DE102006055259A1

DE102006055259A1 - Injected fuel e.g. diesel, amount determining method, involves evaluating rise of voltage signal, and determining measure for movement of nozzle needle and measure for injected amount of fuel based on increase in voltage signal

Info

Publication number: DE102006055259A1
Application number: DE200610055259
Authority: DE
Inventors: Oliver Becker; Hans-Peter Lehr
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2006-11-23
Filing date: 2006-11-23
Publication date: 2008-05-29

Abstract

The method involves supplying a piezo-actuator (12) with current based on a closed position of a fuel injection valve (10), to bring the piezo-actuator on an electrical load required for opening a nozzle needle (13). A rise of a voltage signal resting at clamps is evaluated during a current feed interval of the piezo-actuator. A measure for the movement of the nozzle needle and a measure for an injected amount of fuel is determined based on the increase in the voltage signal. A hydraulic coupling element (16) is connected between the piezo-actuator and the nozzle needle. An independent claim is also included for a fuel injection system.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzsystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zum Ermitteln einer über ein Kraftstoffeinspritzventil eingespritzten Kraftstoffmenge gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 8.The The present invention relates to a fuel injection system according to the preamble of claim 1 and a method for determining an over a Fuel injection valve injected amount of fuel according to the preamble of claim 8.

Aus dem Stand der Technik sind Kraftstoffeinspritzventile zum Einspritzen von Diesel oder Benzin in das Saugrohr oder direkt in den Brennraum einer Brennkraftmaschine bekannt. Die Einspritzventile können zur Erfüllung hoher dynamischer Anforderungen mittels Piezoaktoren betätigt werden. Zum Temperaturausgleich und zur Übersetzung ist zwischen dem Piezoaktor und einer Düsennadel des Einspritzventils ein hydraulischer Koppler zwischengeschaltet. Bei den bekannten Einspritzventilen vom Typ CRI-PDN (Common Rail Injector – Piezo Direct Needle) der Robert Bosch GmbH wird die Düsennadel quasi direkt von dem Piezoaktor in Bewegung gesetzt, das heißt die Bewegung der Düsennadel folgt in erster Näherung dem Aktorhub. Der Aktorhub ist bei konstanter Aktorkraft wiederum in erster Näherung proportional zur Ansteuerspannung.Out In the prior art are fuel injection valves for injection of diesel or gasoline in the intake manifold or directly into the combustion chamber an internal combustion engine known. The injectors can be used to meet high dynamic requirements by means of piezo actuators are actuated. For temperature compensation and translation is between the piezoelectric actuator and a nozzle needle of the injection valve a hydraulic coupler interposed. In the known Injectors type CRI-PDN (Common Rail Injector - Piezo Direct Needle) of the Robert Bosch GmbH, the nozzle needle is almost directly from the Piezo actuator set in motion, that is, the movement of the nozzle needle follows in a first approximation the actuator stroke. The Aktorhub is again at constant actuator power in first proximity proportional to the drive voltage.

In der DE 103 15 815 A1 wird eine Beziehung zwischen einer Differenzspannung und einer individuellen Ansteuerspannung des Piezoaktors über ein Kennfeld hergestellt. Es ist des weiteren beschrieben, die individuelle Ansteuerspannung des Aktors zu ermitteln, indem der Spannungshub iterativ so erhöht wird, bis die Differenzspannung gleich Null ist. Bei dem beschriebenen Kraftstoffeinspritzventil handelt es sich um einen konventionellen Injektor, bei dem zwischen Düsennadel und Piezoaktor ein Schaltventil angeordnet ist.In the DE 103 15 815 A1 For example, a relationship between a differential voltage and an individual drive voltage of the piezoactuator is established through a map. It is further described to determine the individual drive voltage of the actuator by iteratively increasing the voltage swing until the differential voltage is zero. The described fuel injection valve is a conventional injector in which a switching valve is arranged between the nozzle needle and the piezoelectric actuator.

Aufgrund von Fertigungstoleranzen und Verschleiß über die gesamte Lebensdauer eines Kraftstoffeinspritzventils und aufgrund schwankender Betriebstemperaturen können sich die mechanischen und elektrischen Größen und Zusammenhänge im Einspritzventil verändern. So kann beispielsweise mit zunehmender Lebensdauer der Aktorhub nachlassen, so dass die Düsennadel später öffnet und früher schließt, was dazu führt, dass weniger Kraftstoff eingespritzt wird als gewünscht.by virtue of of manufacturing tolerances and wear over the entire service life a fuel injection valve and due to fluctuating operating temperatures can the mechanical and electrical parameters and relationships in the injector change. Thus, for example, with increasing life of Aktorhub subside, leaving the nozzle needle later opens and earlier closes which leads to, that less fuel is injected than desired.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die über ein Krafstoffeinspritzventil mit Piezoaktor und direkt angesteuerter Düsennadel eingespritzte Kraftstoffmenge auf möglichst einfache Weise zu ermitteln, um Einspritzmengenfehler, insbesondere der Voreinspritzung, aufgrund Injektoralterung zu kompensieren.Of the present invention is based on the object over a Fuel injection valve with piezo actuator and directly controlled nozzle needle to determine the injected fuel quantity in the simplest possible way by injection quantity error, in particular the pre-injection due Compensate injector aging.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ausgehend von dem Verfahren der eingangs genannten Art vorgeschlagen, dass ausgehend von der geschlossenen Stellung des Einspritzventils der Piezoaktor mit einem Strom beaufschlagt wird, um den Piezoaktor auf eine für ein Öffnen der Düsennadel erforderliche elektrische Ladung zu bringen, danach während einer Bestromungspause des Piezoaktors bei geöffneten Klemmen ein Anstieg eines an den Klemmen anliegenden Spannungssignals ausgewertet wird und anhand des Anstiegs der Spannung ein Maß für die Bewegung der Düsennadel und damit ein Maß für die eingespritzte Kraftstoffmenge ermittelt wirdto solution This object is based on the method of the aforementioned Art suggested that starting from the closed position of the injection valve of the piezoelectric actuator supplied with a current is to the piezoelectric actuator to a required for opening the nozzle needle electrical charge to bring, then during an energization break of the piezoelectric actuator with open terminals an increase a voltage applied to the terminals voltage signal is evaluated and a measure of the movement of the nozzle needle based on the increase in the voltage and thus a measure of the injected Fuel quantity is determined

Bei den betrachteten Injektoren sind die Piezoaktoren bei durch die Düsennadel verschlossener Düsenöffnung elektrisch aufgeladen, das heißt der Aktor ist gedehnt, wenn das Kraftstoffeinspritzventil geschlossen ist (sog. direkt betriebener Injektor). Zum Öffnen dieser Injektoren muss der Piezoaktor entladen werden, was zu einem Unterdruck in dem Koppel- und Steuerraum des hydraulischen Koppelelements führt. Die Nadel bewegt sich vom Ventilsitz weg, und durch die Nachbewegung der Nadel verringert sich der Unterdruck in dem Koppel- und Steuerraum des hydraulischen Koppelelements, wodurch ein Spannungsanstieg in der Bestromungspause erzeugt wird.at the considered injectors are the piezo actuators in by the nozzle needle closed nozzle opening electrically charged, that is The actuator is stretched when the fuel injector is closed is (so-called directly operated injector). To open these injectors must the piezoelectric actuator are discharged, resulting in a negative pressure in the coupling and control space of the hydraulic coupling element leads. The Needle moves away from the valve seat, and through the movement the needle reduces the negative pressure in the coupling and control room of the Hydraulic coupling element, whereby a voltage increase in the Energization break is generated.

Aufgrund des piezoelektrischen Effekts lässt sich eine Nadelbewegung bei offenen Aktorklemmen anhand des Verlaufs der Aktorklemmspannung nachweisen. Wenn sich die Nadel bewegt, ändert sich der Druck in dem Steuer- bzw. Koppelraum des Koppelelements zwischen Aktor und Nadel, was eine Spannungsänderung an den Aktorklemmen bewirkt. Da die Düsennadel quasi direkt von dem Piezoaktor in Bewegung gesetzt wird, das heißt die Bewegung der Düsennadel folgt in erster Näherung dem Aktorhub, und der Aktorhub ist bei konstanter Aktorkraft wiederum in erster Näherung proportional zur Ansteuerspannung, kann anhand des während der Bestromungspause an den Aktorklemmen anliegenden Spannungsverlaufs eine Aussage über die Bewegung der Düsennadel und über die eingespritzte Kraftstoffmenge getroffen werden.by virtue of of the piezoelectric effect a needle movement with open actuator terminals based on the course prove the actuator clamping voltage. When the needle moves, it changes the pressure in the control or coupling space of the coupling element between Actuator and needle, causing a voltage change on the actuator terminals causes. Because the nozzle needle almost directly set by the piezoelectric actuator in motion, that is, the movement the nozzle needle follows in a first approximation the Aktorhub, and the Aktorhub is again at constant actuator power in first proximity proportional to the drive voltage, based on the during the Energization break at the actuator terminals voltage curve a statement about the movement of the nozzle needle and over the injected fuel quantity are taken.

Erfindungsgemäß wird also vorgeschlagen, dass die Düsennadel des Kraftstoffeinspritzventils zunächst so weit geladen bzw. entladen wird, dass sich die Nadel gerade vom Ventilsitz abhebt, aber keinen signifikanten Weg zurücklegt. Danach wird das Kraftstoffeinspritzventil gewissermaßen sich selbst überlassen und die resultierende Spannung beobachtet. Um die Messgenauigkeit zu erhöhen, werden insbesondere sämtliche externen elektrischen Einflüsse auf die Bewegung der Düsennadel ausgeschaltet, indem der Aktor abgeklemmt wird. Unter die vom Ventilsitz abgehobene Düsennadel dringt unter Hochdruck stehender Kraftstoff, durch den die Öffnungsbewegung der Düsennadel trotz unterbrochener Ansteuerung des Piezoaktors fortgeführt und unter Umständen sogar beschleunigt wird. Die Bewegung der Nadel führt in dem Koppel- oder Steuerraum des Koppelelements zu einer Druckänderung in dem Steuer- bzw. Koppelraum des Koppelelements zwischen Aktor und Nadel, was eine messbare Spannungsänderung an den Aktorklemmen bewirkt. Die Bewegung der Düsennadel während der Bestromungspause ist abhängig von der zuvor erfolgten Bestromung des Piezoaktors und kann über Zeitdauer und Höhe der Bestromung beeinflusst werden.Thus, according to the invention suggested that the nozzle needle of the fuel injection valve initially charged or discharged so far will make the needle just lift off the valve seat, but not one traverses a significant path. After that, the fuel injection valve will to some extent itself left to yourself and the resulting voltage is observed. To the measuring accuracy too increase, in particular all external electrical influences on the movement of the nozzle needle switched off by the actuator is disconnected. Under the valve seat lifted nozzle needle penetrates under high pressure fuel through which the opening movement the nozzle needle continued despite interrupted actuation of the piezoelectric actuator and in certain circumstances even accelerated. The movement of the needle leads into the Coupling or control room of the coupling element to a pressure change in the tax or Coupling space of the coupling element between the actuator and the needle, which is a measurable voltage change effected on the actuator terminals. The movement of the nozzle needle during the energization break depends on from the previous energization of the piezoelectric actuator and can over time and height the current is influenced.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann zur Ermittlung der eingespritzten Kraftstoffmenge während einer Voreinspritzung und/oder einer Haupteinspritzung eingesetzt werden. Bei Kraftstoffeinspritzventilen, die mittels Piezoaktoren betätigt werden, ist es besonders wichtig, die tatsächlich eingespritzte Kraftstoffmenge möglichst genau und auf möglichst einfache Weise zu bestimmen, um im Falle von Abweichungen von einem Sollwert gegebenenfalls korrigierend eingreifen zu können. Ziel ist es, die Ansteuerung von Einspritzventilen bei Bedarf derart zu variieren, dass selbst bei gealterten oder Fertigungstoleranzen unterworfenen Kraftstoffeinspritzventilen und bei großen Schwankungen der Betriebstemperatur die während einer Voreinspritzung und/oder während einer Haupteinspritzung tatsächlich eingespritzte Kraftstoffmenge möglichst genau einer bspw. von einer Motorsteuerung vorgegebenen Sollmenge entspricht. Dadurch kann die Verbrennung des Kraftstoffs im Brennraum der Brennkraftmaschine positiv beeinflusst werden und die Verbrennung erfolgt besonders verbrauchs- und abgasarm und leise.The inventive method can be used to determine the amount of fuel injected during a Pre-injection and / or a main injection can be used. In the case of fuel injection valves actuated by means of piezo actuators, It is particularly important that the actual amount of fuel injected as possible exactly and as possible easy way to determine in case of deviations from a setpoint if necessary corrective action to intervene. The goal is to control If necessary, to vary the injection valves so that even in the case of aged or manufacturing tolerances subject fuel injectors and at big Fluctuations in the operating temperature during a pilot injection and / or while a main injection actually injected fuel as possible exactly one example. Specified by an engine control setpoint equivalent. This can cause the combustion of the fuel in the combustion chamber the internal combustion engine are positively influenced and the combustion is particularly low consumption and low emissions and quiet.

Zur Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens können beispielsweise zu Beginn der Bestromungspause ein Zeitgeber und Mittel zum Erfassen der Aktorspannung zurückgesetzt werden. Am Ende der Auswertezeit vor dem Ende der Bestromungspause wird der Zählerstand des Zeitgebers sowie der aktuelle Messwert der Mittel zum Erfassen der Aktorspannung ausgelesen und die Auswertezeit sowie die entsprechende Spannungsänderung erfasst. Aus dem Quotienten der Spannungsänderung und der Auswertezeit kann die tatsächliche Steigung (Ist-Wert) des Spannungsanstiegs ermittelt werden. Über den Entladestrom und/oder die Entladezeitdauer kann die Steigung während der anschließenden Bestromungspause auf einen gewünschten Wert (Soll-Wert) geregelt werden, so dass die (korrigierte) eingespritzte Kraftstoffmenge einem gewünschten Wert entspricht.to Realization of the method according to the invention can For example, at the beginning of Bestromungspause a timer and Means for detecting the actuator voltage are reset. At the end of the evaluation period before the end of the energization break, the counter reading of the timer as well the current measured value of the means for detecting the actuator voltage read out and the evaluation time and the corresponding voltage change detected. From the quotient of the voltage change and the evaluation time can the actual Slope (actual value) of the voltage rise can be determined. About the discharge current and / or the discharge period may be the slope during the subsequent energization break on a desired Value (target value) are regulated, so that the (corrected) injected Fuel quantity a desired Value corresponds.

Der Soll-Wert, auf den die Steigung des Spannungsanstiegs geregelt wird, kann bspw. der Wert 1 sein. Dabei wird bei dem gedrifteten Kraftstoffeinspritzventil der gleiche Spannungshub wie im Neuzustand des Ventils eingestellt. Alternativ kann der geeignete Soll-Wert der Steigung auch anhand folgender Gleichung ermittelt werden:

wobei der Index n für einen neuwertigen Injektor und der Index d für einen gedrifteten Injektor steht, und mit m_{d_mr} die Steigung des Spannungsanstiegs, mit α ein elektromechanischer Übertragungsfaktor und mit C die elektrische Kapazität bei blockiertem Aktor bezeichnet ist.The desired value, to which the slope of the voltage rise is regulated, can be, for example, the value 1. In the case of the drilled fuel injection valve, the same voltage stroke is set as in the new condition of the valve. Alternatively, the suitable nominal value of the gradient can also be determined by the following equation:

where the index n stands for a new injector and the index d for a drifted injector, and m _{d_mr is} the slope of the voltage rise, α is an electromechanical transmission factor and C is the electrical capacitor with the actuator blocked.

Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst also die folgenden Schritte:

a) Bestromung des Injektors,
b) Messung der Spannungsänderung in einem Zeitfenster während einer Bestromungspause,
c) falls der gemessene Spannungsanstieg kleiner als ein Sollwert ist, Erhöhen der aufgebrachten Ladung durch Vergrößerung des Entladestroms und/oder durch Verlängerung der Entladezeit,
d) falls der gemessene Spannungsanstieg größer als ein Sollwert ist, Verringern der aufgebrachten Ladung durch Verringerung des Entladestroms und/oder durch Verkürzen der Entladezeit,
e) Wiederholen der Schritte a) bis d) solange bis entweder der gemessene Spannungsanstieg auf einen Sollwert geregelt ist, wobei der Sollwert der Spannungsänderung eines neuen oder intakten Injektors entspricht (es wird also immer auf einen konstanten Spannungsanstieg geregelt, was dem oben beschriebenen m_{d_mr} = 1 entspricht), oder aber die gemessene Spannungsänderung auf einen Wert
geregelt ist.

The method according to the invention thus comprises the following steps:

a) energizing the injector,
b) measurement of the voltage change in a time window during a lighting break,
c) if the measured voltage increase is less than a target value, increasing the applied charge by increasing the discharge current and / or by extending the discharge time,
d) if the measured voltage increase is greater than a setpoint, reducing the applied charge by reducing the discharge current and / or by shortening the discharge time,
e) repeating steps a) to d) until either the measured voltage rise is regulated to a setpoint value, the setpoint corresponding to the voltage change of a new or intact injector (ie, it is always controlled to a constant voltage increase, which is the above described m _{d_mr} = 1), or the measured voltage change to a value
is regulated.

Die Unteransprüche haben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung zum Gegenstand. Der Regler zum Korrigieren der einzuspritzenden Kraftstoffmenge ist relativ schnell, damit er nach Möglichkeit innerhalb einiger weniger Einspritzvorgängen, bspw. innerhalb von 1 bis 5 Einspritzvorgängen, die Steigung des Spannungsanstiegs bzw. die eingespritzte Kraftstoffmenge auf den vorgegebenen Wert korrigiert hat.The under claims have advantageous embodiments of the invention the subject. The regulator for correcting the amount of fuel to be injected is relatively fast, so he possibly within some fewer injections, For example, within 1 to 5 injection events, the slope of the voltage rise or the injected fuel quantity to the predetermined value has corrected.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Einige bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:Some preferred embodiments The invention will be explained in more detail with reference to FIGS. It demonstrate:

1 eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystems umfassend mindestens ein Kraftstoffeinspritzventil mit einem piezoelektrischen Aktor und ein Steuergerät; 1 a schematic view of a fuel injection system according to the invention comprising at least one fuel injection valve with a piezoelectric actuator and a control unit;

2a verschiedene Verläufe der Einspritzmenge eines Einspritzventils, das mit verschiedenen Spannungen beaufschlagt wird; 2a different courses of the injection quantity of an injection valve, which is acted upon by different voltages;

2b verschiedene Verläufe einer Aktorspannung des Einspritzventils; 2 B different courses of an actuator voltage of the injection valve;

2c verschiedene Verläufe eines relativen Nadelhubs des Einspritzventils; 2c various courses of a relative needle lift of the injection valve;

2d einen Verlauf des Ansteuerstroms des Einspritzventils; 2d a course of the drive current of the injection valve;

3 einen Verlauf der Aktorspannung eines Einspritzventils im Neuzustand; 3 a course of the actuator voltage of an injection valve in the new state;

4 einen Verlauf der Aktorspannung eines gedrifteten Einspritzventils ohne Regler; 4 a course of the actuator voltage of a drifted injector without regulator;

5 einen Verlauf der Aktorspannung eines gedrifteten Einspritzventils mit einem ersten Regler; 5 a profile of the actuator voltage of a drifted injection valve with a first controller;

6 einen Verlauf der Aktorspannung eines gedrifteten Einspritzventils mit einem zweiten Regler; 6 a course of the actuator voltage of a drifted injection valve with a second controller;

7 ein Diagramm, in dem für einen Raildruck von 2000 bar und einer Leerlaufhubdrift von 100% auf 90% ein Spannungsanstieg während einer Bestromungspause für ein gedriftetes Einspritzventil über dem Spannungsanstieg während der Bestromungspause für ein neuwertiges Einspritzventil aufgetragen ist; 7 a graph in which is plotted for a rail pressure of 2000 bar and a Leerlaufhubdrift from 100% to 90%, a voltage increase during a Bestromungspause for a dripped injection valve on the voltage rise during the energization break for a new injection valve;

8 eine Korrektur der Leerlaufhubdrift mit dem ersten Regler; und 8th a correction of the idling stroke drift with the first regulator; and

9 eine Korrektur der Leerlaufhubdrift mit dem zweiten Regler. 9 a correction of the idling stroke drift with the second regulator.

Ausführungsformen der Erfindung(en)embodiments of the invention

In 1 ist ein Kraftstoffeinspritzventil 10 für eine Brennkraftmaschine dargestellt, das mit einem piezoelektrischen Aktor 12 versehen ist. Das Kraftstoffeinspritzventil 10 wird auch als Injektor bezeichnet und dient zur Einspritzung von Kraftstoff 11, beispielsweise Benzin oder Diesel, in ein Saugrohr und/oder direkt in einen Brennraum der Brennkraftmaschine. Der piezoelektrische Aktor 12 wird wie in 1 durch den Pfeil angedeutet von einem Steuergerät 20 angesteuert. Das Kraftstoffeinspritzventil 10 weist ein Düsenelement mit einer Düsennadel 13 auf, die bei geschlossenem Ventil 10 auf einem Ventilsitz 14 im Inneren des Gehäuses des Kraftstoffeinspritzventils 10 aufsitzt. Der Ventilsitz 14 umgibt eine Düsenöffnung 15, die bei auf dem Ventilsitz 14 aufliegender Düsennadel 13 verschlossen ist. Selbstverständlich kann das Einspritzventil 10 auch mehr als die eine dargestellte Düsenöffnung 15 aufweisen. Außerdem können die Düsenöffnungen auch an den Seitenwänden des Gehäuses des Ventils 10 ausgebildet sein.In 1 is a fuel injection valve 10 shown for an internal combustion engine, with a piezoelectric actuator 12 is provided. The fuel injector 10 It is also called an injector and is used to inject fuel 11 , For example, gasoline or diesel, in an intake manifold and / or directly into a combustion chamber of the internal combustion engine. The piezoelectric actuator 12 will be like in 1 indicated by the arrow of a control unit 20 driven. The fuel injector 10 has a nozzle element with a nozzle needle 13 on, with the valve closed 10 on a valve seat 14 inside the housing of the fuel injection valve 10 seated. The valve seat 14 surrounds a nozzle opening 15 sitting on the valve seat 14 resting nozzle needle 13 is closed. Of course, the injection valve 10 also more than the one illustrated nozzle opening 15 exhibit. In addition, the nozzle openings also on the side walls of the housing of the valve 10 be educated.

Ist die Düsennadel 13 von dem Ventilsitz 14 abgehoben, kann Kraftstoff 11 durch die Düsenöffnung 15 fließen, das Kraftstoffeinspritzventil 10 ist also geöffnet und es wird Kraftstoff 11 eingespritzt. Dieser Zustand ist in der 1 dargestellt. Sitzt die Ventilnadel 13 auf dem Ventilsitz 14 auf, ist die Düsenöffnung 15 verschlossen und es wird kein Kraftstoff 11 eingespritzt, das Kraftstoffeinspritzventil 10 ist geschlossen. Im geschlossenen Zustand des Einspritzventils 10 bildet der Ventilsitz 14 einen Hubanschlag für die Düsennadel 13. Ein Hubanschlag für die Düsennadel 13 im geöffneten Zustand ist in 1 mit dem Bezugszeichen 21 bezeichnet.Is the nozzle needle 13 from the valve seat 14 lifted off, can fuel 11 through the nozzle opening 15 flow, the fuel injector 10 So it's open and it's going to be fuel 11 injected. This condition is in the 1 shown. Sits the valve needle 13 on the valve seat 14 on, is the nozzle opening 15 closed and there is no fuel 11 injected, the fuel injector 10 is closed. In the closed NEN state of the injector 10 forms the valve seat 14 a stroke stop for the nozzle needle 13 , A stroke stop for the nozzle needle 13 in the open state is in 1 with the reference number 21 designated.

Der Übergang von dem geschlossenen in den geöffneten Zustand wird mithilfe des piezoelektrischen Aktors 12 bewirkt. Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Piezoaktor 12 bei durch die Düsennadel 13 verschlossener Düsenöffnung 15 elektrisch aufgeladen, das heißt der Aktor 12 ist gedehnt, wenn der Injektor 10 geschlossen ist. Durch Entladen des Piezostapels in dem Aktor 12 verringert sich dessen Längsausdehnung und die Düsennadel 13 hebt sich vom Ventilsitz 14 ab.The transition from the closed to the open state is by means of the piezoelectric actuator 12 causes. At the in 1 illustrated embodiment is the piezoelectric actuator 12 through the nozzle needle 13 closed nozzle opening 15 electrically charged, that is the actuator 12 is stretched when the injector 10 closed is. By discharging the piezo stack in the actuator 12 reduces its longitudinal extent and the nozzle needle 13 rises from the valve seat 14 from.

Das Kraftstoffeinspritzventil 10 weist ferner ein hydraulisches Koppelelement auf. Dieses umfasst innerhalb des Kraftstoffeinspritzventils 10 ein Kopplergehäuse 16, in dem zwei Kolben 17, 18 geführt sind. Der Kolben 17 ist mit dem Aktor 12 und der Kolben 18 ist mit der Düsennadel 13 verbunden. Zwischen den beiden Kolben 17, 18 ist ein Volumen 19 eingeschlossen, das die Übertragung der von dem Aktor 12 ausgeübten Kraft auf die Ventilnadel 13 bewerkstelligt.The fuel injector 10 also has a hydraulic coupling element. This includes within the fuel injector 10 a coupler housing 16 in which two pistons 17 . 18 are guided. The piston 17 is with the actor 12 and the piston 18 is with the nozzle needle 13 connected. Between the two pistons 17 . 18 is a volume 19 included, which is the transfer of the actor 12 applied force on the valve needle 13 accomplished.

Der Piezoaktor 12 ist direkt oberhalb der Düsennadel 13 angeordnet und vollständig von unter Druck stehendem Kraftstoff 11 umgeben. Eine Beschichtung schützt dabei den Aktor 12 vor dem Kraftstoff 11 und stellt eine elektrische Isolierung sicher. Das Koppelelement ist ebenfalls von dem Kraftstoff 11 umgeben, insbesondere ist das Volumen 19 ebenfalls mit Kraftstoff gefüllt. Über die Führungsspalte zwischen den beiden Kolben 17, 18 und dem Kopplergehäuse 16 kann sich das Volumen 19 über einen längeren Zeitraum hinweg an die jeweils vorhandene Länge des Aktors 12 anpassen. Bei kurzzeitigen Änderungen der Länge des Aktors 12 bleibt das Volumen 19 jedoch nahezu unverändert und die Änderung der Länge des Aktors 12 wird direkt auf die Düsennadel 13 übertragen. Eine Längenänderung des Piezoaktors 12 wirkt sich über das Koppelelement also direkt in einer Bewegung der Düsennadel 13 aus.The piezo actuator 12 is directly above the nozzle needle 13 arranged and completely pressurized fuel 11 surround. A coating protects the actuator 12 in front of the fuel 11 and ensures electrical insulation. The coupling element is also of the fuel 11 surrounded, in particular, is the volume 19 also filled with fuel. About the guide gap between the two pistons 17 . 18 and the coupler housing 16 can the volume 19 over a longer period of time to the respective existing length of the actuator 12 to adjust. For short-term changes in the length of the actuator 12 the volume stays 19 however, almost unchanged and the change in the length of the actuator 12 gets directly to the nozzle needle 13 transfer. A change in length of the piezoelectric actuator 12 affects the coupling element thus directly in a movement of the nozzle needle 13 out.

Um Informationen über einen Betriebszustand des Kraftstoffeinspritzventils 10, insbesondere über Position der Düsennadel 13 und die eingespritzte Kraftstoffmenge, zu erhalten, wird das nachstehend beschriebene erfindungsgemäße Verfahren ausgeführt, das beispielsweise in Form eines Computerprogramms auf einem elektronischen Speicherelement (z.B. CD-ROM, RAM, EPROM, EEPROM, etc.; in 1 nicht gezeigt) gespeichert und in dem Steuergerät 20 vorgesehen sein kann, um durch eine Recheineinheit des Steuergeräts 20 abgearbeitet zu werden. Es ist aber auch denkbar, dass das Computerprogramm einfach auf einem Server eines Computernetzwerks, beispielsweise des Internets, zum Herunterladen vorgehalten wird. Interessenten können das Computerprogramm herunterladen und es auf einem Rechengerät eines Steuergeräts 20 zum Ablauf bringen. Das Computerprogramm dient zur Ausführung sämtlicher Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens, wenn es auf einem Rechengerät eines Steuergeräts 20 ausgeführt wird.For information about an operating state of the fuel injection valve 10 , in particular via position of the nozzle needle 13 and the amount of fuel injected, the method according to the invention described below is carried out, for example in the form of a computer program on an electronic memory element (eg CD-ROM, RAM, EPROM, EEPROM, etc .; 1 not shown) and stored in the controller 20 may be provided to pass through a computing unit of the controller 20 to be processed. But it is also conceivable that the computer program is simply kept on a server of a computer network, such as the Internet, for downloading. Interested parties can download the computer program and it on a computing device of a control unit 20 bring to expiration. The computer program is used to execute all the steps of the method according to the invention, when it is on a computing device of a control device 20 is performed.

Das in 1 dargestellt Kraftstoffeinspritzventil 10 ist Teil eines Kraftstoffeinspritzsystems, das mehrere Einspritzventile 10 umfassen kann, über die Kraftstoff in das Saugrohr oder in die Brennräume einer Brennkraftmaschine eingespritzt werden kann. Es kann entweder ein Steuergerät 20 für alle Einspritzventile 10 oder aber ein eigenes Steuergerät 20 für jedes der Kraftstoffeinspritzventile 10 vorgesehen sein. Außer dem Einspritzventil 10 und dem Steuergerät 20 kann das Kraftstoffeinspritzsystems noch weitere Bauteile umfassen, beispielsweise einen Kraftstoffspeicher, insbesondere eine für alle Einspritzventile 10 gemeinsame Hochdruck-Speicherleiste (Common-Rail), welche über eine Hochdruck-Kraftstoffleitung an einen Anschlussstutzen 22 des Kraftstoffeinspritzventils 10 angeschlossen ist.This in 1 illustrated fuel injector 10 is part of a fuel injection system that uses multiple injectors 10 may be injected via the fuel in the intake manifold or in the combustion chambers of an internal combustion engine. It can either be a control unit 20 for all injectors 10 or a separate control unit 20 for each of the fuel injection valves 10 be provided. Except the injector 10 and the controller 20 For example, the fuel injection system may comprise further components, for example a fuel accumulator, in particular one for all injectors 10 common high-pressure storage bar (common rail), which via a high-pressure fuel line to a connecting piece 22 of the fuel injection valve 10 connected.

Die mechanischen und elektrischen Eigenschaften der Piezoaktoren 12 bleiben allerdings über die Lebensdauer des Ventils 10 sowie über die Bandbreite der Betriebstemperatur nicht konstant. Sowohl der Aktorhub h als auch die Aktorkapazität C und Aktorsteifigkeit c ändern sich über die Laufzeit und die Betriebstemperatur des Injektors 10. Diese Änderungen können jedoch nach dem Stand der Technik im Betrieb ohne aufwändige Messtechnik nicht direkt erfasst und somit auch nicht kompensiert werden. Die Folge sind Fehler in der eingespritzten Kraftstoffmenge. Entsprechendes gilt auch für den verschleißenden Düsensitz 14.The mechanical and electrical properties of the piezo actuators 12 however, remain over the life of the valve 10 and not constant over the bandwidth of the operating temperature. Both the Aktorhub h and the actuator capacitance C and Aktorsteifigkeit c change over the duration and the operating temperature of the injector 10 , However, these changes can not be detected directly and thus not compensated according to the state of the art in operation without expensive measuring technology. The result is errors in the amount of fuel injected. The same applies to the wearing nozzle seat 14 ,

Bei direkt gesteuerten Injektoren 10 folgt die Nadelbewegung in erster Näherung dem Aktorhub h. Der Aktorhub h ist bei konstanter Aktorkraft F wiederum in erster Näherung proportional zur Ansteuerspannung U. Verringert sich beispielsweise über die Laufzeit der Aktorhub h (unteren Kurven in 2c), dann öffnet die Nadel 13 später und schließt früher, was dazu führt, dass weniger Kraftstoff eingespritzt wird als gewünscht. Die vorliegende Erfindung schlägt ein Verfahren und ein Kraftstoffeinspritzsystem vor, bei dem Einspritzmengenfehler insbesondere der Voreinspritzung bei Injektoralterung auf einfache und zuverlässige Weise erfasst und kompensiert werden können.For directly controlled injectors 10 follows the needle movement in a first approximation to the Aktorhub h. The Aktorhub h is proportional to the drive voltage U at a constant actuator force F again in first approximation. Decreases, for example, over the life of the Aktorhub h (lower curves in 2c ), then opens the needle 13 later and close earlier, which results in less fuel being injected than desired. The present invention proposes a method and a fuel injection system in which injection quantity errors, in particular the pilot injection during injector aging, can be detected and compensated in a simple and reliable manner.

Ausgehend von der geschlossenen Stellung des Kraftstoffeinspritzventils 10 wird der Piezoaktor 12 erfindungsgemäß innerhalb einer relativ kurzen Zeit auf eine für die Nadelöffnung ausreichende Ladung gebracht. Dazu muss der Aktor 12 des in 1 dargestellten Kraftstoffeinspritzventils 10 entladen werden. Dazu wird der Aktor 12 für eine bestimmte Entladezeitdauer mit einem bestimmten Entladestrom beaufschlagt. In einer anschließenden Bestromungspause wird bei geöffneten Klemmen des Aktors 12 das an den Klemmen anliegende Spannungssignal (vgl. 2b) ausgewertet.Starting from the closed position of the fuel injection valve 10 becomes the piezoelectric actuator 12 According to the invention brought within a relatively short time to a charge sufficient for the needle opening. This requires the actor 12 of in 1 illustrated fuel injection valve 10 be discharged. This is the actor 12 for a given discharge period with a certain discharge current applied. In a subsequent energization break, the actuator opens when the terminals are open 12 the voltage signal applied to the terminals (cf. 2 B ) evaluated.

In 2d ist der Verlauf des Stromsignals dargestellt. Während einer Zeit von etwa 300 μs bis 410 μs (die Zeitdauer beträgt etwa 110 μs) liegt der Entladestrom I an. Daran schließt sich etwa von 420 μs bis 540 μs die sogenannte Bestromungspause an. Während der Bestromungspause sind die Klemmen der Aktoren 12 von der übrigen Ansteuerschaltung getrennt. Anschließend wird der Aktor 12 dann wieder zum Schließen des Ventils 10 von etwa 540 μs bis 660 μs mit einem Ladestrom I beaufschlagt. Der Verlauf der Aktorklemmspannung kann während der gesamten Bestromungspause oder nur während eines Teils der Bestromungspause, bspw. während einer Auswertezeit Δt, beobachtet und ausgewertet werden.In 2d the course of the current signal is shown. During a time of approximately 300 μs to 410 μs (the time duration is approximately 110 μs), the discharge current I is applied. This is followed by the so-called energization break, for example from 420 μs to 540 μs. During the energization break, the terminals are the actuators 12 disconnected from the rest of the drive circuit. Subsequently, the actuator 12 then again to close the valve 10 from about 540 microseconds to 660 microseconds with a charging current I applied. The course of the Aktorklemmspannung can during the entire Bestromungspause or only during part of the Bestromungspause, for example. During a evaluation time .DELTA.t be observed and evaluated.

Wenn die Bestromung des Aktors 12 für das Nadelöffnen endet, bevor die Nadel 13 einen signifikanten Weg zurückgelegt hat, ist der Anstieg ΔU der Aktorklemmspannung U in der anschließenden Bestromungspause ein Maß für die Nadelbewegung und damit ein Maß für die eingespritzte Kraftstoffmenge. Aufgrund des piezoelektrischen Effekts lässt sich eine Nadelbewegung bei offenen Aktorklemmen (während der Bestromungspause) anhand des Verlaufs der Aktorklemmspannung U nachweisen. Wenn sich die Nadel 13 bewegt, ändert sich der Druck in dem Steuer- und Koppelraum 19, welches eine Spannungsänderung ΔU an den Aktorklemmen bewirkt.When the energization of the actuator 12 for needle opening ends before the needle 13 has taken a significant path, the increase .DELTA.U of Aktorklemmspannung U in the subsequent energization break is a measure of the needle movement and thus a measure of the injected fuel quantity. Due to the piezoelectric effect, a needle movement with open actuator terminals (during the energization break) can be detected on the basis of the course of the actuator terminal voltage U. When the needle 13 moves, the pressure in the control and coupling space changes 19 , which causes a voltage change .DELTA.U to the Aktorklemmen.

Über die Dauer des Entladevorgangs (Entladezeit) bzw. über die Höhe des Entladestroms unmittelbar vor der Bestromungspause kann die Steigung m des Spannungsanstiegs ΔU auf einen gewünschten Wert eingestellt werden. Während der Bestromungspause einer bestimmten Einspritzung wird also die Steigung m des Spannungsanstiegs ΔU ermittelt. Die ermittelte Steigung m kann als Ist-Wert einer Regelung zugeführt werden, die unter Berücksichtigung eines Soll-Werts für die Steigung neue Werte für die Entladezeit und/oder den Entladestrom als Stellgröße(n) liefert. Mit diesen neuen Werten für die Entladezeit und/oder den Entladestrom wird der Aktor 12 dann während der nachfolgenden Einspritzung beaufschlagt. Die nunmehr resultierende Steigung m wird wiederum während der Bestromungspause ermittelt und der Regelung zum Generieren neuer Werte für die Stellgröße(n) zugeführt. So wird die Steigung m des Spannungsanstiegs ΔU also von Einspritzung zu Einspritzung auf den gewünschten Soll-Wert der Steigung m geregelt. Dadurch können Mengenänderungen aufgrund eines gealterten Aktors 12 oder einer verschlissenen Düse stark verringert werden, wie in 2 gezeigt und im Folgenden noch genauer beschrieben.Over the duration of the discharge process (discharge time) or over the height of the discharge current immediately before the energization break, the slope m of the voltage rise .DELTA.U can be set to a desired value. During the energization break of a particular injection, therefore, the slope m of the voltage increase .DELTA.U is determined. The ascertained gradient m can be supplied as an actual value to a controller which, taking into account a desired value for the gradient, supplies new values for the discharge time and / or the discharge current as manipulated variable (s). With these new values for the discharge time and / or the discharge current becomes the actuator 12 then applied during the subsequent injection. The now resulting slope m is again determined during the energization break and fed to the controller for generating new values for the manipulated variable (s). Thus, the slope m of the voltage increase .DELTA.U is thus controlled from injection to injection to the desired desired value of the slope m. This allows quantity changes due to an aged actuator 12 or a worn nozzle can be greatly reduced as in 2 shown and described in more detail below.

Einen geeigneten Soll-Wert für die Steigung m kann man anhand folgender Überlegung ermitteln. Das Verhalten eines Piezoaktors kann folgendermaßen beschrieben werden: F = cx – αU (1) Q = αx + CU (2)wobei F die Aktorkraft darstellt, c die mechanische Steifigkeit bei kurzgeschlossenen Elektroden, x den Aktorhub, C die elektrische Kapazität bei blockiertem Aktor 12, α einen elektromechanischen Übertragungsfaktor und Q die Ladung des Aktors 12.A suitable desired value for the slope m can be determined on the basis of the following consideration. The behavior of a piezo actuator can be described as follows: F = cx - αU (1) Q = αx + CU (2) where F represents the actuator force, c the mechanical rigidity with short-circuited electrodes, x the actuator stroke, C the electrical capacitance with blocked actuator 12 , α is an electromechanical transmission factor and Q is the charge of the actuator 12 ,

Die Gleichungen (1) und (2) können unter Zuhilfenahme des Leerlaufhubs h zusammengefasst werden:

The equations (1) and (2) can be summarized with the help of the idle stroke h:

Durch ein Gleichsetzen der Gleichung (3), zum Einen für ein neues System (Index n) und zum anderen für ein gedriftetes System (Index d) erhält man eine Beziehung der beiden Spannungsverläufe U_n und U_d zueinander:

By equating equation (3), on the one hand for a new system (index n) and on the other hand for a drifted system (index d), a relation of the two voltage curves U _n and U _{d is obtained} :

Wenn in einem Diagramm die Spannung U_d des gedrifteten Aktors 12 über der Spannung U_n des neuwertigen Aktors 12 aufgetragen wird (vgl. 7), gibt der Term

die Steigung m_{d_mr} der Spannungsgeraden während der Bestromungspause an.If in a diagram the voltage U _{d of} the drifted actuator 12 above the voltage U _{n of} the new actuator 12 is applied (see. 7 ), gives the term

the slope m _{d_mr of} the voltage line during the energization break on.

Sofern dieser Wert m_{d_mr} bekannt ist, kann über eine Variation des Entladestroms oder der Entladezeit die Geradensteigung m_{d_mr} eingeregelt werden, was zu einer verbesserten Einspritzgenauigkeit führt. Die restlichen Terme in Gleichung (4) führen nur zu einer Verschiebung der Geraden im Diagramm (vgl. 7). Wenn die Geradensteigung m_{d_mr} nicht bekannt ist, kann beispielsweise auf eine Steigung 1 geregelt werden. Dabei wird also bei dem gedrifteten System der gleiche Spannungshub wie im Neuzustand eingestellt. Dies ist allerdings bei einer geänderten Aktorkapazität nicht ganz korrekt, da der gleiche Nadelhub h genau genommen zu einer anderen aufgeprägten Spannung führt. In den Simulationen, die in 2 dargestellt sind, führte das Vorgehen jedoch zu guten Ergebnissen (vgl. 2a).If this value m _{d_mr is} known, the straight line _slope m _{d_mr} can be adjusted via a variation of the discharge current or the discharge time, which leads to an improved injection _accuracy . The remaining terms in equation (4) only lead to a shift of the straight line in the diagram (cf. 7 ). If the line _slope m _{d_mr is} not known, for example, on a slope 1 be managed. Thus, in the drifted system, the same voltage swing is set as in the new state. However, this is not completely correct with a changed actuator capacity, since the same needle stroke h actually leads to another impressed voltage. In the simulations that are in 2 However, the procedure led to good results (cf. 2a ).

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird dafür gesorgt, dass der Nadelhub h in der beobachteten Zeit Δt näherungsweise konstant gehalten wird. Die Entladezeit sollte optimalerweise so gewählt werden, dass die Nadel 13 bei Bestromungsende noch nicht geöffnet hat. Nur so kann direkt von der Spannungsänderung ΔU auf den Nadelhub h geschlossen werden. Dies ist jedoch nicht immer möglich, da bei begrenztem Aktorstrom I eine bestimmte Ladung auf den Aktor 12 gebracht werden muss, damit die Nadel 13 öffnet. Wenn die Bestromungszeit (Entladezeit) so gewählt ist, dass die Nadel 13 bei Bestromungsende bereits einen nennenswerten Weg zurückgelegt hat, kann zwar von der während der anschließenden Bestromungspause gemessenen Spannungsänderung ΔU auf den weiteren Relativweg der Nadel 13 geschlossen werden, jedoch nicht auf die absolute Nadelbewegung und nicht auf die eingespritzte Kraftstoffmenge.The inventive method ensures that the needle stroke h is kept approximately constant in the observed time .DELTA.t. The discharge time should optimally be chosen so that the needle 13 has not yet opened at the end of the power supply. Only then can be closed directly from the voltage change .DELTA.U to the needle stroke h. However, this is not always possible because with a limited actuator current I a certain charge on the actuator 12 must be brought, so the needle 13 opens. When the energizing time (discharge time) is chosen so that the needle 13 may have already covered a considerable path at the end of the energization, may of the voltage change .DELTA.U measured during the subsequent energization break on the further relative path of the needle 13 closed, but not on the absolute needle movement and not on the injected fuel quantity.

Es wird vorgeschlagen, dass der Zusammenhang zwischen der Steigung m des Anstiegs ΔU des Spannungsverlaufs U während der Bestromungspause und der Kraftstoffeinspritzmenge q in einem Kennfeld vorzugsweise druckabhängig abgelegt ist, so dass sich über alle Drücke weite Bereiche regelbarer Voreinspritzmengen ergeben.It It is suggested that the relationship between the slope m of the increase ΔU of the voltage U during the energization break and the fuel injection quantity q in one Characteristic map preferably pressure-dependent is deposited, so that over all pressures wide ranges of controllable pilot injection quantities result.

In 3 ist links der Verlauf der Aktorspannung U eines Kraftstoffeinspritzventils 10 im Neuzustand dargestellt. Im geschlossenen Zustand des Einspritzventils 10 liegt eine Spannung UbPil an dem Aktor 12 an, bei der sich die Piezostapel des Aktors 12 in einem ausgedehnten Zustand befindet. UbPil liegt bspw. bei etwa 180 V. Dann wird der Aktor 12 zum Öffnen des Ventils 10 während der Entladezeitdauer tidisPil von etwa 150 μs mit einem Entladestrom beaufschlagt und entladen. Anschließend folgt die Bestromungspause, die etwa 38 μs dauert, während der der Aktor 12 von den Aktorklemmen abgeklemmt ist. Daran anschließend wird der Aktor 12 während der Zeitdauer ticharPil, die etwa 150 μs dauert, wieder mit einem Ladestrom beaufschlagt und aufgeladen, um das Ventil 10 wieder zu schließen. Das Erfassen des Verlaufs der Spannungsänderung ΔU kann während einer beliebigen Zeitdauer Δt während der Bestromungspause erfolgen, wobei die Zeitdauer Δt kürzer als die Bestromungspause ist.In 3 left is the course of the actuator voltage U of a fuel injection valve 10 displayed in new condition. In the closed state of the injector 10 there is a voltage UbPil on the actuator 12 on, at which the piezo stack of the actuator 12 in an expanded state. UbPil is, for example, at about 180 V. Then the actuator 12 to open the valve 10 tidisPil is charged and discharged with discharging current of about 150 μs during the discharge period. This is followed by the energization break, which lasts about 38 μs, during which the actuator 12 is disconnected from the Aktorklemmen. Then the actor becomes 12 during the period of time ticharPil, which lasts about 150 μs, again charged with a charging current and charged to the valve 10 to close again. The detection of the course of the voltage change .DELTA.U can take place during any time period .DELTA.t during the energization break, wherein the time period .DELTA.t is shorter than the Bestromungspause.

In 3 rechts ist die Spannungsänderung ΔU des aktuellen Injektors 10 über der Spannungsänderung U_n eines Injektors 10 im Neuzustand dargestellt. Da der aktuelle Injektor 10 ein neuwertiger Injektor 10 ist (U_d = U_n; x_d = x_n; h_d = h_n; Q_d = Q_n; C_d = C_n; α_d = α_n), zeigt 3 rechts ein Diagramm, in dem die Spannungsänderung U_n eines Injektors 10 im Neuzustand über der Spannungsänderung U_n eines Injektors 10 im Neuzustand dargestellt ist.In 3 on the right is the voltage change ΔU of the current injector 10 above the voltage change U _{n of} an injector 10 displayed in new condition. Because the current injector 10 a mint injector 10 (U _d = U _n x _d = x _n h _d = h _n; Q _d = Q _n C _d C = _n; α _d = α _n), shows 3 right a diagram in which the voltage change U _{n of} an injector 10 in the new state over the voltage change U _{n of} an injector 10 is displayed in new condition.

Die dargestellte Spannungsgerade hat zwangsläufig die Steigung m_n = 1. Für Gleichung (4) gilt hier:

The illustrated voltage line inevitably has the slope m _n = 1. For equation (4), the following applies:

In 4 ist links wieder der Verlauf der Aktorspannung U über die Zeit t aufgetragen, wobei die obere Kurve U_n einen neuwertigen Injektor 10 und die untere Kurve U_d einen gedrifteten Injektor 10 ohne Regler repräsentiert. In 4 rechts ist die Spannung U_d des aktuellen gedrifteten Injektors 10 über der Spannung U_n eines Injektors 10 im Neuzustand dargestellt. Die dargestellte Spannungsgerade hat nun nicht mehr die Steigung m_n = 1, sondern die Steigung m_d = 0,7. Die Steigung m_d wird in 4 nicht korrigiert. Für die Gleichung (4) gilt hier:

wobei der letzte Term im wesentlichen konstant ist, da der Aktor 12 offen ist.In 4 the course of the actuator voltage U is plotted on the left again over the time t, wherein the upper curve U _{n is} a mint injector 10 and the lower curve U _d a dripped injector 10 represented without controller. In 4 on the right is the voltage U _{d of} the current drifted injector 10 above the voltage U _{n of} an injector 10 displayed in new condition. The voltage line shown now no longer has the slope m _n = 1, but the slope m _d = 0.7. The slope m _d is in 4 not corrected. For the equation (4) applies here:

where the last term is essentially constant as the actuator 12 is open.

In 5 links ist der Verlauf der Aktorspannung U über die Zeit t aufgetragen, wobei die obere Kurve U_n den neuwertigen Injektor 10 und die untere Kurve U_d den gedrifteten Injektor 10 ohne Regler und die mittlere Kurve U_{d_mr} einen gedrifteten, aber mit einem ersten Regler korrigierten Spannungsverlauf repräsentiert. In 5 rechts ist die Spannung U_d des aktuellen gedrifteten Injektors 10 mit und ohne Korrektur über der Spannung U_n eines Injektors 10 im Neuzustand dargestellt. Die dargestellte Spannungsgerade hat nun nicht mehr die Steigung m_n = 1 und auch nicht die Steigung m_d = 0,7, sondern einen Wert dazwischen mit einer Steigung m_{d_mr} = 0,9. Die Steigung m_{d_mr} ergibt sich aus dem oben bereits erwähnten Zusammenhang:

Für die Gleichung (4) gilt hier:

wobei der letzte Term im wesentlichen konstant ist, da der Aktor 12 offen ist. Als Stellgröße werden die mittleren Ströme IdisPil (Entladestrom) = –IcharPil (Ladestrom) herangezogen.In 5 left the curve of the actuator voltage U over the time t is plotted, the upper curve U _n the mint injector 10 and the lower curve U _d the dripped injector 10 without regulator and the middle curve U _{d_mr represents} a drifted, but corrected with a first controller voltage _waveform . In 5 on the right is the voltage U _{d of} the current drifted injector 10 with and without correction over the voltage U _{n of} an injector 10 displayed in new condition. The stress line shown now no longer has the slope m _n = 1 nor the slope m _d = 0.7, but a value in between with a slope m _{d_mr} = 0.9. The slope m _{d_mr} results from the above-mentioned relationship:

For the equation (4) applies here:

where the last term is essentially constant as the actuator 12 is open. The manipulated variable used is the mean currents IdisPil (discharge current) = -IcharPil (charging current).

In 6 links ist der Verlauf der Aktorspannung U über die Zeit t aufgetragen, wobei die obere Kurve U_n den neuwertigen Injektor 10 und die untere Kurve U_d den gedrifteten Injektor 10 ohne Regler und die mittlere Kurve U_{d_mr} einen gedrifteten, aber mit einem zweiten Regler korrigierten Spannungsverlauf repräsentiert. In 6 rechts ist die Spannung U_d des aktuellen gedrifteten Injektors 10 mit und ohne Korrektur über der Spannung U_n eines Injektors 10 im Neuzustand dargestellt. Die dargestellte Spannungsgerade hat nun nicht mehr die Steigung m_n = 1 und auch nicht die Steigung m_d = 0,7, sondern einen Wert dazwischen mit einer Steigung m_{d_mr} = 0,85. Die Steigung m_{d_mr} ergibt sich ohne Messen allein durch Berechnung: md_mr = (mn + md)/2 = 0,85 In 6 left the curve of the actuator voltage U over the time t is plotted, the upper curve U _n the mint injector 10 and the lower curve U _d the dripped injector 10 without controller and the middle curve U _{d_mr represents} a drifted, but corrected with a second controller voltage _waveform . In 6 on the right is the voltage U _{d of} the current drifted injector 10 with and without correction over the voltage U _{n of} an injector 10 displayed in new condition. The stress line shown now no longer has the slope m _n = 1 nor the slope m _d = 0.7, but a value in between with a slope m _{d_mr} = 0.85. The slope m _{d_mr} results without measuring by calculation alone: m d_mr = (m n + m d ) / 2 = 0.85

Für die Gleichung (4) gilt hier ebenfalls:

wobei der letzte Term im wesentlichen konstant ist, da der Aktor 12 offen ist. Als Stellgröße werden auch hier die mittleren Ströme IdisPil (Entladestrom) = –IcharPil (Ladestrom) herangezogen.For the equation (4) also applies here:

where the last term is essentially constant as the actuator 12 is open. The manipulated variable used here too is the mean currents IdisPil (discharge current) = -IcharPil (charging current).

In 7 ist der Verlauf der Spannung U_d eines gedrifteten Ventils 10 über der Spannung U_n eines neuwertigen Ventils 10 während der Bestromungspause bei Leerlaufhubdrift von 100% auf 90% aufgetragen (Einspritzdruck im Hochdruckspeicher des Einspritzsystems z.B. 2000 bar). Mit m_n ist die Steigung des Spannungsverlaufs eines neuwertigen Ventils 10, mit m_d die unkorrigierte Steigung des Spannungsverlaufs eines gedrifteten Ventils 10, und mit die korrigierte Steigung des Spannungsverlaufs des gedrifteten Ventils 10 bezeichnet.In 7 is the course of the voltage U _{d of} a drifted valve 10 above the voltage U _{n of} a new valve 10 during the energization break at idling stroke drift from 100% to 90% (injection pressure in the high-pressure accumulator of the injection system eg 2000 bar). With m _n is the slope of the voltage curve of a new valve 10 , with m _d the uncorrected slope of the voltage curve of a drifted valve 10 , and with the corrected slope of the voltage curve of the drifted valve 10 designated.

8 zeigt die Korrektur des Leerlaufhubdrifts mit dem ersten Regler. Für den Injektor 10 im Neuzustand wurde folgende Werte angenommen:
relativer Aktorhub hA = 100%
Entladestrom IdisPil = –5,25 A
Ladestrom IcharPil = 5,25 A
Steigung m_n = 1
Durchfluss q = 3,19 mm³ 8th shows the correction of the idle stroke with the first controller. For the injector 10 when new, the following values were assumed:
relative actuator stroke hA = 100%
Discharge current IdisPil = -5.25 A
Charging current IcharPil = 5.25 A
Slope m _n = 1
Flow q = 3.19 mm ³

Für den gedrifteten Injektor 10 ohne Regler wurden folgende Werte angenommen:
relativer Aktorhub hA = 90%
Entladestrom IdisPil = –5,25 A
Ladestrom IcharPil = 5,25 A
Steigung m_d = 0,73
Durchfluss q = 1,78 mm³ For the dripped injector 10 without controller the following values were assumed:
relative actuator stroke hA = 90%
Discharge current IdisPil = -5.25 A
Charging current IcharPil = 5.25 A
Slope m _d = 0.73
Flow q = 1.78 mm ³

Für den gedrifteten Injektor mit dem ersten Regler wurden folgende Werte angenommen:
relativer Aktorhub hA = 90%
Entladestrom IdisPil = –5,59 A
Ladestrom IcharPil = 5,59 A
Steigung m_{d_mr} = (α_d/α_n)·(C_n/C_d) = 0,9
Durchfluss q = 3,09 mm³ The following values were assumed for the injected injector with the first controller:
relative actuator stroke hA = 90%
Discharge current IdisPil = -5.59 A
Charging current IcharPil = 5.59 A
Slope m _{d_mr} = (α _d / α _n ) * (C _n / C _d ) = 0.9
Flow q = 3.09 mm ³

Statt des erhöhten Entlade- bzw. Ladestroms könnte auch die Entlade- bzw. Ladezeitdauer korrigiert werden.Instead of of the raised Discharge or charging current could also the discharge or charging time period are corrected.

9 zeigt die Korrektur des Leerlaufhubdrifts mit dem zweiten Regler. Für den Injektor 10 im Neuzustand wurde folgende Werte angenommen:
relativer Aktorhub hA = 100%
Entladestrom IdisPil = –5,25 A
Ladestrom IcharPil = 5,25 A
Steigung m_n = 1
Durchfluss q = 3,19 mm³ 9 shows the correction of the idle stroke with the second controller. For the injector 10 when new, the following values were assumed:
relative actuator stroke hA = 100%
Discharge current IdisPil = -5.25 A
Charging current IcharPil = 5.25 A
Slope m _n = 1
Flow q = 3.19 mm ³

Für den gedrifteten Injektor mit dem zweiten Regler wurden folgende Werte angenommen:
relativer Aktorhub hA = 90%
Entladestrom IdisPil = –5,51 A
Ladestrom IcharPil = 5,51 A
Steigung m_{d_mr} = (m_n + m_d)/2 = 0,85
Durchfluss q = 2,74 mm³ The following values were assumed for the drifted injector with the second controller:
relative actuator stroke hA = 90%
Discharge current IdisPil = -5.51 A
Charging current IcharPil = 5.51 A
Slope m _{d_mr} = (m _n + m _d ) / 2 = 0.85
Flow q = 2.74 mm ³

Statt des erhöhten Entlade- bzw. Ladestroms könnte in den 8 und 9 auch die Entlade- bzw. Ladezeitdauer korrigiert werden.Instead of the increased discharge or charging current could in the 8th and 9 also the discharge or charging time period are corrected.

Claims

Method for determining a via a fuel injection valve ( 10 ) injected fuel quantity, where at the fuel injector ( 10 ) comprises - a piezoelectric actuator ( 12 ), - a nozzle element with at least one nozzle opening ( 15 ) and a movable nozzle needle ( 13 ) for selectively closing and opening the at least one nozzle opening ( 15 ), - a hydraulic coupling element ( 16 . 17 . 18 . 19 ), which between the piezoelectric actuator ( 12 ) and the nozzle needle ( 13 ), and - a valve seat ( 14 ), at which the nozzle needle ( 13 ) in its fully closed position, characterized in that starting from the closed position of the injection valve ( 10 ) the piezo actuator ( 12 ) is supplied with a current to the piezoelectric actuator ( 12 ) on one for opening the nozzle needle ( 13 ) to bring required electrical charge, then during an energization break of the piezoelectric actuator ( 12 ) an increase (.DELTA.U) of a voltage signal (U) applied to the terminals is evaluated when the terminals are open, and a measure of the movement of the nozzle needle (U) is calculated on the basis of the increase (.DELTA.U) of the voltage (U). 13 ) and thus a measure of the injected fuel quantity (q) is determined.

A method according to claim 1, characterized in that for opening the valve ( 10 ) the piezo actuator ( 12 ) for a certain discharge time (tidisPil) with a certain discharge current (IdisPil) to that for opening the nozzle needle ( 13 ) is discharged and a slope of a voltage increase (ΔU) during the energization break on the discharge time (tidisPil) and / or the discharge current (IdisPil) is controlled.

A method according to claim 1 or 2, characterized in that a slope (m _{d_mr} ) of the voltage change (ΔU) during the energization break by the equation:

is defined, where the index n is a new fuel injection valve ( 10 ) and the index d is a dripped injection valve ( 10 ), α is an electromagnetic transfer factor and C is the electric capacity with the actuator blocked ( 12 ), and via the discharge time (tidisPil) and / or via the discharge current (IdisPil), the slope of the voltage change (ΔU) during the energization _pause is regulated to a value which corresponds to the slope m _{d_mr} .

Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that over the discharge time (tidisPil) and / or the discharge current (IdisPil) the voltage change (ΔU) is regulated during the energization break to a value corresponding to the slope m _{d_mr} = 1 ,

Method according to one of claims 1 to 4, characterized the relationship between the voltage change (ΔU) and the injected fuel quantity (q) filed in advance in a map and the correction the discharge time (tidisPil) and / or the discharge current (IdisPil) is taken into account.

Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the discharge time (tidisPil) and / or the discharge current (IdisPil) is selected such that the needle ( 13 ) has not yet opened at the beginning of the energization break, but then in the course of the energization break from the valve seat ( 14 ) takes off.

Fuel injection system comprising at least one fuel injection valve ( 10 ) and a control unit ( 20 ) for driving the injection valve ( 10 ), each injection valve ( 10 ) comprises - a piezoelectric actuator ( 12 ), - a nozzle element with at least one nozzle opening ( 15 ) and a movable nozzle needle ( 13 ) for selectively closing and opening the at least one nozzle opening ( 15 ), - a hydraulic coupling element between the piezoelectric actuator ( 12 ) and the nozzle needle ( 13 ), and - a valve seat ( 14 ), at which the nozzle needle ( 13 ) in its fully closed position, characterized in that the control unit ( 20 ) Means for applying the piezoelectric actuator ( 12 ) with a flow starting from the closed position of the injection valve ( 10 ) to the piezo actuator ( 12 ) on one for opening the nozzle needle ( 13 ) to bring required electrical charge, means for evaluating a change (ΔU) of an open terminals of the piezoelectric actuator ( 12 ) voltage signal (U) during an energization break of the piezoelectric actuator ( 12 ) and means for determining a measure of the movement of the nozzle needle ( 13 ) and thus a measure of the injected fuel quantity (q) based on the change (.DELTA.U) of the voltage (U).

Fuel injection system according to claim 7, characterized characterized in that the means for determining the injected Fuel quantity (q) for the realization of all steps of a process according to one of the claims 2 to 6 are formed.

Fuel injection system according to claim 7 or 8, characterized in that the means for determining the amount of injected fuel (q) comprise a computer program which on a computing device of the control device ( 20 ) is executable and programmed to carry out a method according to any one of claims 1 to 6.