DE102007063103A1 - Fuel injection valve's operating behavior determining device for fuel-injection system of internal combustion engine for e.g. petrol common rail system, has piezo-foil sensor arranged at component of fuel injection system - Google Patents

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Abstract

The device has a piezo-foil sensor (26) arranged at a component e.g. fuel-injection valve (18) and high-pressure line (25), of a fuel injection system, for determining an operational behavior of the fuel-injection valve. The piezo-foil sensor has a piezoelectric plastic foil and is connected with an evaluation unit e.g. chip on injector, arranged on the component. A control unit (23) evaluates a signal produced by the sensor. The plastic foil is surrounded by a metalized plastic foil. An independent claim is also included for a method for determining operating behavior of a fuel injection valve of a fuel-injection system for an internal combustion engine.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ermittelung eines Betriebsverhaltens eines Einspritzventils einer Einspritzanlage einer Brennkraftmaschine und ein entsprechendes Verfahren.The The present invention relates to a device for detection a performance of an injection valve of an injection system an internal combustion engine and a corresponding method.

Die Ansteuerung eines Hochdruckeinspritzventils und allgemein eines modernen Ventils einer Einspritzanlage einer Brennkraftmaschine erfordert aufgrund des in modernen Einspritzsystemen herrschenden hohen Druckes und der Anforderungen an kurze Öffnungs- und Schließzeiten eine hohe Kraft zum Öffnen und Schließen des Ventils. So wird die Ventilnadel beispielsweise durch elektrische Maßnahmen beim Öffnen stark beschleunigt und durch eine im Vergleich zu älteren Einspritzanlagen erhöhte Federkraft für das Schließen beschleunigt. Aus diesem Grund sind die Aufprallgeschwindigkeiten und die beim Aufprall auftretenden Kräfte höher als bei herkömmlichen Saugrohreinspritz-Systemen.The Control of a high-pressure injection valve and generally one modern valve of an injection system of an internal combustion engine requires due to the prevailing in modern injection systems high pressure and the requirements for short opening and closing times a high power to open and closing of the valve. Thus, the valve needle, for example, by electrical activities When opening greatly accelerated and by one compared to older injection systems increased spring force for the Shut down accelerated. Because of this, the impact speeds are and the forces occurring at impact higher than conventional Saugrohreinspritz systems.

Nachteilig am Stand der Technik ist, dass es durch den Betrieb des Hochdruckeinspritzventils zu Vibrationen und einer akustischen Abstrahlung kommen kann. Die Vibrationen sind problematisch in Bezug auf eine Materialermüdung und die akustische Abstrahlung ist aus Schallschutzgründen unerwünscht. Um die akustische Abstrahlung zu reduzieren, können Geräusch reduzierende Maßnahmen bei der Ansteuerung des Ventils eingeführt werden, insbesondere mit einem Abbremsen der Ventilnadel vor dem Aufprall. Problematisch dabei ist, dass eine ungenaue zeitliche Brems-Ansteuerung zu einer Verschlechterung der Zumessgenauigkeit oder zu einer Unwirksamkeit der Geräusch reduzierenden Maßnahmen führen kann, da das Abbremsen der Ventilnadel zu früh oder zu spät eingeleitet wird. Solche Ungenauigkeiten können aus unterschiedlichen Gründen, beispielsweise Toleranzen, auftreten. Allgemein tritt das Problem einer zeitlich ungenauen Ansteuerung auch bei anderen Ansteuermaßnahmen auf und kann auch zu Zumessungenauigkeiten führen.adversely In the prior art, it is due to the operation of the high pressure injector can come to vibrations and acoustic radiation. The Vibrations are problematic in terms of material fatigue and fatigue the acoustic radiation is undesirable for reasons of soundproofing. Around To reduce the acoustic emission, noise reducing measures can be used be introduced in the control of the valve, in particular with a deceleration of the valve needle before the impact. Problematic It is that an inaccurate time brake control to a Deterioration of the metering accuracy or inefficiency the noise reducing measures to lead can, since the braking of the valve needle initiated too early or too late becomes. Such inaccuracies can because of different reasons, For example, tolerances occur. Generally, the problem occurs a time-inaccurate control even with other control measures and can also lead to metering inaccuracies.

Ein weiteres Problem, dass aus dem Stand der Technik bekannt ist, betrifft das Betriebsverhalten von Einspritzventilen über ihre Lebensdauer. Es ist meist nicht möglich, zu garantieren, dass ein Einspritzventil über seine gesamte Lebensdauer ein gleichbleibendes Betriebsverhalten, also beispielsweise ein gleichbleibendes Ansprechen auf Steuerimpulse, aufweist. Um diesem Verhalten der Einspritzventile gerecht zu werden, ist es wünschenswert, Informationen über die Einspritzventile während des Betriebs zu erlangen.One Another problem that is known from the prior art concerns the performance of injectors over their lifetime. It's mostly not possible, to guarantee that an injector over its lifetime a consistent operating behavior, so for example a constant response to control pulses having. To this Behavior of injectors, it is desirable to information about the injectors during the To gain business.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Aufgabe der Erfindung ist es, die oben genannten Nachteile des Standes der Technik zu beheben oder zu lindern, wobei eine Vorrichtung und ein Verfahren bereitgestellt werden sollen. Insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung, eine einfache und kostengünstige Vorrichtung anzugeben, mit der die Einspritzventile überwacht werden können und eine zeitliche Koordinierung von Steuermaßnahmen verbessert wird.task The invention is the above disadvantages of the prior Technique to remedy or alleviate an apparatus and a procedure should be provided. In particular, it is an object of the invention a simple and inexpensive Specify device with which monitors the injectors can be and timing coordination of tax measures is improved.

Dieses Problem wird gelöst durch eine Vorrichtung zur Ermittelung eines Betriebsverhaltens eines Einspritzventils einer Einspritzanlage einer Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass an einer Komponente der Einspritzanlage ein Piezofoliensensor zur Ermittlung des Betriebsverhaltens des Einspritzventils angeordnet ist.This Problem is solved by a device for determining a performance an injection valve of an injection system of an internal combustion engine, characterized in that on a component of the injection system a piezo film sensor for determining the operating behavior of the Injector is arranged.

Weiterhin wird dieses Problem gelöst durch ein Verfahren zur Ermittelung eines Betriebsverhaltens eines Einspritzventils einer Einspritzanlage einer Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass unter Verwendung eines an einer Komponente der Einspritzanlage angeordneten Piezofoliensensors das Betriebsverhalten des Einspritzventils ermittelt wird.Farther this problem is solved by a method for determining a performance of a Injector of an injection system of an internal combustion engine, characterized in that using one of a component of Injection system arranged piezo film sensor the performance of the injection valve is determined.

Die Erfindung ist ebenso für Diesel- oder Benzin-„Common Rail"-Systeme geeignet. Weiterhin ist die Erfindung ebenso für piezoangetriebene Einspritzventile oder magnetangetriebene Einspritzventile geeignet, da beide Ventilarten während ihres Betriebs charakteristische Schwingungen aufweisen, die durch den Piezofoliensensor erfasst werden können. Es ist möglich, die Erfindung dazu zu verwenden, eine Einspritzmenge eines Einspritzventils zu berechnen, beispielsweise durch Kenntnis des in der Hochdruckleitung herrschenden Drucks und der Ventilöffnungszeit. Weiterhin ist es möglich, defekte Einspritzventile zu detektieren. Piezofoliensensoren bieten den Vorteil, dass auch bei einer Beschädigung dieser Sensoren noch Signale geliefert werden, wobei sich ein robustes Messverfahren entwickeln lässt.The Invention is also for Diesel or gasoline "Common Rail "systems suitable. Furthermore, the invention is also for piezo-driven injectors or solenoid driven injectors suitable as both types of valves while their operation characteristic oscillations, by the piezo film sensor can be detected. It is possible the Invention to use, an injection amount of an injection valve to calculate, for example, by knowing the in the high pressure line prevailing pressure and the valve opening time. Furthermore is it is possible to detect defective injectors. Piezo film sensors offer the advantage that even with damage to these sensors yet Signals are delivered, resulting in a robust measurement process develop.

Zusätzlich umfasst die Erfindung vorzugsweise eine Steuereinheit, welche auf Grund des mit dem Piezofoliensensor ermittelten Betriebsverhaltens das Einspritzventil oder eine andere Komponente der Einspritzanlage ansteuert. Der Piezofoliensensor ist vorzugsweise dazu geeignet und derart an der Komponente der Einspritzanlage angeordnet, dass Schwingungen von Vorgängen innerhalb des Einspritzventils erfasst werden können. Aus diesen Signalen werden vorzugsweise Informationen über das Betriebsverhalten des Einspritzventils ermittelt. Dabei umfasst das Betriebsverhalten Vorgänge des Einspritzventils wie beispielsweise Öffnen, Schließen des Einspritzventils oder das Einspritzen selber. Das Einspritzventil ist im Rahmen der Erfindung vorzugsweise ein Piezo-Injektor oder ein Magnetventilinjektor. Der Piezofoliensensor wird bei einem Piezo-Injektor auf dem Einspritzventilkörper angeordnet, beispielsweise angeklebt. Bei einem Magnetventilinjektor, d. h. einem Einspritzventil mit Magnetantrieb, wird der Piezofoliensensor vorzugsweise am Einspritzventilkörper unterhalb des Steuerraums angeordnet, so dass Messsignale erfasst werden, die nicht durch die Vorgänge im Steuerraum beeinflusst werden. Es ist möglich den Piezofoliensensor auf Höhe des Schaltventils anzuordnen. Weiterhin ist es möglich einen Foliensensor an dem Kopf eines Einspritzventils anzuordnen. Ein Vorteil von Piezofoliensensoren ist, dass sie zur Signalgenerierung keine Speisespannung benötigen. Dies bietet den Vorteil einer vereinfachten Verkabelung der Sensoren.In addition, the invention preferably comprises a control unit, which actuates the injection valve or another component of the injection system on the basis of the operating behavior determined with the piezo film sensor. The piezo film sensor is preferably suitable for this purpose and arranged on the component of the injection system such that vibrations of processes within the injection valve can be detected. Information about the operating behavior of the injection valve is preferably determined from these signals. In this case, the operating behavior includes operations of the injection valve, such as opening, closing of the injection valve or the injection itself. The In the context of the invention, the injection valve is preferably a piezo injector or a solenoid valve injector. The piezo film sensor is arranged at a piezo injector on the injection valve body, for example, glued. In a solenoid valve injector, ie an injection valve with a magnetic drive, the piezo film sensor is preferably arranged on the injection valve body below the control chamber, so that measurement signals are detected that are not affected by the processes in the control room. It is possible to arrange the piezo film sensor at the level of the switching valve. Furthermore, it is possible to arrange a film sensor on the head of an injection valve. An advantage of piezo film sensors is that they do not require supply voltage for signal generation. This offers the advantage of simplified wiring of the sensors.

Die Komponente ist vorzugsweise das Einspritzventil oder eine mit dem Einspritzventil verbundene Hochdruckleitung. So kann ein Piezofoliensensor, der an dem Einspritzventil angeordnet ist, Schwingungen des Einspritzventils erfassen, welche das Betriebsverhalten des Einspritzventils wiedergeben. Da bei Einspritzanlagen häufig die Kraftstoffzufuhr zum Einspritzventil über eine schwingungsübertragende Zuleitung oder Hochdruckleitung folgt, kann der Piezofoliensensor auch an der Hochdruckleitung angeordnet werden, da auch dort die durch den Betrieb des Einspritzventils erzeugten Schwingungen erfasst werden können. Der Vorteil ist, dass dies eine flexible Anbringung des Piezofoliensensors ermöglicht.The Component is preferably the injection valve or one with the Injector connected high pressure line. So a piezo film sensor, which is arranged on the injection valve, vibrations of the injection valve capture, which reflect the performance of the injector. Because often in injection systems the fuel supply to the injection valve via a vibration transmitting Supply line or high pressure line follows, the piezo film sensor also be arranged on the high-pressure line, since there, too detected by the operation of the injector generated vibrations can be. The advantage is that this is a flexible attachment of the piezo film sensor allows.

Vorteilhafterweise umfasst der Piezofoliensensor eine Piezo-elektrische Kunststofffolie. Als Piezofoliensensor können bekannte Piezofolien basierend auf einer beidseitig metallisierten, elastischen Piezo-elektrischen Kunststoff-Folie (PVDF-Polyfinyliden Fluorid) eingesetzt werden. Wie bei Piezokeramiken verursacht die Verformung der Folie durch äußere Krafteinwirkung eine Änderung der Ladungsdichte des Piezomaterials, so dass eine Spannung zwischen zwei an dem Piezomaterial angeordneten Elektroden erzeugt wird. Eine einzelne Folie bzw. ein einzelner Piezofoliensensor besteht vorteilhafterweise aus mehreren Ebenen mit jeweils unterschiedlichen Funktionen. Dabei befindet sich die eigentliche Sensorfolie mit dem piezoaktiven Material in der Mitte und wird auf beiden Seiten metallisch beschichtet. Zum Schutz vor äußeren Einwirkungen kann dieser Verbund mit einer Kunststofffolie überzogen werden. Die Folien können bei Bedarf an die jeweilige Größe des zu vermessenden Bauteils, d. h. des Einspritzventils, durch einfaches Zuschneiden angepasst werden. Die Piezofoliensensoren bieten den Vorteil, dass sie an verschiedene dreidimensional gekrümmte Oberflächen angepasst werden können und dort befestigt werden können, beispielsweise einer Hochdruckleitung oder einem Einspritzventil.advantageously, the piezo film sensor comprises a piezoelectric plastic film. As a piezo film sensor can known piezo foils based on a metallised on both sides, elastic piezo-electric plastic film (PVDF Polyfinyliden Fluoride) can be used. As with piezoceramics causes the Deformation of the film by external force a change the charge density of the piezo material, leaving a voltage between two electrodes arranged on the piezoelectric material are generated. There is a single foil or a single piezo foil sensor advantageously of several levels, each with different Functions. This is the actual sensor film with the piezoactive material in the middle and is on both sides metallically coated. For protection against external influences, this composite covered with a plastic film become. The slides can if necessary to the respective size of the measuring component, d. H. of the injector, by simple To be customized. The piezo film sensors offer the Advantage that it is adapted to different three-dimensional curved surfaces can be and can be fixed there, for example, a high-pressure line or an injection valve.

Vorzugsweise gibt der Piezofoliensensor ein Signal aus, das Schwingungen der Komponente wiedergibt. Dies geschieht durch die bei den Schwingungen auftretenden Verformungen des Piezofoliensensors und die dadurch erzeugten Spannungen. Auf diese Weise wird ein qualitativ hochwertiges Signal erhalten, welches die Schwingungen der Komponente gut wiedergibt und geeignet ist, das Betriebsverhalten des Einspritzventils zu erfassen.Preferably the piezo film sensor emits a signal that detects the vibrations of the Component plays. This is done by the vibrations occurring deformations of the piezo film sensor and thereby generated voltages. This will be a high quality Received signal that reflects the vibrations of the component well and is adapted to the performance of the injector to capture.

Vorteilhafterweise ist der Piezofoliensensor mit einer Auswerteeinheit verbunden, die an der Komponente angeordnet ist. Da der Piezofoliensensor zur Signalgenerierung keine Speisespannung benötigt und die Signale demnach direkt auch ohne Ladungsverstärker abgegriffen werden können, bedarf es zum Abgreifen des Signals lediglich einer Masse- und einer Signalleitung. Dies bietet den Vorteil, dass der Piezofoliensensor in Verbindung mit einem Chip an Injector (COI), d. i. eine mögliche Auswerteeinheit, eingesetzt werden können. Dadurch kann eine Interpretation der durch den Piezofoliensensor aufgenommenen Signale direkt im COI erfolgen, so dass eine Steuereinheit der Einspritzanlage bereits ein aufbereitetes Messergebnis zur Verfügung gestellt bekommt. Dies bietet den Vorteil, dass die Steuereinheit für die Einspritzanlage für die Auswertung der Signale des Piezofoliensensors kaum oder gar keine Rechenleistung zur Verfügung stellen muss.advantageously, the piezo film sensor is connected to an evaluation unit which is arranged on the component. Since the piezo film sensor for signal generation no supply voltage required and therefore the signals directly tapped even without charge amplifier can be it only takes one mass and one to pick up the signal Signal line. This offers the advantage that the piezo film sensor in conjunction with a chip to injector (COI), d. i. a possible evaluation, used can be. This allows an interpretation of the through the piezo film sensor recorded signals take place directly in the COI, so that a control unit the injection system already provided a processed measurement result gets. This offers the advantage that the control unit for the injection system for the Evaluation of the signals of the piezo film sensor hardly or not at all Computing power available must make.

Vorzugsweise wird als Betriebsverhalten des Ventils ein Schließzeitpunkt des Einspritzventils oder ein Öffnungszeitpunkt des Ventils ermittelt. Dabei ist es insbesondere vorteilhaft, das Anschlagen einer Ventilnadel in einem Ventilsitz zu ermitteln. Auf diese Weise kann erfasst werden, ob ein vorhergesagter Zeitpunkt für den Anschlag der Ventilnadel einem tatsächlichen Zeitpunkt für den Anschlag entspricht.Preferably is a closing time as the operating behavior of the valve of the injection valve or an opening time of the valve determined. It is particularly advantageous that Determining striking a valve needle in a valve seat. On this way can be detected, whether a predicted time for the Stop the valve needle an actual time for the stop equivalent.

Vorteilhafterweise wird eine Ansteuerung des Einspritzventils in Abhängigkeit von dem ermittelten Betriebsverhalten vorgenommen. So kann beispielsweise bei einer Abweichung eines Schließzeitpunktes oder eines Öffnungszeitpunktes von einem jeweiligen gewünschten oder vorhergesagten Zeitpunkt ein Ansteuerparameter einer Ansteuervorrichtung der Einspritzanlage entsprechend angepasst werden, so dass bei zukünftigen Einspritzvorgängen der Schließzeitpunkt oder der Öffnungszeitpunkt des Einspritzventils dem jeweils gewünschten Zeitpunkt entspricht. Dies ist wiederum besonders vorteilhaft im Zusammenhang mit der Ermittlung des Anschlagens der Ventilnadel in einem Ventilsitz. Dabei können beispielsweise Maßnahmen zur Abbremsung der Ventilnadel vor dem Aufschlag in dem Ventilsitz so abgestimmt werden, dass eine möglichst geringe Geräuschentwicklung beim Anschlagen der Ventilnadel im Ventilsitz auftritt.advantageously, is a control of the injector in dependence made of the determined performance. So, for example at a deviation of a closing time or an opening time from a respective desired or predicted time a drive parameter of a drive device The injection system will be adjusted accordingly, so that at future Injections of the Closing time or the opening time the injection valve corresponds to the particular desired time. This in turn is particularly advantageous in connection with the Determining the impact of the valve needle in a valve seat. It can for example, measures for braking the valve needle before the impact in the valve seat so be tuned that as possible low noise occurs when striking the valve needle in the valve seat.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:following is an embodiment of Present invention explained in more detail with reference to the accompanying drawings. there demonstrate:

1 eine Skizze eines erfindungsgemäßen Kraftstoffversorgungssystems, mit dem ein erfindungsgemäßes Verfahren ausgeführt werden kann; 1 a sketch of a fuel supply system according to the invention, with which a method according to the invention can be carried out;

2 eine schematische Ansicht einer Piezofolie, die in dem Piezofoliensensor der 1 eingesetzt wird; 2 a schematic view of a piezo film, which in the piezo film sensor of 1 is used;

3 eine Prinzipskizze eines Koordinatensystems der Piezofolie der 2; 3 a schematic diagram of a coordinate system of the piezo film of 2 ;

4 ein Einspritzventil mit erfindungsgemäß angeordnetem Piezofoliensensor, das zum Einsatz in dem erfindungsgemäßen Kraftstoffversorgungssystem der 1 vorgesehen ist; und 4 an injection valve with a piezo film sensor arranged according to the invention and intended for use in the fuel supply system according to the invention 1 is provided; and

5 ein Diagramm des Verlaufs des von dem Piezofoliensensor der 4 abgegebenen Signals über die Zeit. 5 a diagram of the course of the piezofilm of the sensor 4 emitted signal over time.

Ausführungsformen der Erfindungembodiments the invention

In der 1 ist ein Kraftstoffversorgungssystem 10 als Beispiel für eine Vorrichtung gezeigt, mit der die Erfindung ausgeführt werden kann. Im vorlegenden Fall ist die Brennkraftmaschine ein Dieselmotor mit „Common Rail". Von einem Kraftstoffvorratsbehälter 11 gelangt über eine Vorförderpumpe 12 und eine Leitung 13 Kraftstoff zu einer Hochdruckpumpe 14. An der Hochdruckpumpe 14 ist ein Mengensteuerventil 15 angeordnet und dient dazu, die Menge des durch die Hochdruckpumpe 14 geförderten Kraftstoffs zu steuern. Über eine Versorgungsleitung 16 gelangt der durch die Hochdruckpumpe 14 geförderte Kraftstoff in einen Hochdruckspeicher 17 („Common Rail"), von wo aus der Kraftstoff über Einspritzventile 18 in Brennräume einer Brennkraftmaschine 19 eingespritzt wird.In the 1 is a fuel supply system 10 shown as an example of a device with which the invention can be carried out. In the present case, the internal combustion engine is a common rail diesel engine, from a fuel tank 11 passes through a pre-feed pump 12 and a line 13 Fuel to a high pressure pump 14 , At the high pressure pump 14 is a quantity control valve 15 arranged and serves the amount of through the high-pressure pump 14 subsidized fuel. Via a supply line 16 passes through the high pressure pump 14 pumped fuel into a high-pressure accumulator 17 ("Common Rail"), from where the fuel via injectors 18 in combustion chambers of an internal combustion engine 19 is injected.

An dem Hochdruckspeicher 17 ist ein aus dem Stand der Technik bekannter Drucksensor 20 angeordnet, welcher ein Signal erzeugt, das repräsentativ für den Druck ist, der in der Brennkraftmaschine 19 herrscht. Außerdem befindet sich an der Brennkraftmaschine 19 ein Drehzahlgeber 21, welcher die Drehzahl und die Lage einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine 19 erfasst und einer Steuereinheit 23 mitteilt. Ein Temperatursensor 22 misst eine Öltemperatur der Brennkraftmaschine 19. Die Steuereinheit 23 steuert die Brennkraftmaschine 19 und die Hochdruckkomponenten der Brennkraftmaschine 19. Die Steuereinheit 23 wird betrieben, indem ein Programm abgearbeitet wird, das auf einem Speichermedium 24 gespeichert ist.At the high-pressure accumulator 17 is a known from the prior art pressure sensor 20 arranged, which generates a signal representative of the pressure in the internal combustion engine 19 prevails. It is also located on the internal combustion engine 19 a speed sensor 21 , which determines the rotational speed and the position of a crankshaft of the internal combustion engine 19 recorded and a control unit 23 telling. A temperature sensor 22 measures an oil temperature of the internal combustion engine 19 , The control unit 23 controls the internal combustion engine 19 and the high pressure components of the internal combustion engine 19 , The control unit 23 is operated by running a program stored on a storage medium 24 is stored.

Weiterhin umfasst das Kraftstoffversorgungssystem 10 Hochdruckleitungen 25, welche den Hochdruckspeicher 17 mit den Einspritzventilen 18 verbinden. An den Einspritzventilen sind Piezofoliensensoren 26 angeordnet, welche dazu dienen, Schwingungen der Einspritzventile 18 zu erfassen. Ebenso ist es jedoch im Rahmen der Erfindung möglich, die Piezofoliensensoren 26 an den Hochdruckleitungen 25 anzuordnen. Die Einspritzventile 18 sind so genannte Peizoinjektoren und werden im Zusammenhang mit der Figurenbeschreibung der 4 näher beschrieben.Furthermore, the fuel supply system comprises 10 High pressure lines 25 which the high-pressure accumulator 17 with the injectors 18 connect. At the injection valves are piezo film sensors 26 arranged, which serve to vibrations of the injectors 18 capture. However, it is also possible within the scope of the invention, the piezo film sensors 26 on the high pressure lines 25 to arrange. The injectors 18 are so-called Peizoinjektoren and are in connection with the description of the figure 4 described in more detail.

Die Steuereinheit 23 wertet das von dem Drucksensor 20 erzeugte Signal, das durch den Drehzahlgeber 21 erzeugte Signal und die mit den Peizofoliensensoren 26 erzeugte Signale aus. Daneben werden weitere Signale von anderen Sensoren, die hier nicht dargestellt sind, ausgewertet. Die Steuereinheit 23 steuert u. a. die Einspritzventile in Abhängigkeit der oben genannten Signale an.The control unit 23 evaluates that from the pressure sensor 20 signal generated by the speed sensor 21 generated signal and those with the peizofolensensoren 26 generated signals. In addition, further signals from other sensors, which are not shown here, evaluated. The control unit 23 controls among other things the injection valves in dependence of the above mentioned signals.

In der 2 ist schematisch der Aufbau einer Piezofolie einer der Piezofoliensensoren 26 der 1 gezeigt. In der Mitte der Piezofolie ist eine Piezo-Kunststoffschicht 30 angeordnet, die beidseitig von einer metallisierten Kunststofffolie 31 umgeben wird. Die metallisierte Kunststofffolie umfasst PVDF (Polyvinyliden Fluorid) und ist weiterhin durch eine Schutzschicht 32 jeweils geschützt. Eine Verformung der dargestellten Folie verursacht eine Verformung der Piezoschicht 30 in der Mitte und führt zu einer Spannung in der metallisierten Kunststofffolie bzw. an den mit der metallisierten Kunststofffolie verbundenen Elektroden.In the 2 schematically is the structure of a piezo film one of the piezo film sensors 26 of the 1 shown. In the middle of the piezo film is a piezo plastic layer 30 arranged on both sides of a metallized plastic film 31 is surrounded. The metallized plastic film comprises PVDF (polyvinylidene fluoride) and is further protected by a protective layer 32 each protected. Deformation of the illustrated film causes deformation of the piezoelectric layer 30 in the middle and leads to a tension in the metallized plastic film or on the electrodes connected to the metallized plastic film.

Die in der 2 gezeigte Piezofolie ist anisotrop, d. h. die elektrischen Eigenschaften bzw. die elektro-mechanischen Eigenschaften variieren je nach Richtung einer auf die Piezofolie aufgebrachten Verformung. Dabei wird im Betrieb der Piezoschicht 30 das in der 3 gezeigte Koordinatensystem auferlegt, um die jeweiligen Verformungen verschiedenen Spannungen an den Elektroden zuordnen zu können. Auf diese Weise lassen sich gegebenenfalls auch unterschiedliche Schwingungen eines Einspritzventils erfassen.The in the 2 Piezo film shown is anisotropic, ie the electrical properties or the electro-mechanical properties vary depending on the direction of a deformation applied to the piezoelectric film. During operation of the piezoelectric layer 30 that in the 3 imposed coordinate system imposed in order to assign the respective deformations different voltages at the electrodes can. In this way, if necessary, different vibrations of an injection valve can be detected.

In der 4 ist eines der Einspritzventile 18 der 1 genauer gezeigt. An dem Einspritzventil 18 ist der Piezofoliensensor 26 angeordnet. Der Piezofoliensensor 26 ist mit einer Auswerteeinheit 40 verbunden. Die Auswerteeinheit 40 wertet Signale aus, welche der Piezofoliensensor 26 erzeugt. Die Auswerteeinheit 40 kann auch als Chip an Injector (COI) ausgeführt sein. Eine weitere Möglichkeit ist, die Auswerteeinheit 40 in der Steuereinheit zu integrieren. Weiterhin ist in der 4 ein Teil der Hochdruckleitung 25 zur Kraftstoffversorgung des Einspritzventils 18 gezeigt. Weiterhin verfügt das Einspritzventil 18 über einen elektrischen Injektoranschluss 41, über welchen Steuer- und Energieversorgungsleitungen für das Einspritzventil 18 angeschlossen werden können. Ebenso werden über den elektrischen Injektoranschluss 41 Signale der Auswertereinheit 40 an die Steuereinheit 23 übertragen. in einem Diagramm 42 der 4 ist schematisch das Signal dargestellt, das der Piezofoliensensor 26 an die Auswerteeinheit 40 übergibt.In the 4 is one of the injectors 18 of the 1 shown in more detail. At the injection valve 18 is the piezo film sensor 26 arranged. The piezo film sensor 26 is with an evaluation unit 40 connected. The evaluation unit 40 evaluates signals that the piezo film sensor 26 generated. The evaluation unit 40 can also be designed as a chip to injector (COI). Another possibility is the evaluation unit 40 to integrate in the control unit. Furthermore, in the 4 a part of the high pressure line 25 for fuel supply of the injection valve 18 shown. Furthermore, the injector has 18 via an electrical injector connection 41 , via which control and power supply lines for the injection valve 18 can be connected. Similarly, via the electrical injector port 41 Signals of the evaluation unit 40 to the control unit 23 transfer. in a diagram 42 of the 4 is schematically shown the signal that the piezo film sensor 26 to the evaluation unit 40 passes.

Das Gehäuse des Piezoinjektors kann komplett vergossen sein, so dass Anschluss-seitig lediglich ein Steckkontakt für die Steuer- und Energieversorgungsleistungen und ein Anschluss für die Hochdruckleitung 18 vorgesehen sind. Das Einspritzventil 18 ist ein Piezo-Injektor, welcher für Drücke von etwa 200 MPa des Kraftstoffes in der Hochdruckleitung 25 ausgelegt ist. Der Kraftstoff wird von dem Einspritzventil 18 über eine Düse 43 in einen Brennraum der Brennkraftmaschine 19 eingespritzt.The housing of the piezo injector can be completely potted, so that the connection side only a plug contact for the control and power supply and a connection for the high pressure line 18 are provided. The injection valve 18 is a piezo injector, which is designed for pressures of about 200 MPa of the fuel in the high pressure line 25 is designed. The fuel is from the injector 18 over a nozzle 43 in a combustion chamber of the internal combustion engine 19 injected.

In der 5 ist der Signalverlauf 42 des durch den Piezofoliensensor 26 abgegebenen Signals genauer dargestellt, wobei das in der 5 dargestellte Signal durch die Auswerteeinheit 40 beispielsweise mittels Fourier-Transformation ausgewertet werden kann. Dabei können mit der Fourier-Transformation Schwingungen bestimmter Frequenzen ermittelt werden, die charakteristisch für bestimmte Betriebszustände des Einspritzventils 18 sind. Es sind auch andere aus dem Stand der Technik bekannte Auswerteverfahren für das Signal des Piezofoliensensors möglich. Weiterhin ist zu berücksichtigen, dass in einer Motorsteuerung Informationen darüber vorliegen, wann etwa ein Öffnen oder ein Schließen bzw. der Anschlag einer Ventilnadel in einem Ventilsitz zu erwarten ist, so dass das von dem Piezofoliensensor 26 abgegebenen Signal gezielt in den entsprechenden zeitlichen Bereichen untersucht werden kann. Diese Informationen können der Auswerteinheit 40 auch durch die Steuereinheit 23 zur Verfügung gestellt werden.In the 5 is the waveform 42 by the piezo film sensor 26 emitted signal shown in more detail, the in the 5 represented signal through the evaluation unit 40 can be evaluated for example by means of Fourier transform. It can be determined with the Fourier transform vibrations of certain frequencies that are characteristic of certain operating conditions of the injector 18 are. Other evaluation methods for the signal of the piezo film sensor known from the prior art are also possible. Furthermore, it should be taken into account that information is available in an engine controller as to when, for example, an opening or closing or the stop of a valve needle in a valve seat is to be expected, so that that of the piezo film sensor 26 emitted signal can be specifically examined in the corresponding temporal areas. This information can be used by the evaluation unit 40 also through the control unit 23 to provide.

Claims (10)

Vorrichtung zur Ermittelung eines Betriebsverhaltens eines Einspritzventils (18) einer Einspritzanlage einer Brennkraftmaschine (19), dadurch gekennzeichnet, dass an einer Komponente (18, 25) der Einspritzanlage ein Piezofoliensensor (26) zur Ermittlung des Betriebsverhaltens des Einspritzventils (18) angeordnet ist.Device for determining an operating behavior of an injection valve ( 18 ) an injection system of an internal combustion engine ( 19 ), characterized in that on a component ( 18 . 25 ) of the injection system a piezo film sensor ( 26 ) for determining the operating behavior of the injection valve ( 18 ) is arranged. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Piezofoliensensor (26) eine piezo-elektrische Kunststofffolie umfasst.Apparatus according to claim 1, characterized in that the piezo film sensor ( 26 ) comprises a piezoelectric plastic film. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Piezofoliensensor (26) mit einer Auswerteeinheit (40) verbunden ist, die an der Komponente (18, 25) angeordnet ist.Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the piezo film sensor ( 26 ) with an evaluation unit ( 40 ) connected to the component ( 18 . 25 ) is arranged. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente das Einspritzventil (18) ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the component of the injection valve ( 18 ). Verfahren zur Ermittelung eines Betriebsverhaltens eines Einspritzventils (18) einer Einspritzanlage einer Brennkraftmaschine (19), dadurch gekennzeichnet, dass unter Verwendung eines an einer Komponente (18, 25) der Einspritzanlage angeordneten Piezofoliensensors (26) das Betriebsverhalten des Einspritzventils (18) ermittelt wird.Method for determining an operating behavior of an injection valve ( 18 ) an injection system of an internal combustion engine ( 19 ), characterized in that by using one of a component ( 18 . 25 ) of the injection system arranged piezo film sensor ( 26 ) the operating behavior of the injection valve ( 18 ) is determined. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Peizofoliensensor (26) ein Signal ausgibt, das Schwingungen der Komponente (18, 25) wiedergibt.Method according to claim 5, characterized in that the peizofolens sensor ( 26 ) outputs a signal indicating the vibrations of the component ( 18 . 25 ). Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Peizofoliensensor (26) mit einer Auswerteeinheit (40) verbunden ist, die an der Komponente (18, 25) angeordnet ist.Method according to claim 5 or 6, characterized in that the peizofolial sensor ( 26 ) with an evaluation unit ( 40 ) connected to the component ( 18 . 25 ) is arranged. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Betriebsverhalten des Einspritzventils (18) ein Schließzeitpunkt des Einspritzventils (18) und/oder ein Öffnungszeitpunkt des Einspritzventils (18) ermittelt werden.Method according to one of claims 5 to 7, characterized in that as the operating behavior of the injection valve ( 18 ) a closing time of the injection valve ( 18 ) and / or an opening time of the injection valve ( 18 ) be determined. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ansteuerung des Einspritzventils (18) in Abhängigkeit von dem ermittelten Betriebsverhalten des Einspritzventils (18) erfolgt.Method according to one of claims 5 to 8, characterized in that a control of the injection valve ( 18 ) as a function of the determined operating behavior of the injection valve ( 18 ) he follows. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente das Einspritzventil (18) oder eine mit dem Einspritzventil (18) verbundene Hochdruckleitung (25) ist.Method according to one of claims 5 to 9, characterized in that the component of the injection valve ( 18 ) or one with the injection valve ( 18 ) connected high-pressure line ( 25 ).
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