DE102007050810A1 - Closing element's i.e. piezoelectric valve, impact determining method for piezoinjector, involves detecting temporal course of electrical voltage, and detecting impact of closing element on valve seat by evaluation of control signal - Google Patents

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Abstract

The method involves controlling a closing element (42) indirectly by a piezoelectric element (24). The piezoelectric element is controlled during an opening condition of the closing element in such a manner that the closing element closes. A temporal course of an electrical voltage is detected at the piezoelectric element, and impact of the closing element on a valve seat (44) is detected by an evaluation of control signal and by a change of gradients of an actuator voltage. A control voltage of the piezoelectric element is determined during closing of the closing element. An independent claim is also included for a computer program for operating a piezoelectric valve.

Description

Stand der TechnikState of the art

Aus der DE 10 2006 019 736 ist ein Piezoinjektor mit direkter Betätigung eines Schließelements bekannt. Bei diesen direkt gesteuerten Piezoinjektoren entfällt der hydraulische Koppler zwischen Piezoaktor und Düsennadel. Dadurch werden die Herstellungskosten reduziert. Außerdem verringert sich der Bauraumbedarf für den Piezoinjektor deutlich, was bei modernen Motorenkonstruktionen einen erheblichen Vorteil darstellt.From the DE 10 2006 019 736 a piezo injector with direct actuation of a closing element is known. These direct controlled piezo injectors eliminate the need for a hydraulic coupler between the piezo actuator and the nozzle needle. This reduces the manufacturing costs. In addition, the space required for the piezo injector significantly reduced, which is a significant advantage in modern engine designs.

Bei diesen sogenannten direktgesteuerten Piezoinjektoren ist eine mechanische Temperaturkompensation vorhanden, welche die temperaturbedingten Längenänderungen des Injektors größtenteils kompensieren. Diese mechanische Temperaturkompensation macht sich die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten verschiedener Werkstoffe zunutze. Allerdings ist es aufgrund der werkstoffabhängigen Wärmedehnungskoeffizienten und der konstruktionsbedingt vorgegebenen Abmessungen der Bauteile des Injektors zumeist nicht möglich, eine vollständige Temperaturkompensation zu erreichen. Dadurch ergibt sich ein gewisser Restfehler bezüglich der Temperaturkompensation, der dazu führt, dass während des Betriebs und abhängig von der aktuellen Betriebstemperatur entweder das Schließelement nicht vollständig schließt oder die Anpresskräfte des Schließelements auf dem Ventilsitz unnötig hoch sind, was den Verschleiß am Ventilsitz erhöht.at These so-called direct-controlled piezo injectors is a mechanical Temperature compensation exists, which is the temperature-related Length changes of the injector mostly compensate. This mechanical temperature compensation is on the different thermal expansion coefficients of different Exploiting materials. However, it is due to the material-dependent Thermal expansion coefficient and the design given dimensions of the components of the injector usually not possible, a complete temperature compensation to reach. This results in a certain residual error regarding the temperature compensation, which causes that during of operation and depending on the current operating temperature either the closing element is not complete closes or the contact forces of the closing element on the valve seat are unnecessarily high, causing wear on the Valve seat increased.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Temperaturkompensation des Piezoinjektors bereitzustellen, das während des Betriebs bedarfsabhängig und/oder regelmäßig durchgeführt werden kann, so dass in allen Betriebszuständen ein sicheres Schließen des Schließelements erreicht wird und gleichzeitig die Schließkräfte nur so groß wie nötig sind.Of the Invention is based on the object, a method for temperature compensation provide the piezo injector, during operation Depending on demand and / or regularly performed can be so that in all operating conditions a safe Closing the closing element is achieved and at the same time the closing forces only as great as are necessary.

Die Aufgabe wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Ermittlung des Auftreffens eines Schließelements auf einem Ventilsitz, wobei das Schließelement mindestens mittelbar von einem piezoelektrischen Element gesteuert wird, ist dadurch gelöst, dass das piezoelektrische Element bei geöffneter Düsennadel so angesteuert wird, dass das Schließelement schließt, dass der zeitliche Verlauf von Steuersignalen, wie zum Beispiel einer elektrischen Spannung und/oder einer elektrischen Ladung am piezoelektrischen Aktor erfasst wird, und dass durch eine Auswertung dieser Steuersignale das Auftreffen des das Schließelements auf dem Ventilsitz erkannt wird.The Task is in the inventive method for determining the impact of a closing element a valve seat, wherein the closing element at least indirectly controlled by a piezoelectric element is thereby solved that the piezoelectric element with open nozzle needle is controlled so that the closing element closes, that the timing of control signals, such as an electrical voltage and / or an electrical charge on piezoelectric actuator is detected, and that through an evaluation these control signals the impact of the closing element is detected on the valve seat.

Besonders vorteilhaft an dem erfindungsgemäßen Verfahren ist, dass keine zusätzliche Hardware in Form von Sensoren oder anderes mehr benötigt werden. Das Verfahren nutzt die Tatsache aus, dass der piezoelektrische Aktor gleichzeitig als Sensor einsetzbar ist, so dass durch die Auswertung der Spannung des piezoelektrischen Aktors oder dessen Ladung das Auftreffen des das Schließelements auf dem Ventilsitz erkannt werden kann. Dies bedeutet aber auch, dass das erfindungsgemäße Verfahren über die gesamte Lebensdauer der Brennkraftmaschine bzw. des Piezoinjektors in regelmäßigen Abständen wiederholt werden kann, so dass eine Drift des Piezoinjektors und/oder Verschleiß erkannt und kompensiert werden kann. Dadurch ergibt sich ein stabiles Betriebsverhalten des Piezoinjektors über dessen gesamte Lebensdauer, was insbesondere für die dauerhafte Einhaltung von Emissionsgrenzwerten von großem Vorteil ist. Das erfindungsgemäße Verfahren ist alleine oder zusammen mit einer mechanischen Temperaturkompensation einsetzbar.Especially advantageous to the method according to the invention is that no extra hardware in the form of sensors or else more needed. The procedure uses the fact that the piezoelectric actuator at the same time as Sensor can be used, so that by the evaluation of the voltage the piezoelectric actuator or its charge the impact of the the closing element can be recognized on the valve seat. But this also means that the inventive Process over the entire life of the internal combustion engine or the piezo injector at regular intervals can be repeated, so that a drift of the piezo injector and / or Wear can be detected and compensated. Thereby results in a stable operating behavior of the piezoelectric injector over the lifetime, especially for the permanent Compliance with emission limits is a great advantage is. The inventive method is alone or used together with a mechanical temperature compensation.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders für den Einsatz in direktgesteuerten Piezoinjektoren geeignet, ohne darauf beschränkt zu sein.The inventive method is particularly for suitable for use in directly controlled piezo injectors, without to be limited to it.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Auftreffen des Schließelements auf dem Ventilsitz durch eine Änderung des Gradienten, das heißt der zeitlichen Ableitung der Aktorspannung erkannt wird. Wenn nämlich das Schließelement auf dem Ventilsitz auftrifft, ändern sich die elektrischen Eigenschaften des Piezoaktors und infolge dessen auch die Steigung der Aktorspannung bei sonst gleichbleibenden Randbedingungen, wie zum Beispiel gleichbleibendem Ladestrom.A advantageous embodiment of the invention provides that the impact of the closing element on the valve seat by a change of the gradient, that is the temporal derivative of the Actuator voltage is detected. Namely, when the closing element impinges on the valve seat, change the electrical Characteristics of the piezoelectric actuator and as a result, the slope the actuator voltage with otherwise constant boundary conditions, such as Example of constant charging current.

Weil zwischen der Aktorspannung U, der Ladung Q und dem Ladestrom I des piezoelektrischen Aktors ein direkter Zusammenhang besteht, kann anstelle der Aktorspannung auch die Ladung Q oder der Ladestrom I des piezoelektrischen Aktors zur Erfassung des Auftreffens des Schließelements auf dem Ventilsitz ausgewertet werden.Because between the actuator voltage U, the charge Q and the charging current I of the piezoelectric actuator is a direct relationship can instead of the actuator voltage, the charge Q or the charging current I of the piezoelectric actuator for detecting the impact of the Closing element to be evaluated on the valve seat.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die beim Auftreffen des Schließelements auf dem Ventilsitz am piezoelektrischen Aktor anliegende Schließspannung USchließ abgespeichert und der Bestimmung der Ansteuerspannung des piezoelektrischen Aktors beim Schließen des Ventils zugrunde gelegt.In a further advantageous embodiment of the method according to the invention, the closing voltage applied to the closing of the closing element on the valve seat on the piezoelectric actuator closing voltage U closing is stored and the determination of the driving voltage of the piezoelectric actuator when closing the valve used.

Um eine definierte Schließkraft des Schließelements zu erreichen, kann zusätzlich zu der Schließspannung USchließ noch eine Schließkraftspannung ΔU zu der Schließspannung USchließ hinzu addiert werden. Bei der Ermittlung der Schließkraftspannung ΔU müssen neben der gewünschten Schließkraft auch die mechanischen und hydraulischen Verhältnisse im Piezoinjektor berücksichtigt werden.In order to achieve a defined closing force of the closing element, in addition to the closing voltage U closing , a closing force voltage ΔU can also be added to the closing voltage U closing . When determining the closing force voltage .DELTA.U in addition to the desired closing force and the mechanical and hydraulic rule conditions are taken into account in the piezo injector.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird, um einen definierten Öffnungszustand des Ventils zu erreichen, die Öffnungsspannung UOffen des piezoelektrischen Aktors durch eine die Addition einer Spannungsdifferenz zu der Schließspannung USchließ bestimmt. Dadurch hat das Schließelement bei geöffnetem Ventil eine definierte Position. Die Polarität dieser Spannungsdifferenz hängt davon ab, ob das Schließelement bei bestromtem piezoelektrischen Aktor geschlossen ist (sogenannte inverse Bauweise) oder bei bestromtem Aktor offen ist,In a further advantageous embodiment of the method according to the invention, in order to achieve a defined opening state of the valve, the opening voltage U open of the piezoelectric actuator is determined by the addition of a voltage difference to the closing voltage U close . As a result, the closing element has a defined position when the valve is open. The polarity of this voltage difference depends on whether the closing element is closed when the piezoelectric actuator is energized (so-called inverse design) or is open when the actuator is energized,

Der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe wird auch durch ein Computerprogramm sowie eine Regelsteuer und Regeleinrichtung zum Betreiben eines piezoelektrischen Ventils, insbesondere eines Piezoinjektors dadurch gelöst, dass sie nach einem der erfindungsgemäß beanspruchten Verfahren arbeiten.Of the The invention is based task also by a computer program and a regulation control and regulating device for operating a piezoelectric valve, in particular a piezoelectric injector thereby solved that they claimed according to one of the invention Working method.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen entnehmbar.Further Advantages and advantageous embodiments of the invention are the subsequent drawing, the description and the claims removable.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Es zeigen:It demonstrate:

1 eine schematische Darstellung eines direkt gesteuerten Piezoinjektors, 1 a schematic representation of a directly controlled piezo injector,

2 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens, und 2 a flowchart of an embodiment of the method according to the invention, and

3 den zeitlichen Verlauf der Aktorspannung beim Schließen der Düsennadel. 3 the time course of the actuator voltage when closing the nozzle needle.

Ausführungsformen der Erfindungembodiments the invention

In 1 ist ein direkt gesteuerter Piezoinjektor dargestellt, der zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist.In 1 a directly controlled piezo injector is shown, which is suitable for carrying out the method according to the invention.

Der Kraftstoffinjektor 10 umfasst einen Injektorkörper 12 und einen Düsenkörper 14. Der in 1 dargestellte Kraftstoffinjektor 10 wird bevorzugt an einer Hochdruckquelle wie z. B. einem Common-Rail-System an selbstzündenden Verbrennungskraftmaschinen eingesetzt. Der Kraftstoffinjektor 10 wird von einem Druckspeicher 16 (Common-Rail), in dem ein Systemdruck von mehr 1600 bar herrscht, mit unter hohem Druck stehenden Kraftstoff beaufschlagt. Vom Druckspeicher 16 verläuft eine Hochdruckleitung 18, die in einen Hohlraum 70 des Injektorkörpers 12 mündet.The fuel injector 10 includes an injector body 12 and a nozzle body 14 , The in 1 illustrated fuel injector 10 is preferably at a high pressure source such. As a common-rail system used on self-igniting internal combustion engines. The fuel injector 10 is from a pressure accumulator 16 (Common rail), in which a system pressure of more 1600 bar prevails, subjected to high-pressure fuel. From the accumulator 16 runs a high pressure line 18 in a cavity 70 of the injector body 12 empties.

An dem einem brennraumseitigen Ende des Kraftstoffinjektors 10 abgewandten Ende des Kraftstoffinjektors 10 befindet sich ein glockenförmig ausgebildetes Gehäuseteil 20 mit einem Bund 21. Der Bund 21 ist gemäß der Darstellung in 1 von einer Überwurfmutter 22 übergriffen. Die Überwurfmutter 22 wird am oberen Ende mit dem Injektorkörper 12 verbunden.At the one combustion chamber end of the fuel injector 10 opposite end of the fuel injector 10 there is a bell-shaped housing part 20 with a bunch 21 , The Bund 21 is as shown in 1 from a union nut 22 overlapped. The union nut 22 is at the top with the injector body 12 connected.

Innerhalb des glockenförmig ausgebildeten Gehäuses 20, welches seinerseits durch einen Deckel 38 samt Deckelbefestigung 40 verschlossen ist, befindet sich ein bevorzugt als Piezoaktor ausgebildetes Betätigungsorgan 24. Innerhalb eines vom glockenförmigen Gehäuse 21 begrenzten Hohlraumes 26 befindet sich Kraftstoff, d. h. der Piezoaktor 24 ist von Kraftstoff umgeben. Durch die Befüllung des Hohlraums 26 wird eine gute Wärmeleitung zwischen dem Piezoaktor 24 und den als Kompensationselementen dienenden Teilen des Gehäuses 20 erzielt. Dazu zählen auch ein Aktor-Widerlager 32 und ein Übertragungselement 34. Darüber hinaus befindet sich an dem Piezoaktor 24 ein Übertragungselement 34, das sich über eine Rohrfeder 36 an einer Planseite 48 eines in den Injektorkörper 12 eingelassen Ventilstückes 46 abstützt.Within the bell-shaped housing 20 , which in turn is covered by a lid 38 with lid fastening 40 is closed, there is a preferably designed as a piezoelectric actuator 24 , Within one of the bell-shaped housing 21 limited cavity 26 there is fuel, ie the piezoelectric actuator 24 is surrounded by fuel. By filling the cavity 26 is a good heat transfer between the piezoelectric actuator 24 and serving as compensation elements parts of the housing 20 achieved. These include an actuator abutment 32 and a transmission element 34 , In addition, located on the piezoelectric actuator 24 a transmission element 34 that is about a bourdon tube 36 on a plan page 48 one in the injector body 12 taken in valve piece 46 supported.

Neben elektrischen Kontakten 28, die durch den Deckel 38 geführt sind, verläuft durch den Deckel 38 auch ein niederdruckseitiger Rücklauf 30, welcher mit dem Niederdruckbereich des Kraftstoffeinspitzsystems – hier nicht weiter dargestellt – verbunden ist.In addition to electrical contacts 28 passing through the lid 38 are guided, passes through the lid 38 also a low-pressure side return 30 which is connected to the low-pressure region of the fuel injection system - not shown here.

An dem Übertragungselement 34 befindet sind in der Darstellung gemäß 1 ein Schließelement 42, welches gemäß dieser Ausführungsvariante Bestandteil des Übertragungselement 34 ist. Das Schließelement 42 bildet mit der Planseite 48 des Ventilstückes 46 einen Flachsitz 44 zur Abdichtung einer durch das Ventilstück 46 verlaufenden Ablaufdrossel (ohne Bezugszeichen).On the transmission element 34 are located in the illustration according to 1 a closing element 42 which according to this embodiment variant of the transmission element 34 is. The closing element 42 forms with the plan page 48 of the valve piece 46 a flat seat 44 for sealing one through the valve piece 46 extending outlet throttle (without reference numeral).

Der Darstellung gemäß 1 ist weiterhin entnehmbar, das am Ventilstück 46 eine hülsenförmig ausgebildete Führung 50 ausgebildet ist. Die Führung 50 umschließt eine bevorzugt nadelförmig ausgebildete Düsennadel 60 teilweise und stellt eine Führung der Düsennadel 60 dar. Eine Stirnseite 62 der Düsennadel 60 begrenzt mit der Innenseite der Führung 50 einen Steuerraum 58. Der Steuerraum 58 wird über eine in der Wand 52 der Führung 50 ausgebildete Zulaufdrossel 54 vom Hohlraum 70 des Injektorkörpers 12 mit unter Systemdruck stehenden Kraftstoff beaufschlagt.The representation according to 1 is still removable, that on the valve piece 46 a sleeve-shaped guide 50 is trained. The leadership 50 encloses a preferably needle-shaped nozzle needle 60 partially and provides a guide of the nozzle needle 60 dar. A front page 62 the nozzle needle 60 limited to the inside of the guide 50 a control room 58 , The control room 58 is about one in the wall 52 the leadership 50 trained inlet throttle 54 from the cavity 70 of the injector body 12 pressurized with fuel under system pressure.

Die Düsennadel 60 ist an ihrem Umfang mit einem Stützring 64 versehen, auf welchem sich wiederum ein Federelement 66 abstützt. Mit dem Federelement 66, welches sich wiederum an der unteren Stirnseite der Führung 50 des Ventilstückes 46 abstützt, wird die Ausfahrbewegung der Düsennadel 60 aus dem durch hohen Systemdruck beaufschlagtem Steuerraum 58 unterstützt. Darüber hinaus befinden sich am Übergang zwischen dem Hohlraum 70 des Injektorkörpers 12 zum Drüsenkörper 14 des Kraftstoffinjektors 10 ein oder mehrere als Freiflächen ausgebildete Strömungskanäle 72, über welche der unter Systemdruck stehende Kraftstoff aus dem Hohlraum 70 des Injektorkörpers 12 in einen im Düsenkörper 14 ausgebildeten Düsenraum 74 überströmt. Über den Düsenraum 74, wiederum strömt der Kraftstoff über einen Ringspalt 76 Einspritzöffnungen 80 zu. Mit dem Bezugzeichen 78 ist die Spitze der Düsennadel 60 bezeichnet.The nozzle needle 60 is at its periphery with a support ring 64 provided on which in turn a spring element 66 supported. With the spring element 66 , which in turn is at the bottom Front side of the guide 50 of the valve piece 46 supported, the extension movement of the nozzle needle 60 from the pressurized by high system pressure control room 58 supported. In addition, located at the transition between the cavity 70 of the injector body 12 to the glandular body 14 of the fuel injector 10 one or more flow channels designed as open spaces 72 over which the fuel under system pressure from the cavity 70 of the injector body 12 in one in the nozzle body 14 trained nozzle space 74 overflows. About the nozzle room 74 , in turn, the fuel flows through an annular gap 76 Injection ports 80 to. With the reference 78 is the tip of the nozzle needle 60 designated.

Der in 1 innerhalb des hülsenförmigen Gehäuses 20 aus Invar angeordnete Pizeoaktor 24 wird invers betrieben. Dies bedeutet, dass der Piezoaktor 24 im Ruhezustand des Kraftstoffinjektors 10 aufgeladen ist und seine nominale Längenausdehnung annimmt. Zum Auslösen eines Einspritzvorganges wird der Piezoaktor 24 über die elektrischen Kontakten 28 entladen und zieht sich zusammen. Dadurch führt das Schließelement 42 eine Hubbewegung aus, bis es die gewünschte Offenstellung (H = HOffen) erreicht hat.The in 1 within the sleeve-shaped housing 20 Pareoactor arranged from Invar 24 is operated inversely. This means that the piezoelectric actuator 24 at rest of the fuel injector 10 charged and takes its nominal length extension. To trigger an injection process, the piezoelectric actuator 24 over the electrical contacts 28 unload and contract. This leads the closing element 42 a stroke movement until it has reached the desired open position (H = H open ).

Durch eine geeignete Werkstoffauswahl bei dem hülsenförmigen Gehäuse 24, dem Aktorwiderlager 32 an der Unterseite des Deckels 38 sowie des Übertragungselements 34 werden eine sehr gute mechanische Temperaturkompensation und eine sehr geringe Bauhöhe erreicht.By a suitable choice of material in the sleeve-shaped housing 24 , the actuator abutment 32 at the bottom of the lid 38 and the transmission element 34 a very good mechanical temperature compensation and a very low height are achieved.

Um die in 1 dargestellte Position des Schließelements 42 zu erreichen, wird der Piezoaktor 24 mittels der elektrischen Kontakte 28 aufgeladen. Dadurch dehnt sich der Piezoaktor 24 in Längsrichtung aus und das Schließelement 42 wird dichtend an die Planseite 48 des Ventilstücks 46 gepresst. Dadurch ist die Ablaufdrossel im Ventilstück 46 verschlossen. Im Steuerraum 58 herrscht der über die Zulaufdrossel 54 anstehende Systemdruck. Dadurch ist die Stirnseite 62 der Düsennadel 60 mit Systemdruck beaufschlagt und die Spitze 78 der Düsennadel 60 wird in ihren hier nicht näher dargestellten Sitz gepresst, so dass die Einspritzöffnungen 80 am brennraumseitigen Ende der Düsennadel 60 verschlossen sind.To the in 1 shown position of the closing element 42 to reach, is the piezoelectric actuator 24 by means of electrical contacts 28 charged. As a result, the piezoelectric actuator expands 24 in the longitudinal direction and the closing element 42 will seal against the plan side 48 of the valve piece 46 pressed. As a result, the outlet throttle is in the valve piece 46 locked. In the control room 58 prevails over the inlet throttle 54 pending system pressure. This is the front side 62 the nozzle needle 60 subjected to system pressure and the top 78 the nozzle needle 60 is pressed into her seat, not shown here, so that the injection ports 80 at the combustion chamber end of the nozzle needle 60 are closed.

Zum Einleiten eines Einspritzvorganges wird der im Ruhestand des Kraftstoffinjektors 10 aufgeladene Piezoaktor 24 über die elektrischen Anschlüsse 28 entladen. Aufgrund dieser Entladung zieht sich der Piezoaktor 24 in axialer Richtung zusammen, das Schließelement 42 hebt vom Ventilsitz 44 ab und die Düsennadel 60 öffnet die Spritzlöcher 80. Dieser damit verbundene Hub des Schließelements 42 ist in 1 mit Hoffen bezeichnet. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist der Hub stark vergrößert. Bei realen Piezoinjektoren beträgt der Hub deutlich weniger als 1 mm.To initiate an injection process is the retired of the fuel injector 10 charged piezoelectric actuator 24 over the electrical connections 28 discharged. Due to this discharge, the piezoelectric actuator pulls 24 in the axial direction together, the closing element 42 lifts from the valve seat 44 off and the nozzle needle 60 opens the spray holes 80 , This associated stroke of the closing element 42 is in 1 marked H open . For clarity, the stroke is greatly increased. With real piezo injectors, the stroke is clearly less than 1 mm.

Unterstützt durch die Rohrfeder 36 fährt das Übertragungselement 34 in vertikale Richtung nach oben, so dass das Schließelement 42 die Ablaufdrossel im Ventilstück 46 freigibt. Dadurch kann die Steuermenge aus dem Steuerraum 58 in den Hohlraum 26 in Richtung des niederdruckseitigen Rücklaufs 30 abströmen, so dass die Düsennadel 60 in den druckentlasteten Steuerraum 58 einfährt. Über den Hohlraum 70, die als Freiflächen ausgebildeten Strömungskanäle 72 strömt in den Düsenraum 74 eintretender, unter Systemdruck stehender Kraftstoff entlang des Ringspaltes 76 den offen stehenden Einspritzöffnungen 80 zu, so dass Kraftstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt werden kann.Supported by the Bourdon tube 36 moves the transmission element 34 in a vertical upward direction, leaving the closing element 42 the outlet throttle in the valve piece 46 releases. This allows the tax amount from the tax room 58 in the cavity 26 in the direction of the low-pressure side return 30 flow out, leaving the nozzle needle 60 in the pressure-relieved control room 58 retracts. About the cavity 70 , the flow channels designed as open spaces 72 flows into the nozzle chamber 74 incoming fuel under system pressure along the annular gap 76 the open injection ports 80 to, so that fuel can be injected into the combustion chamber of the internal combustion engine.

Um, ausgehend von der Offenstellung (nicht dargestellt) des Schließelements 42 und der zugehörigen Spannung UOffen des Piezoaktors 24, erneut die in 1 dargestellte Schließstellung einnehmen zu können, muss der Piezoaktor 24 soweit aufgeladen werden, bis er eine Schließspannung USchließ erreicht hat.To, starting from the open position (not shown) of the closing element 42 and the associated voltage U Open the piezoelectric actuator 24 , again the in 1 to be able to assume the closed position shown, the piezoelectric actuator must 24 be charged until it has reached a closing voltage U closing .

Der Abstand zwischen dem Ventilstück 46 und dem Deckel 38 ändert sich in Abhängigkeit der Betriebstemperatur des Ventils 42, 44 und der den Piezoaktor 24 umgebenden Bauteile, weil eine vollständige mechanische Temperaturkompensation nicht möglich ist.The distance between the valve piece 46 and the lid 38 changes depending on the operating temperature of the valve 42 . 44 and the piezo actuator 24 surrounding components because complete mechanical temperature compensation is not possible.

Die verbleibenden temperaturbedingten Längenänderungen können mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens durch die gezielte Beeinflussung der Ansteuerspannung USchließ kompensiert werden. Wenn nämlich die Ansteuerspannung UAnsteuer erhöht wird, nimmt die Länge des Piezoaktors 24 in axialer Richtung zu, so dass temperaturbedingte und/oder verschleißbedingte Längenänderungen kompensiert werden können.The remaining temperature-induced changes in length can be compensated by the method according to the invention by the targeted influencing of the drive voltage U closing . Namely, when the drive voltage U drive is increased, the length of the piezoelectric actuator decreases 24 in the axial direction, so that temperature-related and / or wear-related changes in length can be compensated.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird nun anhand des in 2 beispielhaft dargestellten Ablaufdiagramms näher erläutert.The method according to the invention will now be described with reference to FIG 2 explained flowchart explained in more detail.

Das erfindungsgemäße Verfahren beginnt bei geöffnetem Schließelement 42, d. h. der Hub H ist gleich Hoffen. Die Aktorspannung UAktor ist gleich Uoffen (siehe 3). In einem ersten Funktionsblock 102 wird der Piezoaktor 24 vorzugsweise mit einem konstanten Ladestrom I geladen. In Folge dessen nimmt die Aktorspannung UAktor zu. Gleichzeitig wird der zeitliche Verlauf der Aktorspannung UAktor erfasst. Das Ergebnis dieser Erfassung ist eine Kennlinie 104, in der die Aktorspannung UAktor über der Zeit aufgetragen ist.The method according to the invention begins with the closing element open 42 ie the stroke H is equal to H open . The actuator voltage U actuator is equal to U open (see 3 ). In a first function block 102 becomes the piezoelectric actuator 24 preferably charged with a constant charging current I. As a result, the actuator voltage U actuator increases. At the same time, the time course of the actuator voltage U actuator is detected. The result of this detection is a characteristic curve 104 in which the actuator voltage U actuator is plotted over time.

In einem zweiten Funktionsblock 106 wird diese Kennlinie 104 ausgewertet und beispielsweise auf Änderungen des Gradienten untersucht. Sobald das Schließelement 42 auf dem Ventilsitz 44 auftrifft, wird die Längenänderung des Piezoaktors 24 behindert und es ändern sich die elektrischen Eigenschaften des Piezoaktors 24. Unter anderem ändert sich die Kapazität C des Piezoaktors 24, wenn dessen Ausdehnung behindert wird. Infolge dessen ändert sich auch die Zunahme der Aktorspannung UAktor bei konstantem Ladestrom. Diese Änderung der Zunahme der Aktorspannung UAktor schlägt sich in der erwähnten Änderung des Gradienten dU/dt (siehe 3 unten) der Kennlinie 104 nieder.In a second function block 106 becomes this characteristic 104 evaluated and examined, for example, for changes in the gradient. Once the closing element 42 on the valve seat 44 impinges, the change in length of the piezoelectric actuator 24 hinders and changes the electrical properties of the piezoelectric actuator 24 , Among other things, the capacitance C of the piezoelectric actuator changes 24 if its extent is impeded. As a result, the increase of the actuator voltage U actuator changes at a constant charging current. This change in the increase of the actuator voltage U actuator is reflected in the mentioned change of the gradient dU / dt (see 3 below) of the characteristic 104 low.

In einem dritten Funktionsblock 108 erfolgt die Auswertung der Kennlinie 104, die Gradientenbildung und die Erfassung des Zeitpunkts in dem die Düsennadel 42 auf dem Ventilsitz 44 aufliegt (siehe t = t2 in 3).In a third functional block 108 the evaluation of the characteristic curve takes place 104 , the gradient formation and the detection of the timing in which the nozzle needle 42 on the valve seat 44 rests (see t = t 2 in 3 ).

Nachdem der Zeitpunkt (t = t2) des Auftreffens der Düsennadel 42 auf dem Ventilsitz 44 und bekannt ist, wird ein dem dritten Funktionsblock 108 die zum Zeitpunkt (t = t2) gehörende Aktorspannung USchließ aus der Kennlinie 104 ausgelesen und abgespeichert. Diese Spannung USchließ ist die Spannung, die benötigt wird, um das Schließelement 42 auf dem Flachsitz 44 aufzusetzen, und steht nun für die Ansteuerung des Piezoaktors 24 als Parameter zur Verfügung.After the time (t = t2) of the impact of the nozzle needle 42 on the valve seat 44 and is known, becomes the third functional block 108 the Aktorspannung U closing belonging to the time (t = t2) from the characteristic 104 read out and saved. This voltage U closing is the voltage that is needed to hold the closing element 42 on the flat seat 44 set up, and now stands for the control of the piezoelectric actuator 24 available as a parameter.

Falls gewünscht, kann bei der Ansteuerung des Piezoaktors 24 zusätzlich noch eine definierte Schließkraft FSchließ eingestellt werden, in dem zu der Spannung USchließ noch eine Schließkraftspannung ΔU addiert wird (Nicht dargestellt in 3).If desired, when controlling the piezo actuator 24 still a defined closing force F closing additionally be set in which the voltage U to the closing nor a closing force voltage .DELTA.U (Not shown is added in 3 ).

Damit ist das erfindungsgemäße Verfahren beendet und es ist gewährleistet, dass das Schließelement 42 sicher und mit definierte Schließkraft auf dem Ventilsitz 44 aufliegt, wenn der Piezoaktor 24 auf die erfindungsgemäß ermittelte Aktorspannung USchließ geladen wird. Das erfindungsgemäße Verfahren kann regelmäßig wiederholt werden, beispielsweise nach Erreichen einer bestimmten Betriebsdauer und/oder beim Auftreten von Temperatur- oder Laständerungen.Thus, the inventive method is completed and it is ensured that the closing element 42 safe and with defined closing force on the valve seat 44 rests when the piezoelectric actuator 24 is loaded on the inventively determined actuator voltage U closing . The inventive method can be repeated regularly, for example, after reaching a certain operating time and / or the occurrence of temperature or load changes.

In 3 ist der Zusammenhang zwischen der Kennlinie 104, deren Gradienten dU/dt (siehe die Linie mit dem Bezugszeichen 110) aufgetragen. Aus dem Sprung in der Linie 110 kann der Zeitpunkt des Auftreffens der Düsennadel 42 auf dem Ventilsitz 44 (t = t2) einfach und zuverlässig bestimmt werden. In Kenntnis dieses Zeitpunkts (t = t2) kann mit Hilfe der Kennlinie 104 die Ansteuerspannung USchließ 104 bestimmt und abgespeichert werden.In 3 is the relationship between the characteristic 104 whose gradients dU / dt (see the line with the reference numeral 110 ) applied. From the jump in the line 110 may be the timing of hitting the nozzle needle 42 on the valve seat 44 (t = t2) can be determined easily and reliably. Knowing this time (t = t2) can be determined with the help of the characteristic curve 104 the drive voltage U close 104 be determined and stored.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - DE 102006019736 [0001] - DE 102006019736 [0001]

Claims (10)

Verfahren zur Ermittlung des Auftreffens eines Schließelements (42) auf einem Ventilsitz (44), wobei das Schließelements (42) mindestens mittelbar von einem piezoelektrischen Element (24) gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass das piezoelektrisch Element (24) bei geöffnetem Schließelement (42) so angesteuert wird, dass das Schließelement (42) schließt, dass der zeitliche Verlauf eines Steuersignals, insbesondere der zeitliche Verlauf (dU/dt) einer elektrischen Spannung (UAktor(t)) am piezoelektrischen Element (24) erfasst wird, und dass durch eine Auswertung dieses Steuersignals das Auftreffen des Schließelements (42) auf dem Ventilsitz (44) erkannt wird.Method for determining the impact of a closing element ( 42 ) on a valve seat ( 44 ), wherein the closing element ( 42 ) at least indirectly from a piezoelectric element ( 24 ), characterized in that the piezoelectric element ( 24 ) with the closing element open ( 42 ) is controlled so that the closing element ( 42 ) concludes that the time profile of a control signal, in particular the time profile (dU / dt) of an electrical voltage (U actuator (t)) on the piezoelectric element ( 24 ) is detected, and that by an evaluation of this control signal, the impact of the closing element ( 42 ) on the valve seat ( 44 ) is recognized. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Auftreffen des Schließelements (42) auf dem Ventilsitz (44) durch eine Änderung des Gradienten (dU/dt) der Aktorspannung (UAktor(t)) erkannt wird.Method according to claim 1, characterized in that the impact of the closing element ( 42 ) on the valve seat ( 44 ) is detected by a change in the gradient (dU / dt) of the actuator voltage (U actuator (t)). Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, das die zum Zeitpunkt (t = t2) des Auftreffens des Schließelements (42) auf dem Ventilsitz (44) am piezoelektrischen Element (24) anliegende Schließspannung (USchließ) abgespeichert und der Bestimmung der Ansteuerspannung (UAnsteuer) des piezoelektrischen Elements (24) beim Schließen des Schließelements (42) zugrunde gelegt wird.A method according to claim 1 or 2, characterized in that at the time (t = t2) of the impact of the closing element ( 42 ) on the valve seat ( 44 ) on the piezoelectric element ( 24 ) applied closing voltage (U closing ) and the determination of the driving voltage (U drive ) of the piezoelectric element ( 24 ) when closing the closing element ( 42 ). Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerspannung (UAnsteuer) des piezoelektrischen Elements (24) aus der Summe der Spannung (USchließ) und einem Spannungszuschlag (ΔU) gebildet wird.Method according to Claim 3, characterized in that the drive voltage (U drive ) of the piezoelectric element ( 24 ) is formed from the sum of the voltage (U close ) and a voltage surcharge (ΔU). Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungszuschlag (ΔU) in Abhängigkeit von der gewünschten Schließkraft (FSchließ) des Schließelements (42) ermittelt wird.A method according to claim 4, characterized in that the voltage surcharge (ΔU) as a function of the desired closing force (F closing ) of the closing element ( 42 ) is determined. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Spannung (UOffen) des piezoelektrischen Elements (24) bei geöffnetem Schließelement (42) ausgehend von der Schließspannung (USchließ) bestimmt wird (UOffen = USchließ ± ΔU).Method according to one of the preceding claims, characterized in that a voltage (U open ) of the piezoelectric element ( 24 ) with the closing element open ( 42 ) Starting (from the closed closing voltage U) is determined (U = U open closing ± .DELTA.U). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schließelement (42) die hydraulische Verbindung zwischen einem Steuerraum (58) und einem Rücklauf (30) eines Injektors (10) steuert.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the closing element ( 42 ) the hydraulic connection between a control room ( 58 ) and a return ( 30 ) of an injector ( 10 ) controls. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitende Injektor (10) einen mechanischen Ausgleich temperaturbedingter Längenänderungen aufweist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the injector operating according to the method of the invention ( 10 ) has a mechanical compensation of temperature-induced changes in length. Computerprogramm zum Betreiben eines piezoelektrischen Ventils (42), insbesondere eines Piezoinjektors (10), dadurch gekennzeichnet, dass es nach einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche arbeitet.Computer program for operating a piezoelectric valve ( 42 ), in particular a piezo injector ( 10 ), characterized in that it operates according to a method according to one of the preceding method claims. Steuer- und Regeleinrichtung zum Betreiben eines piezoelektrischen Ventils, insbesondere eines Piezoinjektors (10), dadurch gekennzeichnet, dass sie nach einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche arbeitet.Control and regulating device for operating a piezoelectric valve, in particular a piezo injector ( 10 ), characterized in that it operates according to a method according to one of the preceding method claims.
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