DE102006001375A1 - Method for operating a piezoelectric actuator, in particular an injection valve - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines piezoelektrischen Aktors (12), insbesondere eines Einspritzventils (10a, 10b) einer Brennkraftmaschine, bei dem der piezoelektrische Aktor (12) mit einer elektrischen Spannung (U) angesteuert wird, um den Aktor (12) von einem ersten Betriebszustand in einen zweiten Betriebszustand zu versetzen, und bei dem der Zeitverlauf eines durch den Aktor (12) fließenden Stroms (I) ermittelt wird. DOLLAR A Erfindungsgemäß wird der ermittelte Zeitverlauf mit einem Referenzzeitverlauf verglichen, und aus diesem Vergleich werden Rückschlüsse auf eine Bewegung des Aktors (12) oder auf eine Bewegung von mit dem Aktor (12) gekoppelten Elementen (13, 15, ...) gezogen.The invention relates to a method for operating a piezoelectric actuator (12), in particular an injection valve (10a, 10b) of an internal combustion engine, in which the piezoelectric actuator (12) is controlled with an electrical voltage (U) in order to control the actuator (12) from to put a first operating state in a second operating state, and in which the time course of a current (I) flowing through the actuator (12) is determined. DOLLAR A According to the invention, the determined time course is compared with a reference time course, and conclusions are drawn from this comparison about a movement of the actuator (12) or a movement of elements (13, 15, ...) coupled to the actuator (12).

Description

Stand der TechnikState of technology

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines piezoelektrischen Aktors, insbesondere eines Einspritzventils einer Brennkraftmaschine, bei dem der piezoelektrische Aktor mit einer elektrischen Spannung angesteuert wird, um den Aktor von einem ersten Betriebszustand in einen zweiten Betriebszustand zu versetzen, und bei dem der Zeitverlauf eines durch den Aktor fließenden Stroms ermittelt wird.The The invention relates to a method of operating a piezoelectric Actuator, in particular an injection valve of an internal combustion engine, wherein the piezoelectric actuator with an electrical voltage is driven to the actuator from a first operating state in a second operating state, and in which the time course one flowing through the actuator Current is determined.

Die Erfindung betrifft ebenfalls ein entsprechendes Computerprogramm, einen entsprechenden elektronischen Speicher sowie ein entsprechendes Steuergerät.The Invention also relates to a corresponding computer program, a corresponding electronic memory and a corresponding control device.

Verfahren der eingangs genannten Art sind beispielsweise von in Einspritzventilen eingesetzten piezoelektrischen Aktoren bekannt und werden verwendet, um einen Öffnungszeitpunkt oder einen Schließzeitpunkt des Einspritzventils zu ermitteln, wodurch beispielsweise eine eingespritzte Kraftstoffmenge abgeschätzt werden kann.method of the type mentioned are, for example, in injection valves known piezoelectric actuators are known and used at an opening time or a closing time determine the injection valve, whereby, for example, an injected Estimated fuel quantity can be.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren der eingangs genannten Art dahingehend weiterzuentwickeln, dass eine präzisere Überwachung eines ordnungsgemäßen Betriebs des piezoelektrischen Aktors möglich ist.It Object of the present invention, a method of the initially be further developed in such a way that a more precise monitoring proper operation the piezoelectric actuator possible is.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der ermittelte Zeitverlauf mit einem Referenzzeitverlauf verglichen wird, und dass aus diesem Vergleich Rückschlüsse auf eine Bewegung des Aktors oder auf eine Bewegung von mit dem Aktor gekoppelten Elementen gezogen werden.These The object is achieved in a method of the type mentioned in the present invention that the determined time course compared with a reference time history is, and that from this comparison conclusions on a movement of the actuator or pulled on a movement of coupled to the actuator elements become.

Vorteile der ErfindungAdvantages of invention

Das erfindungsgemäße Vergleichen eines tatsächlich ermittelten Zeitverlaufs des durch den Aktor fließenden Stroms mit einem Referenzzeitverlauf ermöglicht eine besonders genaue Überwachung einer ordnungsgemäßen Funktion des Aktors. Insbesondere kann basierend auf dem erfindungsgemäßen Vergleich aufgrund von Differenzen zwischen dem Referenzzeitverlauf und dem tatsächlich ermittelten Zeitverlauf abgeleitet werden, ob der Aktor eine seiner Ansteuerung entsprechende Bewegung ausführt.The Inventive comparisons one actually determined time course of the current flowing through the actuator with a reference time history allows a particularly accurate monitoring a proper function of the actor. In particular, based on the comparison according to the invention due to differences between the reference timing and the indeed Determined over time, whether the actuator is one of his Actuation corresponding movement executes.

Falls der Aktor während einer Ansteuerung beispielsweise externen Störgrößen ausgesetzt ist, die in Form einer auf den Aktor wirkenden Kraft auftreten, ergeben sich hierdurch Ladungsverschiebungen in dem piezoelektrischen Material des Aktors, die sich bei gegebener Ansteuerspannung u.a. auf den Zeitverlauf des durch den piezoelektrischen Aktor fließenden Stroms auswirken. Eine derartige externe Kraft kann beispielsweise von Druckschwankungen in einem Einspritzventil herrühren, in dem der piezoelektrische Aktor verwendet wird, oder auch von Trägheitskräften eines Massensystems, das mit dem piezoelektrischen Aktor gekoppelt ist. Darüber hinaus ist es auch möglich, Trägheitseffekte der Eigenmasse des piezoelektrischen Aktors über eine derartige Rückwirkung auf den durch den Aktor fließenden Strom zu detektieren.If the actor during a control is exposed, for example, external disturbances that in Form of a force acting on the actuator occur, arise thereby charge shifts in the piezoelectric material the actuator, the u.a. on the passage of time affect the current flowing through the piezoelectric actuator current. A Such external force can, for example, pressure fluctuations in come from an injection valve, in which the piezoelectric actuator is used, or of inertial forces of a Mass system, which is coupled to the piezoelectric actuator. About that In addition, it is also possible to have inertial effects the net mass of the piezoelectric actuator via such a reaction on the current flowing through the actuator to detect.

Die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist nicht auf piezoelektrische Aktoren von Einspritzventilen beschränkt und kann generell überall eingesetzt werden, wo Informationen über einen Bewegungsverlauf eines piezoelektrischen Aktors während dessen Ansteuerung gesammelt werden sollen.The Application of the method according to the invention is not limited to piezoelectric actuators of injection valves and can generally everywhere be used where information about a movement history a piezoelectric actuator during whose control is to be collected.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.advantageous Embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

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.Further Features, applications and advantages of the invention will become apparent from the following description of exemplary embodiments of the invention, which are illustrated in the figures of the drawing. All described or illustrated features form for themselves or in any combination, the subject matter of the invention, regardless of their summary in the claims or their dependency as well as independently from their formulation or presentation in the description or in the drawing.

Zeichnungdrawing

In der Zeichnung zeigt:In the drawing shows:

1 eine schematische Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines Einspritzventils, das einen piezoelektrischen Aktor aufweist, 1 FIG. 2 is a schematic sectional view of an exemplary embodiment of an injection valve which has a piezoelectric actuator, FIG.

2 eine schematische Schnittdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Einspritzventils, das einen piezoelektrischen Aktor aufweist, 2 FIG. 2 a schematic sectional view of a further exemplary embodiment of an injection valve which has a piezoelectric actuator, FIG.

3a bis 3d jeweils ein schematisches Diagramm verschiedener Betriebsgrößen eines piezoelektrischen Aktors beziehungsweise eines den piezoelektrischen Aktor enthaltenden Einspritzventils; und 3a to 3d in each case a schematic diagram of different operating variables of a piezoelectric actuator or of an injector containing the piezoelectric actuator; and

4 ein vereinfachtes Flussdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. 4 a simplified flow diagram of an embodiment of the method according to the invention.

Beschreibung der Ausführungsbeispieledescription the embodiments

In der 1 ist ein Einspritzventil 10a einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs dargestellt, das mit einem piezoelektrischen Aktor 12 versehen ist. Der piezoelektrische Aktor 12 ist von Kraftstoff 11 umgeben und wird, wie in 1 durch den Pfeil angedeutet, von einem Steuergerät 25 angesteuert. Weiterhin weist das Einspritzventil 10a eine Ventilnadel 13 auf, die auf einem Ventilsitz 14 im Inneren des Gehäuses des Einspritzventils 10a aufsitzen kann.In the 1 is an injector 10a one Internal combustion engine of a motor vehicle illustrated with a piezoelectric actuator 12 is provided. The piezoelectric actuator 12 is from fuel 11 surrounded and will, as in 1 indicated by the arrow, from a control unit 25 driven. Furthermore, the injection valve 10a a valve needle 13 on that on a valve seat 14 inside the housing of the injector 10a can sit up.

Ist die Ventilnadel 13 von dem Ventilsitz 14 abgehoben, so ist das Einspritzventil 10a geöffnet und es wird Kraftstoff eingespritzt. Dieser Zustand ist in der 1 dargestellt. Sitzt die Ventilnadel 13 auf dem Ventilsitz 14 auf, so ist das Einspritzventil 10a geschlossen. Der Übergang von dem geschlossenen in den geöffneten Zustand wird mit Hilfe des piezoelektrischen Aktors 12 bewirkt. Hierzu wird eine elektrische Spannung an den Aktor 12 angelegt, die eine Längenänderung eines in dem Aktor 12 angeordneten Piezostapels hervorruft, die ihrerseits zum Öffnen bzw. Schließen des Einspritzventils 10a ausgenutzt wird.Is the valve needle 13 from the valve seat 14 lifted, so is the injector 10a open and fuel is injected. This condition is in the 1 shown. Sits the valve needle 13 on the valve seat 14 on, so is the injector 10a closed. The transition from the closed to the open state is by means of the piezoelectric actuator 12 causes. For this purpose, an electrical voltage to the actuator 12 created, which is a change in length of one in the actuator 12 arranged piezo stack causes, in turn, to open or close the injector 10a is exploited.

Um eine Überwachung der Bewegung des Aktors 12 während seiner Ansteuerung zu realisieren, wird erfindungsgemäß der Zeitverlauf eines durch den Aktor 12 fließenden Stroms ermittelt. Dies kann beispielsweise in dem Steuergerät 25 erfolgen.To monitor the movement of the actuator 12 to realize during its control, according to the invention, the time course of a through the actuator 12 determined flowing current. This can for example in the control unit 25 respectively.

Ferner wird der auf diese Weise ermittelte Zeitverlauf erfindungsgemäß mit einem Referenzzeitverlauf verglichen, der beispielsweise im Wege einer Messung an einem ordnungsgemäß funktionierenden Aktor 12 zuvor erhalten worden ist. Besonders vorteilhaft wird der Referenzzeitverlauf beziehungsweise einzelne, den Referenzzeitverlauf repräsentierende Stromwerte in einem Neuzustand desjenigen Aktors ermittelt, zu dessen Überwachung der entsprechende Referenzzeitverlauf auch später verwendet werden soll. Dadurch ist gewährleistet, dass individuelle Schwankungen hinsichtlich des Zeitverlaufs des durch den Aktor fließenden Stroms sich nicht negativ auf die Genauigkeit bei der Überwachung des betreffenden Aktors auswirken.Furthermore, the time course determined in this way is compared according to the invention with a reference time profile which, for example, is determined by means of a measurement on a properly functioning actuator 12 previously received. Particularly advantageously, the reference time profile or individual current values representing the reference time profile is determined in a new state of that actuator whose monitoring should also be used later for the corresponding reference time profile. This ensures that individual fluctuations in the time course of the current flowing through the actuator do not adversely affect the accuracy of the monitoring of the actuator in question.

Wie bereits angedeutet, ergibt sich eine einfachere Verarbeitung des Zeitverlaufs des durch den Aktor 12 fließenden Stroms dadurch, dass der Zeitverlauf durch eine Mehrzahl von zeitdiskreten Stromwerten repräsentiert wird. Derartige Stromwerte können beispielsweise durch eine äquidistante Abtastung des durch den Aktor 12 fließenden Stroms mit einer hinreichend hohen Abtastrate erhalten werden.As already indicated, results in a simpler processing of the time course of the by the actuator 12 flowing current in that the time course is represented by a plurality of time-discrete current values. Such current values can be obtained, for example, by an equidistant sampling of the current through the actuator 12 flowing current can be obtained with a sufficiently high sampling rate.

Darüber hinaus ist es bei einer weiteren sehr vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auch möglich, kein regelmäßiges Zeitraster zur Abtastung des Zeitverlaufs des Stroms einzusetzen, sondern den durch den Aktor 12 fließenden Strom allgemein zu vorgebbaren Zeitpunkten zu ermitteln. Diese Verfahrensvariante kann besonders vorteilhaft dann eingesetzt werden, wenn der Zeitverlauf des zu überwachenden Aktorstroms besonders charakteristische Werte beziehungsweise Bereiche aufweist, während der entsprechende Stromwerte beispielsweise mit einer vergleichsweise hohen Abtastrate erfasst werden. In weniger interessierenden Bereichen des Zeitverlaufs des Aktorstroms können dementsprechend weniger Stromwerte pro Zeiteinheit ermittelt werden.Moreover, in a further very advantageous embodiment of the present invention, it is also possible not to use a regular time grid for sampling the time course of the current, but rather the current through the actuator 12 to determine flowing electricity in general at predeterminable times. This method variant can be used particularly advantageously if the time characteristic of the actuator current to be monitored has particularly characteristic values or ranges, while the corresponding current values are detected, for example, with a comparatively high sampling rate. Accordingly, less current values per unit of time can be determined in less interesting areas of the time course of the actuator current.

Insbesondere bei der Verwendung einer variablen Abtastrate zur Erfassung des Zeitverlaufs des Aktorstroms werden den einzelnen Stromwerten vorteilhaft die jeweiligen Abtastzeitpunkte zugeordnet, so dass ein Zeitverlauf bzw. Referenzzeitverlauf aus einer Mehrzahl von 2-Tupeln besteht, die jeweils den Abtastzeitpunkt und einen entsprechenden Abtastwert für den Aktorstrom aufweisen.Especially when using a variable sampling rate to capture the Time course of Aktorstroms be advantageous to the individual current values the respective sampling times assigned, so that a time course or reference time history consists of a plurality of 2-tuples, each the sampling time and a corresponding sample for the Actuator have.

Eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist nachstehend unter Bezug auf den in 1 abgebildeten piezoelektrischen Aktor 12 des Einspritzventils 10a und das Flussdiagramm aus 4 näher beschrieben.An embodiment of the method according to the invention is described below with reference to the in 1 pictured piezoelectric actuator 12 of the injection valve 10a and the flowchart 4 described in more detail.

Um den piezoelektrischen Aktor 12 des Einspritzventils 10a von einem ersten Betriebszustand in einen zweiten Betriebszustand zu versetzen, wird der Aktor 12 mit einer entsprechenden elektrischen Spannung angesteuert. Während dieser Ansteuerphase wird gleichzeitig ein durch den Aktor 12 fließender Strom ermittelt, was in Schritt 100 des erfindungsgemäßen Verfahrens, vergleiche 4, erfolgt.To the piezoelectric actuator 12 of the injection valve 10a from a first operating state to a second operating state, the actuator 12 controlled with a corresponding electrical voltage. During this activation phase is simultaneously by the actuator 12 flowing current determines what's in step 100 of the method according to the invention, cf. 4 , he follows.

Anschließend wird in Schritt 110 der zuvor in Schritt 100 ermittelte Zeitverlauf des Aktorstroms mit einem früher aufgezeichneten und beispielsweise in einem nichtflüchtigen Speicher des Steuergeräts 25 gespeicherten Referenzzeitverlauf verglichen, um nachfolgend in Schritt 120 des erfindungsgemäßen Verfahrens aus diesem Vergleich 110 Rückschlüsse auf eine Bewegung des Aktors 12 zu ziehen. Eventuell auftretende Differenzen zwischen dem tatsächlich ermittelten Zeitverlauf des Aktorstroms und dem gespeicherten Referenzzeitverlauf können ferner dazu verwendet werden, um auf eine Bewegung von mit dem Aktor 12 gekoppelten Elementen, wie beispielsweise der Ventilnadel 13, zu schließen.Subsequently, in step 110. the one before in step 100 Determined time course of the actuator current with a previously recorded and, for example, in a non-volatile memory of the controller 25 stored reference time history compared to below in step 120 of the method according to the invention from this comparison 110 conclusions on a movement of the actuator 12 to draw. Any differences between the actually determined time characteristic of the actuator current and the stored reference time profile can also be used to respond to a movement of the actuator 12 coupled elements, such as the valve needle 13 , close.

Eine Hintereinanderausführung der erfindungsgemäßen Schritte 100, 110 ist nicht zwingend erforderlich. Vielmehr kann der entsprechende Vergleich des tatsächlichen Aktorstroms mit Werten aus dem Referenzzeitverlauf auch simultan mit der Ermittlung des tatsächlichen Zeitverlaufs des Aktorstroms erfolgen.A series implementation of the steps according to the invention 100 . 110. is not mandatory. Rather, the corresponding comparison of the actual actuator current with values from the reference time profile can also be carried out simultaneously with the determination of the actual time profile of the actuator current.

In Schritt 130 kann schließlich aufgrund der in Schritt 120 gegebenenfalls gezogenen Rückschlüsse eine Optimierung der Ansteuerung des Aktors 12 erfolgen, beispielsweise unter Verwendung eines entsprechend ausgelegten Reglers. Sofern der erfindungsgemäße Vergleich 110 zeitgleich zu der Ermittlung des tatsächlichen Zeitverlaufs des Aktorstroms ausgeführt wird, kann eine durch den Regler korrigierte Ansteuerung des Aktors 12 (1) sogar unmittelbar erfolgen, so dass möglicherweise weitere auftretende Differenzen zu dem Referenzzeitverlauf des Aktorstroms verringert oder vermieden werden können.In step 130 Finally, because of in step 120 optionally drawn conclusions an optimization of the control of the actuator 12 done, for example, using a suitably designed controller. If the comparison according to the invention 110. is carried out simultaneously with the determination of the actual time course of the actuator current, can be corrected by the controller control of the actuator 12 ( 1 ) even occur directly, so that possibly further occurring differences to the reference timing of the actuator current can be reduced or avoided.

2 zeigt ein weiteres Einspritzventil 10b, das ebenfalls einen piezoelektrischen Aktor 12 sowie eine hierdurch gesteuerte Ventilnadel 13 aufweist. Im Unterschied zu der in 1 abgebildeten Variante weist das Einspritzventil 10b gemäß 2 eine hydraulische Kopplung zwischen dem Aktor 12 und der Ventilnadel 13 auf. Diese hydraulische Kopplung ist durch den mit dem Aktor 12 verbundenen Kolben 15 realisiert, der auf einen Koppelraum 16 wirkt, der seinerseits über nicht in 2 abgebildete Verbindungen mit einem Steuerraum 18 verbunden ist. 2 shows another injector 10b , which is also a piezoelectric actuator 12 and a valve needle controlled thereby 13 having. Unlike the in 1 The variant shown has the injection valve 10b according to 2 a hydraulic coupling between the actuator 12 and the valve needle 13 on. This hydraulic coupling is through with the actuator 12 connected pistons 15 realized that on a coupling room 16 acts, in turn, not in 2 pictured connections with a control room 18 connected is.

Zur Realisierung von zwei verschiedenen Übersetzungsverhältnissen bei der Kraftübertragung von dem Aktor 12 auf die Ventilnadel 13 ist bei dem Einspritzventil 10b zusätzlich ein Ausweichkolben 20 vorgesehen, der sich in Abhängigkeit einer zwischen dem Koppelraum 16 und dem Speicherraum 19 herrschenden Druckdifferenz hin- und herbewegt.For the realization of two different transmission ratios in the transmission of power from the actuator 12 on the valve needle 13 is at the injection valve 10b in addition a bypass piston 20 provided, depending on a between the coupling space 16 and the storage space 19 prevailing pressure difference reciprocated.

3b zeigt schematisch einen zeitlichen Verlauf der zur Ansteuerung des Aktors 12 des Einspritzventils 10b (2) verwendeten Spannung U, wie er von dem Steuergerät 25 (nicht in 2 abgebildet) erzeugt wird, um das Einspritzventil 10b aus seiner in 2 abgebildeten Schließposition zunächst in eine Öffnungsposition und anschließend wieder in seine Schließposition zu überführen. 3b schematically shows a time course of the activation of the actuator 12 of the injection valve 10b ( 2 ) used voltage U, as given by the control unit 25 (not in 2 imaged) to the injection valve 10b from his in 2 pictured closed position first in an open position and then to return to its closed position.

Wie aus 3b ersichtlich, wird dazu ausgehend von der anfangs an dem Aktor 12 anliegenden Spannung U_max ab dem Zeitpunkt t1 die Ansteuerspannung U kontinuierlich verringert, bis sie zu dem Zeitpunkt t4 einen Wert von 0 V annimmt. Hierbei verringert sich die Länge des Aktors 12 (2) und es ergibt sich der in 3a abgebildete Zeitverlauf des durch den Aktor 12 fließenden Stroms I.How out 3b can be seen, starting from the beginning of the actuator 12 applied voltage U_max from the time t1, the drive voltage U is continuously reduced until it assumes a value of 0 V at the time t4. This reduces the length of the actuator 12 ( 2 ) and it results in the 3a shown time course of the by the actor 12 flowing electricity I.

Unmittelbar nach dem Zeitpunkt t1, zu dem die Spannung U wie vorstehend beschrieben abgesenkt wird, fällt der durch den Aktor 12 fließende Strom I von dem ersten, mit dem Bezugszeichen P1 bezeichneten Stromwert auf den Stromwert P2. Hierbei wird der Aktor 12 zunächst geringfügig entladen, während er noch seine ursprüngliche Aktorlänge beibehält.Immediately after the time t1, at which the voltage U is lowered as described above, falls through the actuator 12 flowing current I from the first, denoted by the reference numeral P1 current value to the current value P2. This is the actor 12 initially slightly discharged while still maintaining its original actuator length.

Ab dem Zeitpunkt t2 bewegt sich schließlich der Aktor 12 und zieht den ihm zugeordneten Kolben 15 (2) aus dem Koppelraum 16 heraus, wodurch der Druck in dem Koppelraum 16 abfällt. Der Druck in dem Speicherraum 19 fällt hierbei ebenfalls ab, allerdings ist der entsprechende Druckabfall aufgrund des größeren Volumens des Speicherraums 19 geringer als der Druckabfall in dem Koppelraum 16.From the time t2, finally, the actuator moves 12 and pulls the piston assigned to him 15 ( 2 ) from the coupling room 16 out, reducing the pressure in the coupling space 16 drops. The pressure in the storage room 19 This also falls off, but the corresponding pressure drop is due to the larger volume of the storage space 19 less than the pressure drop in the coupling space 16 ,

Durch die einsetzende Aktorbewegung ergibt sich in dem in 3a abgebildeten Zeitverlauf des Aktorstroms I ein erster Knick im Bereich des Stromwerts P2. Während der weiteren Kontraktion des Aktors 12 sinkt der Druck in dem Koppelraum 16 und in dem mit ihm verbundenen Steuerraum 18 bis zu dem Zeitpunkt t3 schließlich so weit ab, dass die Ventilnadel 13 sich von ihrem Ventilsitz 14 ablöst, wobei im Bereich des Stromwerts P3 (3a) erneut ein Knick in dem Zeitverlauf des Aktorstroms I feststellbar ist.Due to the onset of actuator movement results in the in 3a shown time history of the Aktorstroms I a first kink in the range of the current value P2. During the further contraction of the actor 12 the pressure in the coupling space drops 16 and in the control room connected to it 18 until the time t3 finally so far from that the valve needle 13 from her valve seat 14 in the region of the current value P3 ( 3a ) again a kink in the time course of the actuator current I can be determined.

Mit der sich weiter von ihrem Ventilsitz 14 entfernenden Ventilnadel 13 steigt schließlich wieder der Druck in dem Steuerraum 18 und dem Koppelraum 16.By moving further from her valve seat 14 removing valve needle 13 Finally, the pressure in the control room rises again 18 and the coupling room 16 ,

Die Ansteuerspannung U ist zwischenzeitlich bei t = t4 (3b) auf 0 V abgesunken und bleibt nunmehr konstant. Hierdurch entsteht ein weiterer Knick des Aktorstroms I (3a) im Bereich des Stromwerts P4, welcher gleichzeitig das absolute Minimum des Zeitverlaufs des Aktorstroms I markiert.The drive voltage U is in the meantime at t = t4 ( 3b ) has fallen to 0 V and now remains constant. This creates a further kink of the actuator current I ( 3a ) in the range of the current value P4, which simultaneously marks the absolute minimum of the time characteristic of the actuator current I.

Der Aktor 12 und die Ventilnadel 13 bewegen sich jedoch aufgrund ihrer Massenträgheit und der Massenträgheit der sich durch die seitherige Ansteuerung in Bewegung befindlichen hydraulischen Komponenten beziehungsweise der betreffenden Kraftstoffmengen weiter, so dass schließlich bei dem mit P5 markierten Stromwert erneut ein Knick in dem Zeitverlauf des Aktorstroms I feststellbar ist, der dadurch bewirkt wird, dass der nunmehr ansteigende Kraftstoffdruck in dem Koppelraum 16 den Wert des Speicherraumdrucks erreicht hat, so dass sich nunmehr auch der Ausweichkolben 20 zu bewegen beginnt. Das heißt, zu dem betrachteten Zeitpunkt t5 stellt sich auch ein Übersetzungswechsel in dem hydraulischen Koppler des Einspritzventils 10b ein, der dadurch gekennzeichnet ist, dass der in dem Koppelraum 16 herrschende Kraftstoffdruck nunmehr auf die Stirnflächen beider Kolben 15, 20 wirkt, und nicht mehr allein auf die. Stirnfläche des direkt mit dem Aktor 12 verbundenen Kolbens 15.The actor 12 and the valve needle 13 However, due to their inertia and the inertia of moving through the side control in motion hydraulic components or the fuel quantities concerned continue to move, so that finally at the current value marked P5 again a kink in the time course of the Aktorstroms I can be determined, thereby causing is that the now increasing fuel pressure in the coupling space 16 has reached the value of the storage space pressure, so that now also the bypass piston 20 begins to move. That is, at the time t5 considered, a ratio change also occurs in the hydraulic coupler of the injector 10b a, which is characterized in that in the coupling space 16 prevailing fuel pressure now on the faces of both pistons 15 . 20 works, and no longer alone on the. Face of the directly to the actuator 12 connected piston 15 ,

Aufgrund der nunmehr größeren hydraulischen Übersetzung zwischen der Ventilnadel 13 und dem Aktor 12 wird der Aktor 12 schließlich abgebremst, was sich wiederum in einer Änderung der Steigung des Stromverlaufs des Aktorstroms I im Bereich des Stromwerts P6 niederschlägt.Due to the now larger hydraulic ratio between the valve needle 13 and the actor 12 becomes the actor 12 finally braked, which in turn reflected in a change in the slope of the current waveform of the actuator current I in the range of the current value P6.

Zu dem Zeitpunkt t6 schließlich hat die Ventilnadel 13 eine Hubbegrenzung erreicht, wodurch die Bewegung des Aktors 12 noch stärker abgebremst wird. Dadurch ergibt sich der bei dem Stromwert P6 ersichtliche Knick in dem Zeitverlauf des Aktorstroms I mit dem nachfolgenden Annähern des Aktorstroms I zu Null. Zu diesem Zeitpunkt ist die Bewegung des Aktors 12 zum Stillstand gekommen.At the time t6 finally has the valve needle 13 reaches a stroke limit, reducing the movement of the actuator 12 slowing down even more. This results in the apparent at the current value P6 kink in the time course of the Aktorstroms I with the subsequent approximation of the Aktorstroms I to zero. At this time is the movement of the actuator 12 stalled.

Ein erneutes Laden des Aktors 12 ist ebenfalls aus den 3a, 3b ersichtlich, wobei ein im Wesentlichen zu den Stromwerten P1 bis P7 inverser Verlauf des Aktorstroms I erhalten wird.A reload of the actuator 12 is also from the 3a . 3b can be seen, wherein a substantially to the current values P1 to P7 inverse course of the Aktorstroms I is obtained.

Der entsprechende Nadelhub h_N der Ventilnadel 13 ist in 3c abgebildet.The corresponding needle stroke h_N of the valve needle 13 is in 3c displayed.

Ergänzend zeigt das Schaubild gemäß 3d einen mit der Ansteuerung nach 3a korrespondierenden Hub h des Aktors 12 sowie des Ausweichkolbens 20.In addition, the graph shows 3d one with the control after 3a corresponding stroke h of the actuator 12 and the bypass piston 20 ,

Die in 3a markierten Stromwerte P1 bis P14 stellen für das in 2 abgebildete Einspritzventil 10b charakteristische Werte im Zeitverlauf des Aktorstroms I dar. Ein erfindungsgemäßer Vergleich dieser Stromwerte P1 bis P14 mit einem entsprechenden Referenzzeitverlauf, der beispielsweise ebenfalls in Form derartiger Stromwerte vorliegen kann, ermöglicht daher eine während der gesamten Ansteuerdauer t1 bis t11 (3b) wirksame Überwachung der Bewegung des Aktors 12 beziehungsweise der mit dem Aktor 12 gekoppelten hydraulischen Elemente beziehungsweise der Ventilnadel 13. Damit kann also nicht nur ein Öffnen des Einspritzventils 10b beziehungsweise ein Schließen des Einspritzventils 10b festgestellt werden, sondern auch das Erreichen charakteristischer Zwischenzustände, die sich beispielsweise durch eine Umschaltung des hydraulischen Übersetzungsverhältnisses und dergleichen ergeben.In the 3a marked current values P1 to P14 represent the in 2 illustrated injection valve 10b characteristic values over the course of the actuator current I. A comparison of these current values P1 to P14 according to the invention with a corresponding reference time profile, which may for example likewise be in the form of such current values, permits one during the entire actuation period t1 to t11 (FIG. 3b ) effective monitoring of the movement of the actuator 12 or the one with the actor 12 coupled hydraulic elements or the valve needle 13 , So that can not only open the injector 10b or a closing of the injection valve 10b but also the achievement of characteristic intermediate states, resulting for example by a changeover of the hydraulic transmission ratio and the like.

Insgesamt ist durch die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens sehr vorteilhaft eine präzise Überwachung der Bewegung eines Aktors 12 beziehungsweise damit gekoppelter Elemente gegeben.Overall, by applying the method according to the invention, a precise monitoring of the movement of an actuator is very advantageous 12 or coupled elements given.

Das vorstehend beschriebene Verfahren ist nicht auf den Einsatz bei Aktoren 12 begrenzt, die in Einspritzventilen 10a, 10b eingesetzt werden, sondern kann auf alle anderen Anwendungsgebiete piezoelektrischer Aktoren ausgedehnt werden.The method described above is not for use with actuators 12 limited in injectors 10a . 10b can be used, but can be extended to all other applications of piezoelectric actuators.

Die in 3a abgebildeten Stromwerte P1 bis P14 des tatsächlich ermittelten Zeitverlaufs des Aktorstroms I können beispielsweise durch Differenzierung des Aktorstroms I oder durch sonstige bekannte Verfahren ermittelt werden. Eine Korrelation des erfindungsgemäß ermittelten Zeitverlaufs des Aktorstroms I mit dem Referenzzeitverlauf ist ebenfalls denkbar.In the 3a Imaged current values P1 to P14 of the actually determined time characteristic of the actuator current I can be determined, for example, by differentiating the actuator current I or by other known methods. A correlation of the time course of the actuator current I determined according to the invention with the reference time profile is likewise conceivable.

Bei eventuell auftretenden Differenzen zwischen dem tatsächlich ermittelten Zeitverlauf des Aktorstroms I und dem Referenzzeitverlauf kann die Spannung U (3b) zur Ansteuerung des Aktors 12 vorzugsweise durch einen Regler derart modifiziert werden, dass die Diskrepanz zwischen dem tatsächlich ermittelten Zeitverlauf und dem Referenzzeitverlauf sich verringert.In case of any differences between the actually determined time characteristic of the actuator current I and the reference time profile, the voltage U ( 3b ) for controlling the actuator 12 preferably be modified by a controller such that the discrepancy between the actually determined time course and the reference timing is reduced.

Bei in Einspritzventilen 10a, 10b verwendeten piezoelektrischen Aktoren 12 ist durch die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine besonders präzise Überwachung bzw. Korrektur einer eingespritzten Kraftstoffmenge möglich.In in injectors 10a . 10b used piezoelectric actuators 12 is by the application of the method according to the invention a particularly precise monitoring or correction of an injected fuel amount possible.

Von besonderer Bedeutung ist die Realisierung des beschriebenen Verfahrens in der Form eines Computerprogramms, das auf einem Computer ablauffähig und zur Ausführung des Verfahrens geeignet ist. Das Computerprogramm kann auf einem elektronischen Speichermedium abgespeichert sein, wobei das Speichermedium seinerseits z.B. in dem Steuergerät 25 (1) enthalten sein kann.Of particular importance is the realization of the described method in the form of a computer program executable on a computer and suitable for carrying out the method. The computer program can be stored on an electronic storage medium, wherein the storage medium in turn in the control unit, for example 25 ( 1 ) may be included.

Claims (11)

Verfahren zum Betreiben eines piezoelektrischen Aktors (12), insbesondere eines Einspritzventils (10a, 10b) einer Brennkraftmaschine, bei dem der piezoelektrische Aktor (12) mit einer elektrischen Spannung (U) angesteuert wird, um den Aktor (12) von einem ersten Betriebszustand in einen zweiten Betriebszustand zu versetzen, und bei dem der Zeitverlauf eines durch den Aktor (12) fließenden Stroms (I) ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der ermittelte Zeitverlauf mit einem Referenzzeitverlauf verglichen wird, und dass aus diesem Vergleich Rückschlüsse auf eine Bewegung des Aktors (12) oder auf eine Bewegung von mit dem Aktor (12) gekoppelten Elementen (13, 15, ..) gezogen werden.Method for operating a piezoelectric actuator ( 12 ), in particular an injection valve ( 10a . 10b ) of an internal combustion engine, in which the piezoelectric actuator ( 12 ) is driven with an electrical voltage (U) to the actuator ( 12 ) from a first operating state to a second operating state, and in which the passage of time through the actuator ( 12 ) flowing current (I) is determined, characterized in that the determined time characteristic is compared with a reference time course, and that from this comparison conclusions on a movement of the actuator ( 12 ) or a movement of with the actuator ( 12 ) coupled elements ( 13 . 15 , ..) to be pulled. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Aktor (12) mit einer Ventilnadel (13) eines/des Einspritzventils (10a, 10b) gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Vergleich Rückschlüsse auf eine Bewegung der Ventilnadel (13) gezogen werden.Method according to claim 1, wherein the actuator ( 12 ) with a valve needle ( 13 ) of an injection valve ( 10a . 10b ) is coupled, characterized in that from the comparison conclusions on a movement of the valve needle ( 13 ) to be pulled. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der ermittelte Zeitverlauf des Stroms (I) und/oder der Referenzzeitverlauf durch eine Mehrzahl von zeitdiskreten Stromwerten (P1, .., P14) repräsentiert wird.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the determined time course of the current (I) and / or the reference time course through a plurality of time-discrete current values (P1, .., P14) becomes. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Stromwerte (P1, .., P14) für den Referenzzeitverlauf Werte gewählt werden, die für den Zeitverlauf eines durch einen ordnungsgemäß funktionierenden Aktor (12) fließenden Stroms (I) charakteristisch sind.A method according to claim 3, characterized in that are selected as current values (P1, .., P14) for the reference time course values that for the passage of time through a properly functioning actuator ( 12 ) flowing current (I) are characteristic. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Stromwerte (P1, .., P14) für den Referenzzeitverlauf Werte gewählt werden, die von mit dem Aktor (12) gekoppelten Elementen (13, 15, ..) abhängen.Method according to one of claims 3 or 4, characterized in that as the current values (P1, .., P14) are selected for the reference time course values, which from with the actuator ( 12 ) coupled elements ( 13 . 15 depend on ..). Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzzeitlauf bzw. den Referenzzeitverlauf repräsentierende Stromwerte (P1, .., P14) in einem Neuzustand des Aktors (12) bzw. eines den Aktor (12) enthaltenden Einspritzventils (10a, 10b) ermittelt werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the reference time run or the reference time profile representing current values (P1, .., P14) in a new state of the actuator ( 12 ) or one the actuator ( 12 ) injection valve ( 10a . 10b ) be determined. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit des Vergleichs zwischen dem ermittelten Zeitverlauf mit dem Referenzzeitverlauf die Ansteuerung des Aktors (12) optimiert wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that, depending on the comparison between the determined time characteristic and the reference time profile, the activation of the actuator ( 12 ) is optimized. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für unterschiedliche Zeitverläufe der Spannung (U), mit der der Aktor (12) angesteuert wird, entsprechende Referenzzeitverläufe für den Strom (I) verwendet werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that for different time profiles of the voltage (U), with which the actuator ( 12 ), corresponding reference time profiles for the current (I) are used. Computerprogramm, dadurch gekennzeichnet, dass es zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 programmiert ist.Computer program, characterized in that it for execution A method according to any one of claims 1 to 8 is programmed. Elektronischer Speicher, auf dem ein Computerprogramm abgespeichert ist, das zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 programmiert ist.Electronic storage on which a computer program that is to execute a Method according to one of the claims 1 to 8 is programmed. Steuergerät (25) insbesondere für ein Einspritzventil (10a, 10b) einer Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass es zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 hergerichtet ist.Control unit ( 25 ) in particular for an injection valve ( 10a . 10b ) of an internal combustion engine, characterized in that it is prepared for carrying out a method according to one of claims 1 to 8.
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