlich zu dem Prüfen, ob die Düsennadel 24 von ihrer Offenposition OP in ihre Schließposition CL gesteuert wird, noch geprüft wird, ob der Druck FUP in dem Steuerraum 30 kleiner ist als ein vorgegebener Druck-Schwellenwert FUP_THD und/oder eine Ansteuerzeit T_AN des Einspritzventils kleiner ist als ein Ansteuerzeitdauerschwellenwert T_THD. Auf diese Weise kommen dann die Vorzüge des derartigen Ermittelns des Zeitpunkts t_cl des Erreichens der Schließposition CL der Düsennadel 24 und das davon abhängige Anpassen des Stellsignals besonders gut zur Geltung, wenn andere Vorgehensweisen zum Anpassen des Stellsignals, wie beispielsweise ein spannungsbasiertes Ermitteln eines Einspritzbeginns des Einspritzventils weniger präzise Ergebnisse liefern.Alternatively, the step S2 may also be provided with a step S2 'in which, in addition to checking whether the nozzle needle 24 is controlled from its open position OP in its closed position CL, it is still checked whether the pressure FUP in the control room 30 is smaller than a predetermined pressure threshold FUP_THD and / or a drive time T_AN of the injection valve is less than a Ansteuerzeitdauerschwellenwert T_THD. In this way, then come the merits of such determination of the time t_cl of reaching the closed position CL of the nozzle needle 24 and the adjustment of the control signal dependent thereon is particularly effective when other approaches to adjusting the control signal, such as voltage based determination of injection start of the injector, provide less accurate results.

Beim Anpassen des Stellsignals SG abhängig von dem Zeitpunkt t_cl des Erreichens der Schließposition CL wird die Erkenntnis genutzt, dass der Zeitpunkt t_cl des Erreichens der Schließposition CL abhängt von einem Leerhub des Piezo-Aktuators 4. Der Leerhub des Piezo-Aktuators 4 ist gegeben durch den Hubbereich, der gegeben ist durch den vollkommen entladenen Zustand des Piezo-Aktuators 4 bis hin zu dem Anliegen des Piezo-Aktuators bzw. des Übertragers 6 an dem Ventilglied des Schaltventils 10, wenn der Druck des Fluids in der Hochdruckbohrung 32 in etwa dem Umgebungsdruck also etwa 1 bar entspricht. Bereits bei einem geringfügig höheren Druck des Fluids in der Hochdruckbohrung 32 ist der Piezo-Aktuator 4 bzw. der Übertrager 6 immer in Anlage mit dem Ventilglied des Schaltventils 10, nur der Kraftschluss ist unterschiedlich stark.When adjusting the control signal SG depending on the time t_cl of reaching the closed position CL, the knowledge is used that the time t_cl of reaching the closed position CL depends on a dead stroke of the piezo actuator 4 , The idle stroke of the piezo actuator 4 is given by the stroke range, which is given by the fully discharged state of the piezo actuator 4 up to the concerns of the piezo actuator or the transformer 6 on the valve member of the switching valve 10 when the pressure of the fluid in the high pressure bore 32 In about the ambient pressure that is about 1 bar corresponds. Already at a slightly higher pressure of the fluid in the high pressure bore 32 is the piezo actuator 4 or the transformer 6 always in contact with the valve member of the switching valve 10 , only the adhesion is different strong.

Gegebenenfalls kann in einem Schritt S22 alternativ oder zusätzlich ein Minimalwert MIN_I_P des Stroms durch den Stapel 60 der Piezoelemente ermittelt werden und so anhand dieses Minimalwertes MIN_I_P als Charakteristikum für den Lehrhub auch das Stellsignal SG angepasst werden.Optionally, in a step S22, alternatively or additionally, a minimum value MIN_I_P of the current through the stack 60 the piezoelectric elements are determined, and so the control signal SG can be adjusted on the basis of this minimum value MIN_I_P as a characteristic for the teaching stroke.

Die vorgegebene Zeitdauer DT ist so gewählt, dass die Summe aus der vorgegebenen Zeitdauer DT und dem Zeitpunkt t_elv des Starts des Entladevorgangs sehr nahe an dem erwarteten Zeitpunkt des Erreichens der Schließposition CL der Düsennadel 24 liegt, aber auch ausreichend beabstandet, um gegebenenfalls mögliche Streuungen des tatsächlichen Auftreffens auszugleichen. Bevorzugt wird der Schritt S12 während eines Durchlaufs des Programms auch nur maximal eine vorgegebene Anzahl mal aufgerufen, da nach Ablauf der so bedingten Zeitdauer ein tatsächliches Erreichen der Schließposition nicht mehr zu erwarten ist.The predetermined period of time DT is selected so that the sum of the predetermined period DT and the time t_elv of the start of the discharging process is very close to the expected time of reaching the closing position CL of the nozzle needle 24 but also sufficiently spaced to compensate for any possible variations in the actual impact. Preferably, during a run of the program, step S12 is also called only a maximum of a predetermined number of times, since an actual reaching of the closed position is no longer to be expected after the expiry of the duration thus conditioned.

4 zeigt zeitliche Verläufe eines Piezohubs HP, eines Stellgliedhubs HS, eines Düsennadelhubs HD einer Piezospannung U_P und des elektrischen Stroms I_P durch den Stapel 60 der Piezoelemente. Die Größen sind in 4 dimensionslos dargestellt. Alle zeitlichen Verläufe außer dem Düsennadelhub HD sind auf die linke Achse bezogen. Wesentlich für den Zeitpunkt t_cl des Erreichens der Schließposition CL der Düsennadel 24, der in dem Schritt S20 ermittelt wird, ist dass eine starke Korrelation zu dem tatsächlichen Zeitpunkt des Schießens der Düsennadel 24 besteht. Auf diese Weise kann der tatsächliche Zeitpunkt des Erreichens der Schließposition CL somit sehr präzise ermittelt werden, auch wenn der ermittelte Zeitpunkt t_cl des Erreichens der Schließposition von der tatsächlichen Schließposition abweicht. 4 shows time courses of a piezohub HP, an actuator stroke HS, a nozzle needle stroke HD of a piezoelectric voltage U_P and the electrical current I_P through the stack 60 the piezo elements. The sizes are in 4 dimensionless shown. All time profiles except the nozzle needle stroke HD are related to the left axis. Essential for the time t_cl of reaching the closed position CL of the nozzle needle 24 which is determined in the step S20 is that a strong correlation with the actual time of the shooting of the nozzle needle 24 consists. In this way, the actual time of reaching the closing position CL can thus be determined very precisely, even if the determined time t_cl of reaching the closing position deviates from the actual closing position.

Claims

Method for controlling an injection valve with a piezo actuator, having a control chamber ( 30 ), whose pressure can be influenced depending on the piezo actuator, and with a nozzle needle ( 24 ) whose position depends on the pressure in the control room ( 30 ) is adjustable and in a closed position (CL) in abutment with a seat surface of a nozzle body ( 16 ) and in the closed position (CL) a fluid flow through an injection hole ( 28 ), in which - after controlling the nozzle needle ( 24 ) back to its closed position (CL) and before reaching the closed position (CL) of the piezo actuator is electrically short-circuited and to a reaching the closed position (CL) of the nozzle needle (CL) 24 ) is detected depending on a significant course of an electrical current (I_P) through the piezo actuator.

Method according to Claim 1, in which, depending on the recognized reaching of the closing position (CL) of the nozzle needle ( 24 ) a control signal (SG) for the piezo actuator is adjusted.

Method according to one of the preceding claims, in which the course of the electrical current (I_P) is monitored within a predetermined time window around an expected time of reaching the closing position of the nozzle needle for the significant course.

Method according to one of the preceding claims, in which the significant course of the electrical current (I_P) is characterized by the falling below or exceeding a predetermined current threshold value (I_THD).

Method according to one of the preceding claims, in which, depending on a minimum value (MIN_I_P) or maximum value of the electrical current (I_P) during its significant course or depending on the temporal position of the minimum value (MIN_I_P) or maximum value, an idle stroke of a switching valve ( 10 ), which is driven by the piezo actuator and by which the pressure in the control chamber ( 30 ) being affected.

Method according to one of the preceding claims, which is carried out when the pressure (FUP) in the control room ( 30 ) falls below a predetermined pressure threshold value (FUP_THD) and / or a drive time (T_AN) of the piezo actuator falls below a predefined actuation threshold value (T_THD).

Device for controlling an injection valve with a piezo actuator, with a control chamber ( 30 ), whose pressure can be influenced depending on the piezo actuator, and with a nozzle needle ( 24 ) whose position depends on the pressure in the control room ( 30 ) is adjustable and in a closed position (CL) in abutment with a seat surface of a nozzle body ( 16 ) and in the closed position (CL) a fluid flow through an injection hole ( 28 ) is prevented, wherein the device is designed for - electrical shorting of the piezo actuator after controlling the nozzle needle ( 24 ) back to its closed position (CL) and before reaching the closed position (CL), and - detecting that the closing position (CL) of the nozzle needle has been reached ( 24 ) depending on a significant course of an electrical current (I_P) through the piezo actuator.

A computer program comprising computer code means suitable for carrying out the steps of any one of claims 1 to 5 when the program is run on a computer.

The computer program of claim 8 contained on a computer readable medium.