DE102012204286B4 - Method for operating a fuel injection system and fuel injection system with an injector with controlled pressure reduction - Google Patents

Method for operating a fuel injection system and fuel injection system with an injector with controlled pressure reduction Download PDF

Info

Publication number
DE102012204286B4
DE102012204286B4 DE102012204286.5A DE102012204286A DE102012204286B4 DE 102012204286 B4 DE102012204286 B4 DE 102012204286B4 DE 102012204286 A DE102012204286 A DE 102012204286A DE 102012204286 B4 DE102012204286 B4 DE 102012204286B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
piezo
actuating element
actuator
piezo actuator
pressure
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
DE102012204286.5A
Other languages
German (de)
Other versions
DE102012204286A1 (en
Inventor
Hong Zhang
Detlev Schöppe
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Vitesco Technologies GmbH
Original Assignee
Vitesco Technologies GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Vitesco Technologies GmbH filed Critical Vitesco Technologies GmbH
Priority to DE102012204286.5A priority Critical patent/DE102012204286B4/en
Publication of DE102012204286A1 publication Critical patent/DE102012204286A1/en
Application granted granted Critical
Publication of DE102012204286B4 publication Critical patent/DE102012204286B4/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/20Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils
    • F02D41/2096Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils for controlling piezoelectric injectors
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/30Controlling fuel injection
    • F02D41/38Controlling fuel injection of the high pressure type
    • F02D41/3809Common rail control systems
    • F02D41/3836Controlling the fuel pressure
    • F02D41/3863Controlling the fuel pressure by controlling the flow out of the common rail, e.g. using pressure relief valves
    • F02D41/3872Controlling the fuel pressure by controlling the flow out of the common rail, e.g. using pressure relief valves characterised by leakage flow in injectors
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M51/00Fuel-injection apparatus characterised by being operated electrically
    • F02M51/06Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M51/00Fuel-injection apparatus characterised by being operated electrically
    • F02M51/06Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle
    • F02M51/0603Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using piezoelectric or magnetostrictive operating means
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2200/00Input parameters for engine control
    • F02D2200/02Input parameters for engine control the parameters being related to the engine
    • F02D2200/06Fuel or fuel supply system parameters
    • F02D2200/0602Fuel pressure
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M2200/00Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/24Fuel-injection apparatus with sensors
    • F02M2200/247Pressure sensors
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M63/00Other fuel-injection apparatus having pertinent characteristics not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00; Details, component parts, or accessories of fuel-injection apparatus, not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M39/00 - F02M61/00 or F02M67/00; Combination of fuel pump with other devices, e.g. lubricating oil pump
    • F02M63/0012Valves
    • F02M63/0031Valves characterized by the type of valves, e.g. special valve member details, valve seat details, valve housing details
    • F02M63/005Pressure relief valves

Abstract

Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffeinspritzsystems einer Brennkraftmaschine, das einen Druckspeicher (Rail), mindestens ein Einspritzventil mit Piezo-Direktantrieb, bei dem ein Piezo-Aktuator über ein Betätigungselement in direkter Antriebsverbindung mit einem Verschlusselement des Einspritzventils steht und sich das Betätigungselement beweglich durch eine Führungsöffnung einer einen das Verschlusselement aufnehmenden Raum abschließenden Wand erstreckt und eine Steuer- und Regeleinheit aufweist, dadurch gekennzeichnet, dassein Piezo-Aktuator verwendet wird, der zusätzlich zum aktiven, für die Betätigung des Verschlusselementes verwendeten Piezobereich einen passiven Piezobereich als Kraftsensor aufweist,mithilfe dieses Kraftsensors die auf den passiven Piezobereich einwirkende Kraft ermittelt wirdund bei einem erforderlichen Druckabbau des Systems der aktive Piezobereich so angesteuert wird, dass ein Druckabbau durch Schaltleckage des Betätigungselementes erfolgt, ohne dass dabei eine dem Öffnen des Verschlusselementes entsprechende Kraftschwelle erreicht wird.Method for operating a fuel injection system of an internal combustion engine, which has a pressure accumulator (rail), at least one injection valve with a piezo direct drive, in which a piezo actuator is in direct drive connection with a closing element of the injection valve via an actuating element and the actuating element can be moved through a guide opening of a a wall enclosing the space accommodating the closure element and has a control and regulation unit, characterized in that a piezo actuator is used which, in addition to the active piezo area used for actuating the closure element, has a passive piezo area as a force sensor, using this force sensor to the force acting on the passive piezo area is determined, and when a pressure reduction in the system is required, the active piezo area is controlled in such a way that a pressure reduction occurs through switching leakage of the actuating element, without this a force threshold corresponding to the opening of the closure element is reached.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffeinspritzsystems einer Brennkraftmaschine, das einen Druckspeicher (Rail), mindestens ein Einspritzventil mit Piezo-Direktantrieb, bei dem ein Piezo-Aktuator über ein Betätigungselement in direkter Antriebsverbindung mit einem Verschlusselement des Einspritzventils steht und sich das Betätigungselement beweglich durch eine Führungsöffnung einer einen das Verschlusselement aufnehmenden Raum abschließenden Wand erstreckt, und eine Steuer- und Regeleinheit aufweist.The present invention relates to a method for operating a fuel injection system of an internal combustion engine, which has a pressure accumulator (rail), at least one injection valve with a piezo direct drive, in which a piezo actuator is in direct drive connection with a closing element of the injection valve via an actuating element and the actuating element movably extends through a guide opening of a wall closing off a space accommodating the closure element, and has a control and regulation unit.

Kraftstoffeinspritzsysteme, mit denen die Einspritzung von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine vorgenommen wird, sind seit langem bekannt. Derartige Einspritzsysteme umfassen mindestens ein Einspritzventil (Injektor) und mindestens eine mit dem Einspritzventil verbundene Steuer- und Regeleinheit zur Steuerung des Einspritzvorganges. Das Einspritzventil besitzt dabei einen Raum, aus welchem heraus Kraftstoff durch eine Einspritzöffnung in den Brennraum injizierbar ist. Das Öffnen und Schließen der Einspritzöffnung wird mittels eines Verschlusselementes (Düsennadel) vorgenommen, das von einem Aktuator betätigt (bewegt) werden kann. Der Raum wird über einen Hochdruckspeicher und eine Kraftstoffleitung mit Kraftstoff versorgt.Fuel injection systems, with which fuel is injected into a combustion chamber of an internal combustion engine, have been known for a long time. Such injection systems include at least one injection valve (injector) and at least one control and regulating unit connected to the injection valve for controlling the injection process. The injection valve has a space from which fuel can be injected through an injection opening into the combustion chamber. The injection opening is opened and closed by means of a closing element (nozzle needle) that can be actuated (moved) by an actuator. The space is supplied with fuel via a high-pressure accumulator and a fuel line.

Bei dem Aktuator handelt es sich um ein Element zum Bewegen des Verschlusselementes. Damit wird ein Einspritzvorgang mithilfe des Aktuators gesteuert. Der Aktuator steht hierbei in direkter Antriebsverbindung mit dem Verschlusselement, was bedeutet, dass der Aktuator und das Verschlusselement über ein zwischengeschaltetes Betätigungselement in mechanischem Kontakt miteinander stehen. Normalerweise sind hierbei mehrere Betätigungselemente vorgesehen, die beispielsweise in der Form eines Pins, einer Glocke und von Hebeln ausgebildet sind. Wesentlich ist hierbei, dass keine hydraulische oder pneumatische Kopplung zwischen dem Aktuator und dem Verschlusselement vorliegt.The actuator is an element for moving the closure element. This controls an injection process using the actuator. In this case, the actuator is in direct driving connection with the closure element, which means that the actuator and the closure element are in mechanical contact with one another via an interposed actuating element. Normally, several actuating elements are provided here, which are designed, for example, in the form of a pin, a bell and levers. It is essential here that there is no hydraulic or pneumatic coupling between the actuator and the closure element.

Bei dem Aktuator handelt es sich um einen Piezo-Aktuator, der aufgrund des piezoelektrischen Effektes bei Beaufschlagung mit elektrischer Energie sich ausdehnt (seine Länge vergrößert) und auf diese Weise das Verschlusselement über das Betätigungselement direkt bewegt.The actuator is a piezo actuator which, due to the piezoelectric effect, expands (increases its length) when subjected to electrical energy and in this way moves the closure element directly via the actuating element.

Aus der Patentschrift DE 10 2010 021 169 B4 ist beispielsweise ein solches Einspritzventil mit Piezo-Direktantrieb bekannt. Dabei lässt der Piezo-Aktuator anhand seines Kapazitätssignals Rückschlüsse auf Krafteinträge zu und wird als Sensorelement mitbenutzt. So verändert sich beispielsweise die Piezokapazität während des Öffnungsvorgangs der Düse abhängig von der auf die Düsennadel wirkenden Gegenkraft.From the patent DE 10 2010 021 169 B4 For example, such an injection valve with a piezo direct drive is known. The piezo actuator allows conclusions to be drawn about force inputs based on its capacitance signal and is also used as a sensor element. For example, the piezo capacitance changes during the opening process of the nozzle depending on the counteracting force acting on the nozzle needle.

Aus der Offenlegungsschrift DE 199 60 971 A1 ist weiterhin ein Piezoaktor zur Wandlung eines elektrischen Ansteuersignals in eine mechanische Hubbewegung bekannt, der einen Stapel von elektrisch miteinander gekoppelten Piezoelementen aufweist, wobei der Piezoaktor einen zweiten Stapel miteinander zusammenwirkender und unmittelbar an einer Stirnseite des Piezoaktors mechanisch in Reihe anliegender Piezoelemente aufweist, der als Sensor eingesetzt wird und ein zur Hubbewegung proportionales elektrisches Signal abgibt.From the disclosure document DE 199 60 971 A1 a piezo actuator for converting an electrical control signal into a mechanical stroke movement is also known, which has a stack of piezo elements that are electrically coupled to one another, the piezo actuator having a second stack of piezo elements that interact with one another and lie mechanically in series directly on an end face of the piezo actuator, which acts as a sensor is used and emits an electrical signal proportional to the stroke movement.

Um bei derartigen Kraftstoffeinspritzsystemen mit Piezo-Direktantrieb einen Druckabbau im Druckspeicher (Raildruckabbau) durchzuführen, finden bei den Systemen des Standes der Technik spezielle Druckregelventile (PCV/PDV) Verwendung.In order to carry out a pressure reduction in the pressure accumulator (rail pressure reduction) in such fuel injection systems with a piezo direct drive, special pressure control valves (PCV/PDV) are used in the systems of the prior art.

Anders als bei den aus den Patentschriften DE 10 2005 001 499 B4 und DE 10 2005 012 998 B3 bekannten Kraftstoffeinspritzsystemen, bei denen ein Druckabbau im Hochdruckbereich dadurch realisiert wird, dass zumindest ein konzeptbedingt mit einer Schaltleckage behaftetes Servo-Einspritzventil jeweils so kurzzeitig angesteuert wird, dass bei geschlossener Einspritzdüse ein Schaltleckagestrom erzeugt wird, ist dies beim Einsatz von herkömmlichen Direktbetriebenen Einspritzventilen nicht möglich, weshalb die genannten Druckregelventile (PCV/PDV) erforderlich sind.Unlike the patents DE 10 2005 001 499 B4 and DE 10 2005 012 998 B3 known fuel injection systems, in which a pressure reduction in the high-pressure area is realized in that at least one servo-injection valve, which by design is subject to a switching leakage, is activated for such a short time that a switching leakage flow is generated when the injection nozzle is closed, this is not possible when using conventional direct-operated injection valves, which is why the specified pressure control valves (PCV/PDV) are required.

Durch den Einsatz von derartigen zusätzlichen Ventilen steigen die Kosten des Gesamtsystems. Ferner tritt während eines Stopps im Start-Stopp-Betrieb eine Dauerleckage auf, so dass der erforderliche Druck im Druckspeicher (Raildruck) für den nächsten Start nicht eingehalten werden kann.The use of such additional valves increases the costs of the overall system. Furthermore, a permanent leakage occurs during a stop in start-stop operation, so that the pressure required in the pressure accumulator (rail pressure) for the next start cannot be maintained.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs wiedergegebenen Art zur Verfügung zu stellen, das sich besonders kostengünstig durchführen lässt.The object of the present invention is to provide a method of the type described at the outset that can be carried out particularly cost-effectively.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren der angegebenen Art dadurch gelöst,
dass ein Piezo-Aktuator verwendet wird, der zusätzlich zum aktiven, für die Betätigung des Verschlusselementes verwendeten Piezobereich einen passiven Piezobereich als Kraftsensor aufweist, mithilfe dieses Kraftsensors die auf den passiven Piezobereich einwirkende Kraft ermittelt wird und bei einem erforderlichen Druckabbau des Systems der aktive Piezobereich so angesteuert wird, dass ein Druckabbau durch Schaltleckage des Betätigungselementes erfolgt, ohne dass dabei eine dem Öffnen des Verschlusselementes entsprechende Kraftschwelle erreicht wird.
According to the invention, this object is achieved in a method of the specified type in that
that a piezo actuator is used which, in addition to the active piezo area used for actuating the closure element, has a passive piezo area as a force sensor, using this force sensor to determine the force acting on the passive piezo area and, if the pressure in the system needs to be reduced, the active piezo area so is controlled that a pressure reduction by switching leakage of the actuating element without a force threshold corresponding to the opening of the closure element being reached.

Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird das Signal eines seriell zum Piezo-Aktuator angeordneten und integrierten Kraftsensors genutzt, um mit dem Einspritzventil selbst ohne zusätzliches Druckregelventil (PCT/PDV) einen Druckabbau durchzuführen, ohne dass dabei die Leckage im normalen Betrieb gegenüber den Einspritzventilen des Standes der Technik erhöht wird. Mithilfe des erfindungsgemäß vorgesehenen Kraftsensors wird die auf den passiven Piezobereich einwirkende Kraft ermittelt. Ist ein Druckabbau des Systems erforderlich, wird der aktive Piezobereich so angesteuert, dass ein Druckabbau durch Schaltleckage des Betätigungselementes erfolgt, wobei dies so durchgeführt wird, dass die mithilfe des Kraftsensors ermittelte Kraft die entsprechende Kraftschwelle zum Öffnen des Verschlusselementes nicht erreicht.With the solution according to the invention, the signal of a force sensor arranged and integrated in series with the piezo actuator is used to carry out a pressure reduction with the injection valve itself without an additional pressure control valve (PCT/PDV), without the leakage during normal operation compared to the injection valves of the prior art technology is increased. The force acting on the passive piezo area is determined with the aid of the force sensor provided according to the invention. If a pressure reduction of the system is required, the active piezo area is controlled in such a way that the pressure is reduced by switching leakage of the actuating element, this being carried out in such a way that the force determined using the force sensor does not reach the corresponding force threshold for opening the closure element.

Insbesondere wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren mit einem Piezo-Direktantrieb gearbeitet, bei dem im geschlossenen Zustand des Verschlusselementes ohne Betätigung des Piezo-Aktuators das Betätigungselement keine Leckage durch die Führungsöffnung zulässt. Um dies zu erreichen, findet insbesondere ein Betätigungselement Verwendung, das einen in der Führungsöffnung geführten Schaft und einen die Führungsöffnung überdeckenden und damit schließenden Kopf aufweist. Dabei wird vorzugsweise ein solches Betätigungselement verwendet, so dass bereits durch einen geringen Hub des Betätigungselementes eine relativ große Leckage erreicht wird.In particular, a piezo direct drive is used in the method according to the invention, in which, in the closed state of the closure element, the actuating element does not allow any leakage through the guide opening without actuating the piezo actuator. In order to achieve this, an actuating element is used in particular, which has a shaft guided in the guide opening and a head that covers and thus closes the guide opening. In this case, such an actuating element is preferably used, so that a relatively large leakage is already achieved by a small stroke of the actuating element.

Bei den Einspritzsystemen des Standes der Technik findet als Betätigungselement ein sogenannter Pin Verwendung, bei dem es sich um ein stiftförmiges Element handelt, das in einer Führungsöffnung einer Wand beweglich geführt ist, welche einen das Verschlusselement (die Düsennadel) aufnehmenden Raum verschließt. Erfindungsgemäß wird nunmehr dieser Pin durch einen Pin mit Kopf ersetzt, welcher durch Anlage des Kopfes an die die Führungsöffnung aufweisende Wand und damit durch Überdeckung der Führungsöffnung diese vollständig verschließen kann, so dass ohne Betätigung des Piezo-Aktuators keine Leckage durch die Führungsöffnung auftritt. Das Betätigungselement (der Pin) wird daher erfindungsgemäß als Steuerelement verwendet, um die das Betätigungselement aufnehmende Führungsöffnung zur Abführung von unter hohem Druck stehendem Kraftstoff aus dem das Verschlusselement aufnehmenden Raum zu benutzen. Die entsprechende Führungsöffnung kann hierbei vollständig geschlossen und/oder bereits mit einem geringen Hub des Betätigungselementes (Pins) für eine relativ große Leckage geöffnet werden.In the injection systems of the prior art, a so-called pin is used as the actuating element, which is a pin-shaped element that is movably guided in a guide opening in a wall that closes a space accommodating the closure element (the nozzle needle). According to the invention, this pin is now replaced by a pin with a head, which can be completely closed by contacting the head against the wall having the guide opening and thus covering the guide opening, so that no leakage through the guide opening occurs without actuation of the piezo actuator. The actuating element (the pin) is therefore used according to the invention as a control element in order to use the guide opening accommodating the actuating element for discharging fuel under high pressure from the space accommodating the closure element. The corresponding guide opening can be completely closed and/or opened with a small stroke of the actuating element (pin) for a relatively large leakage.

Der erfindungsgemäß verwendete Pin mit Kopf steht mit seinem Schaftende mit dem Piezo-Aktuator in Kontakt und wird durch Dehnung bzw. Auslängung desselben bewegt. Über seinen Kopf steht der Pin über weitere Betätigungselemente, insbesondere eine Glocke und damit zusammenwirkende Hebel, mit dem Verschlusselement in mechanischem Kontakt, um dieses zu betätigen und damit eine Einspritzöffnung zur Durchführung eines Einspritzvorganges zu öffnen und zu schließen.The headed pin used according to the invention is in contact with the piezoelectric actuator with its shaft end and is moved by stretching or elongating the same. Above its head, the pin is in mechanical contact with the closure element via further actuating elements, in particular a bell and levers that interact with it, in order to actuate it and thus open and close an injection opening for carrying out an injection process.

Vorzugsweise wird daher bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, um einen Druckabbau bei einem Einspritzventil mit Piezo-Direktantrieb ohne Verwendung eines speziellen Druckregelventils zu ermöglichen, neben der Nutzung des Signals des seriell zum Piezo-Aktuator angeordneten Kraftsensors (passiven Piezobereichs) von einer speziellen Konstruktion des Betätigungselementes Gebrauch gemacht, die eine entsprechende Leckagesteuerung ermöglicht.In order to enable a pressure reduction in an injection valve with a piezo direct drive without using a special pressure control valve, the method according to the invention preferably uses a special construction of the actuating element in addition to using the signal from the force sensor (passive piezo area) arranged in series with the piezo actuator made, which enables a corresponding leakage control.

Vorzugsweise wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die dem Öffnen des Verschlusselementes entsprechende Kraftschwelle des Aktuators in Abhängigkeit vom IST-Raildruck berechnet. Speziell wird der Hub des Piezo-Aktuators und somit der Hub des Betätigungselementes (Pins) über die dem Piezo-Aktuator zugeführte elektrische Energie abhängig vom Druckgradienten eingestellt. Dabei wird insbesondere der IST-Hub des Betätigungselementes und damit die Dehnung des Piezo-Aktuators ermittelt, mit einem SOLL-Hub verglichen und die entsprechende Abweichung zur Korrektur der dem Piezo-Aktuator zugeführten elektrischen Energie verwendet, um den SOLL-Hub zu realisieren.In the method according to the invention, the force threshold of the actuator corresponding to the opening of the closure element is preferably calculated as a function of the actual rail pressure. In particular, the stroke of the piezo actuator and thus the stroke of the actuating element (pin) is adjusted via the electrical energy supplied to the piezo actuator as a function of the pressure gradient. In particular, the ACTUAL stroke of the actuating element and thus the stretching of the piezo actuator is determined, compared with a TARGET stroke and the corresponding deviation is used to correct the electrical energy supplied to the piezo actuator in order to implement the TARGET stroke.

Der Hub des Betätigungselementes (Pins) und damit die Dehnung des Piezo-Aktuators wird insbesondere aus der nachfolgenden Gleichung ermittelt: d _ 1 / 1 = s _ 33 * F _ s / A _ a + d _ 33 * U / d

Figure DE102012204286B4_0001
wobei bedeuten

d_l
= Dehnung Piezo-Aktuator
l
= Länge des Aktuators
s_33
= Kehrwert Aktuatorsteifigkeit
F_s
= Kraft Piezo-Aktuator
A_a
= Aktuatorfläche
d_33
= Piezokonstante
U
= Spannung am Piezo-Aktuator
d
= Schichtdicke Piezo-Aktuator
The stroke of the actuating element (pins) and thus the stretching of the piezo actuator is determined in particular from the following equation: i.e _ 1 / 1 = s _ 33 * f _ s / A _ a + i.e _ 33 * u / i.e
Figure DE102012204286B4_0001
where mean
d_l
= strain piezo actuator
l
= length of the actuator
s_33
= reciprocal of actuator stiffness
F_s
= force piezo actuator
A_a
= actuator area
d_33
= piezo constant
u
= voltage at the piezo actuator
i.e
= layer thickness of piezo actuator

Bei einer speziellen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens findet als Betätigungselement zur Ansteuerung eines weiteren Betätigungselementes, das als Glocke ausgebildet ist, ein Pin mit Kopf Verwendung. Der Pin mit Kopf und die Führungsöffnung für diesen sind dabei so ausgebildet, dass eine definierte Leckagemenge durchfließen kann. Ferner ist der Pinkopf so ausgebildet, dass er die Führungsöffnung ohne Leckagedurchfluss schließen kann. Im geschlossenen Zustand ohne Betätigung des Piezo-Aktuators gibt es daher keine Leckage durch die Führungsöffnung für den Pin. Andererseits kann bereits durch einen geringen Hub des Pinkopfes von seinem Sitz eine Entdrosselung erfolgen.In a special embodiment of the method according to the invention, a pin with a head is used as the actuating element for controlling a further actuating element, which is designed as a bell. The pin with the head and the guide opening for this are designed in such a way that a defined amount of leakage can flow through. Furthermore, the pin head is designed in such a way that it can close the guide opening without leakage flow. In the closed state without actuation of the piezo actuator, there is therefore no leakage through the guide opening for the pin. On the other hand, even a slight lift of the pin head from its seat can result in dethrottling.

Wenn nunmehr ein Druckabbau erforderlich ist, wird für das Einspritzventil in der Phase, wo keine Einspritzung stattfindet (Druckabbauphase), der Pinkopf durch Aufladen des Piezo-Aktuators über eine Ladungsrampe angesteuert. Gleichzeitig wird die vom Pin auf den passiven Piezobereich (Kraftsensor) ausgeübte Kraft und die hierdurch erzeugte Spannung gemessen. Die Kraft am Kraftsensor steigt zunächst an, bis ein Maximum erreicht ist. Danach fällt das Kraftsignal. Die Aufladung des Piezo-Aktuators wird dabei so gesteuert, dass der gewünschte Druckabbau durch Schaltleckage des Pinkopfes erfolgt, ohne das Verschlusselement zu öffnen.If a pressure reduction is now required, the pin head for the injection valve in the phase where no injection takes place (pressure reduction phase) is controlled by charging the piezo actuator via a charging ramp. At the same time, the force exerted by the pin on the passive piezo area (force sensor) and the resulting voltage are measured. The force at the force sensor initially increases until a maximum is reached. After that, the power signal falls. The charging of the piezo actuator is controlled in such a way that the desired pressure reduction occurs through switching leakage of the pin head without opening the closure element.

Konkret wird abhängig vom IST-Raildruck eine Kraftschwelle des Aktuators für das Öffnen des Verschlusselementes berechnet. Der Hub des Aktuators und somit der Hub des Pinkopfes wird über die Ladung abhängig vom Druckabbaugradienten eingestellt. Der IST-Hub des Pinkopfes wird aus der vorstehend wiedergegebenen Gleichung ermittelt. Der IST-Hub wird mit dem SOLL-Hub verglichen, und die Abweichung wird zur Korrektur der Ladungshöhe verwendet, um den SOLL-Hub zu realisieren. Über den Kraftsensor wird die Kraft überwacht und der SOLL-Hub so begrenzt, dass die Kraftschwelle nicht überschritten wird.In concrete terms, a force threshold of the actuator for opening the closure element is calculated as a function of the actual rail pressure. The stroke of the actuator and thus the stroke of the pin head is adjusted via the charge depending on the pressure reduction gradient. The ACTUAL stroke of the pin head is determined from the equation given above. The ACTUAL lift is compared to the TARGET lift and the deviation is used to correct the charge height in order to achieve the TARGET lift. The force is monitored via the force sensor and the TARGET stroke is limited so that the force threshold is not exceeded.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Vorgang des Druckabbaus vorzugsweise so lange fortgesetzt, bis der Raildruck den Sollwert erreicht. Danach wird das Betätigungselement (Pinkopf) durch Entladen des Piezo-Aktuators wieder geschlossen.In the method according to the invention, the pressure reduction process is preferably continued until the rail pressure reaches the desired value. The actuating element (pin head) is then closed again by discharging the piezo actuator.

Bei einer weiteren besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in dem Fall, in dem das gerade in der Druckabbauphase befindliche Einspritzventil demnächst in die Einspritzphase eintreten soll, der Piezo-Aktuator weiter aufgeladen, um das Verschlusselement zur Durchführung des Einspritzvorganges zu betätigen, wonach der Druckabbau nach der Einspritzung fortgesetzt wird, bis der SOLL-Druck erreicht wird.In a further special embodiment of the method according to the invention, in the case in which the injection valve currently in the pressure reduction phase is about to enter the injection phase, the piezo actuator is further charged in order to actuate the closure element to carry out the injection process, after which the pressure reduction continues injection is continued until the TARGET pressure is reached.

Bei Mehrfach-Einspritzungen, insbesondere wenn der Spritzabstand zwischen den einzelnen Einspritzungen klein ist, wird vorzugsweise zum Beenden der ersten Einspritzung der Piezo-Aktuator so entladen, dass das Verschlusselement geschlossen wird, aber das Betätigungselement mit definierter Kraft und Hub offenbleibt, wonach der Piezo-Aktuator weiter aufgeladen wird, um die zweite Einspritzung durchzuführen. Somit kann ein kleiner Spritzabstand realisiert werden.In the case of multiple injections, particularly when the injection distance between the individual injections is small, the piezo actuator is preferably discharged to end the first injection in such a way that the closure element is closed, but the actuating element remains open with a defined force and stroke, after which the piezo Actuator is further charged to perform the second injection. This means that a small spray distance can be achieved.

Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine mit einem Druckspeicher (Rail), mindestens einem Einspritzventil mit Piezo-Direkt-antrieb, bei dem ein Piezo-Aktuator über ein Betätigungselement in direkter Antriebsverbindung mit einem Verschlusselement des Einspritzventils steht und sich das Betätigungselement beweglich durch eine Führungsöffnung einer einen das Verschlusselement aufnehmenden Raum abschließenden Wand erstreckt, und einer Steuer- und Regeleinheit. Dieses System ist zur Durchführung eines Verfahrens der vorstehend beschriebenen Art eingerichtet.The present invention also relates to a fuel injection system of an internal combustion engine with a pressure accumulator (rail), at least one injection valve with a piezo direct drive, in which a piezo actuator is in direct drive connection with a closing element of the injection valve via an actuating element and the actuating element is movable a guide opening of a wall enclosing a space accommodating the closure element, and a control and regulation unit. This system is set up to carry out a method of the type described above.

Der passive Piezobereich, der als Kraftsensor wirkt, wird insbesondere durch eine zusätzliche seriell angeordnete passive Piezoschicht gebildet. Wie bereits beschrieben, weist der Piezo-Direktantrieb vorzugsweise ein Betätigungselement auf, das einen in der Führungsöffnung geführten Schaft und einen die Führungsöffnung überdeckenden und damit schließenden Kopf besitzt. Der Piezo-Direktantrieb umfasst insbesondere ein als Pin mit Kopf ausgebildetes Betätigungselement und ein hiermit zusammenwirkendes, als Glocke ausgebildetes weiteres Betätigungselement.The passive piezo area, which acts as a force sensor, is formed in particular by an additional serially arranged passive piezo layer. As already described, the piezo direct drive preferably has an actuating element that has a shaft guided in the guide opening and a head that covers and thus closes the guide opening. The piezo direct drive comprises, in particular, an actuating element designed as a pin with a head and a further actuating element designed as a bell that interacts with it.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit der Zeichnung im Einzelnen erläutert. Es zeigen:

  • 1 einen schematischen Teillängsschnitt durch ein Einspritzventil mit Druckabbaufunktion, wobei Teile des Ventils weggelassen worden sind;
  • 2 einen schematischen Teillängsschnitt durch einen Piezo-Aktuator mit Kraftsensor;
  • 3 das Prinzip zur Ansteuerung und Regelung des Druckabbaus in einem Zeit-Diagramm; und
  • 4 ein Ablaufdiagramm, das die Regelung des Druckabbaus zeigt.
The invention is explained in detail below using an exemplary embodiment in conjunction with the drawing. Show it:
  • 1 a schematic partial longitudinal section through an injection valve with pressure reduction function, wherein parts of the valve have been omitted;
  • 2 a schematic partial longitudinal section through a piezo actuator with force sensor;
  • 3 the principle for controlling and regulating the pressure reduction in a time diagram; and
  • 4 a flow chart showing the regulation of the pressure reduction.

1 zeigt auf schematische Weise ein Einspritzventil, das beispielsweise in einem Dieselmotor eines Pkws zum Einsatz kommt. Es dient dazu, Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine einzuspritzen. Es besitzt einen Raum 7, der über eine Kraftstoffleitung (Hochdruckleitung) 3 mit einem Druckspeicher (Hochdruckspeicher) (Rail) verbunden ist. Bei dem hier dargestellten Einspritzventil handelt es sich um eines einer Vielzahl von Einspritzventilen, die in einem Common-Rail-System jeweils über Kraftstoffleitungen mit dem selben Druckspeicher verbunden sind. Am unteren Ende des Einspritzventils (nicht gezeigt) weist dieses eine Einspritzöffnung auf, durch welche Kraftstoff aus dem Raum 7 in den Brennraum eingespritzt werden kann. Im Raum 7 ist eine als Verschlusselement (nicht gezeigt) dienende Düsennadel angeordnet, mittels welcher die Einspritzöffnung geöffnet und geschlossen werden kann. Befindet sich die Düsennadel in einer geöffneten Position, in welcher sie die Einspritzöffnung freigibt, wird unter Hochdruck stehender Kraftstoff aus dem Raum 7 in die Brennkammer eingespritzt. In einer geschlossenen Position der Düsennadel, in welcher die Düsennadel die Einspritzöffnung verschließt, wird das Einspritzen von Kraftstoff in die Brennkammer unterbunden. 1 FIG. 1 shows diagrammatically an injector used, for example, in a diesel engine of a car is used. It is used to inject fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine. It has a space 7 which is connected via a fuel line (high-pressure line) 3 to a pressure accumulator (high-pressure accumulator) (rail). The injection valve shown here is one of a large number of injection valves which in a common rail system are each connected to the same pressure accumulator via fuel lines. At the lower end of the injection valve (not shown), this has an injection opening through which fuel can be injected from chamber 7 into the combustion chamber. A nozzle needle serving as a closing element (not shown) is arranged in space 7 and can be used to open and close the injection opening. If the nozzle needle is in an open position, in which it releases the injection opening, fuel that is under high pressure is injected from space 7 into the combustion chamber. In a closed position of the nozzle needle, in which the nozzle needle closes the injection opening, the injection of fuel into the combustion chamber is prevented.

Die Düsennadel wird mittels eines diese direkt betätigenden Piezo-Aktuators 1 gesteuert. Abhängig von einer Ansteuerung kann der Piezo-Aktuator 1 seine Länge verändern und eine Kraft auf die Düsennadel ausüben, wobei die Kraft über einen Pin 4, eine Glocke 5 und über Hebel (nicht gezeigt) auf die Düsennadel übertragbar ist. Über den Pin 4, die Glocke 5 und die Hebel sind somit der Piezo-Aktuator 1 und die Düsennadel unmittelbar mechanisch gekoppelt. Eine vom Piezo-Aktuator 1 ausgeübte Kraft wird daher direkt auf die Düsennadel übertragen. Umgekehrt wird eine von der Düsennadel ausgeübte mechanische Kraft direkt auf den Piezo-Aktuator 1 übertragen. Wird der Piezo-Aktuator 1 nicht mit elektrischer Energie beaufschlagt, drückt eine nicht gezeigte Schließfeder die Düsennadel in 1 nach unten, so dass diese die Einspritzöffnung gegen den Druck im Raum 7 verschließt und eine Einspritzung unterbindet. Wird der Piezo-Aktuator 1 mit elektrischer Energie beaufschlagt, vergrößert er seine Länge und übt eine Kraft auf die Düsennadel aus, wodurch die Einspritzöffnung mittels der Düsennadel geöffnet wird.The nozzle needle is controlled by means of a piezo actuator 1 that actuates it directly. Depending on the control, the piezo actuator 1 can change its length and exert a force on the nozzle needle, the force being able to be transmitted to the nozzle needle via a pin 4, a bell 5 and a lever (not shown). The piezo actuator 1 and the nozzle needle are thus directly mechanically coupled via the pin 4, the bell 5 and the lever. A force exerted by the piezo actuator 1 is therefore transmitted directly to the nozzle needle. Conversely, a mechanical force exerted by the nozzle needle is transmitted directly to the piezo actuator 1 . If the piezo actuator 1 is not supplied with electrical energy, a closing spring (not shown) presses the nozzle needle in 1 down so that it closes the injection opening against the pressure in space 7 and prevents injection. If electrical energy is applied to the piezo actuator 1, it increases in length and exerts a force on the nozzle needle, as a result of which the injection opening is opened by means of the nozzle needle.

Der in 1 nur schematisch dargestellte Piezo-Aktuator 1 weist zusätzlich zum aktiven, für die Betätigung der Düsennadel verwendeten Piezobereich einen passiven Piezobereich als Kraftsensor 2 auf. Mithilfe dieses Kraftsensors 2 wird die über den Pin 4 auf den Piezo-Aktuator einwirkende Kraft ermittelt.the inside 1 The piezo actuator 1 shown only schematically has a passive piezo area as a force sensor 2 in addition to the active piezo area used to actuate the nozzle needle. This force sensor 2 is used to determine the force acting on the piezo actuator via pin 4.

Der Pin 4 ist als Pin mit Kopf ausgebildet, der in einer Führungsöffnung innerhalb einer Wand 6 beweglich geführt ist. Die Wand 6 schließt den das Verschlusselement aufnehmenden Hochdruckraum 7 ab. Über diese Führungsöffnung erfolgt der gewünschte Druckabbau durch eine entsprechende Schaltleckage, indem Kraftstoff aus dem Raum 7 durch die Wand 6 bzw. Platte in 1 nach oben in den Niederdruckraum abgeführt wird.The pin 4 is designed as a pin with a head, which is movably guided in a guide opening within a wall 6 . The wall 6 closes off the high-pressure chamber 7 accommodating the closure element. The desired pressure reduction takes place via this guide opening by means of a corresponding switching leakage, in that fuel from the space 7 through the wall 6 or plate in 1 is discharged upwards into the low-pressure space.

Der Pin 4 mit Kopf ist so ausgebildet, dass der Kopf die Führungsöffnung überdeckt und im an der Wand 6 anliegenden Zustand verschließt. In diesem Zustand tritt daher keine Leckage auf. Wird der Piezo-Aktuator 1 mit elektrischer Energie beaufschlagt, vergrößert er seine Länge, so dass der Kopf des Pins 4 von seinem Sitz an der Wand abgehoben wird und eine entsprechende Leckage durch die Führungsöffnung auftreten kann. Dieser Effekt wird in einer Druckabbauphase außerhalb de eigentlichen Einspritzphase genutzt.The pin 4 with a head is designed in such a way that the head covers the guide opening and closes it when it is in contact with the wall 6 . In this state, therefore, no leakage occurs. If electrical energy is applied to the piezo actuator 1, it increases in length so that the head of the pin 4 is lifted from its seat on the wall and a corresponding leakage can occur through the guide opening. This effect is used in a pressure reduction phase outside of the actual injection phase.

In dieser Druckabbauphase wird dabei der Piezo-Aktuator 1 so mit elektrischer Energie beaufschlagt, dass der Pin 4 nur so weit bewegt wird, dass eine Leckage zum Druckabbau erfolgt, ohne hierdurch das Verschlusselement zu öffnen. Gleichzeitig wird dabei die vom Pin 4 auf den Piezo-Aktuator 1 ausgeübte Kraft vom Kraftsensor 2 ermittelt. Die ausgeübte Kraft wird fortlaufend überwacht und der SOLL-Hub des Pins 4 wird so begrenzt, dass eine Kraftschwelle nicht erreicht wird, die zu einem Öffnen des Verschlusselementes führt.In this pressure reduction phase, electrical energy is applied to the piezo actuator 1 in such a way that the pin 4 is only moved far enough for a leak to reduce the pressure to occur, without opening the closure element as a result. At the same time, the force exerted by pin 4 on piezo actuator 1 is determined by force sensor 2 . The force exerted is continuously monitored and the TARGET stroke of pin 4 is limited in such a way that a force threshold is not reached that would lead to the closure element opening.

2 zeigt schematisch den Aufbau des Piezo-Aktuators 1, der eine Baueinheit bildet, welche den aktiven Piezobereich 12 zur Betätigung der Düsennadel und den passiven Piezobereich 13, der als Kraftsensor dient, aufweist. Der aktive Piezobereich 12 setzt sich aus einer Vielzahl von aktiven übereinander angeordneten Piezoschichten zusammen, die jeweils links und rechts eine entsprechende Anschlusselektrode 10 aufweisen. Auf der obersten aktiven Piezoschicht ist durch eine geeignete Isolierung 14 getrennt eine passive Piezoschicht angeordnet, die den als Kraftsensor wirkenden Piezobereich 13 bildet. Beidseitig ist die passive Piezoschicht mit entsprechenden Anschlusselektroden 15 versehen. 2 shows schematically the structure of the piezo actuator 1, which forms a unit that has the active piezo area 12 for actuating the nozzle needle and the passive piezo area 13, which serves as a force sensor. The active piezo region 12 is composed of a multiplicity of active piezo layers which are arranged one above the other and each have a corresponding connection electrode 10 on the left and right. A passive piezo layer, which forms the piezo region 13 acting as a force sensor, is arranged separately on the uppermost active piezo layer by suitable insulation 14 . The passive piezo layer is provided with corresponding connection electrodes 15 on both sides.

Das entsprechende Prinzip zur Ansteuerung und Regelung des Druckabbaus ist im Zeitdiagramm der 3 dargestellt. Man erkennt, dass die Sensorkraft ansteigt bis zum Erreichen eines Maximums, bei dem der Pin bzw. Pinkopf geöffnet und die Leckage erzeugt wird. In der nachfolgenden Regelung wird die Kraft unterhalb der Kraftschwelle zum Öffnen der Düsennadel gehalten.The corresponding principle for controlling and regulating the pressure reduction is shown in the time diagram 3 shown. It can be seen that the sensor force increases until it reaches a maximum, at which point the pin or pin head is opened and the leakage is generated. In the subsequent regulation, the force is kept below the force threshold for opening the nozzle needle.

Ferner sind in 3 die Ladung bzw. Spannung am Aktuator, die Aktuatordehnung sowie der Druck im Einspritzventil (Injektor), der dem Raildruck entspricht, über die Zeit dargestellt.Furthermore, in 3 the charge or voltage on the actuator, the actuator stretch and the pressure in the injection valve (injector), which corresponds to the rail pressure, are shown over time.

Das entsprechende Verfahren zur Ansteuerung und Regelung des Druckabbaus läuft in der im allgemeinen Beschreibungsteil geschilderten Art und Weise ab.The corresponding method for controlling and regulating the pressure reduction runs in the manner described in the general part of the description.

4 ist ein Ablaufdiagramm, das das Regelungsschema beim Druckabbau wiedergibt. 4 Fig. 12 is a flow chart showing the control scheme in depressurization.

Claims (15)

Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffeinspritzsystems einer Brennkraftmaschine, das einen Druckspeicher (Rail), mindestens ein Einspritzventil mit Piezo-Direktantrieb, bei dem ein Piezo-Aktuator über ein Betätigungselement in direkter Antriebsverbindung mit einem Verschlusselement des Einspritzventils steht und sich das Betätigungselement beweglich durch eine Führungsöffnung einer einen das Verschlusselement aufnehmenden Raum abschließenden Wand erstreckt und eine Steuer- und Regeleinheit aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Piezo-Aktuator verwendet wird, der zusätzlich zum aktiven, für die Betätigung des Verschlusselementes verwendeten Piezobereich einen passiven Piezobereich als Kraftsensor aufweist, mithilfe dieses Kraftsensors die auf den passiven Piezobereich einwirkende Kraft ermittelt wird und bei einem erforderlichen Druckabbau des Systems der aktive Piezobereich so angesteuert wird, dass ein Druckabbau durch Schaltleckage des Betätigungselementes erfolgt, ohne dass dabei eine dem Öffnen des Verschlusselementes entsprechende Kraftschwelle erreicht wird.Method for operating a fuel injection system of an internal combustion engine, which has a pressure accumulator (rail), at least one injection valve with a piezo direct drive, in which a piezo actuator is in direct drive connection with a closing element of the injection valve via an actuating element and the actuating element can be moved through a guide opening of a extends a wall enclosing the space accommodating the closure element and has a control and regulation unit, characterized in that a piezo actuator is used which, in addition to the active piezo area used for actuating the closure element, has a passive piezo area as a force sensor, with the aid of this force sensor the the force acting on the passive piezo area is determined and, if the pressure in the system needs to be reduced, the active piezo area is controlled in such a way that the pressure is reduced by switching leakage of the actuating element, without d awhere a force threshold corresponding to the opening of the closure element is reached. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit einem Piezo-Direktantrieb gearbeitet wird, bei dem im geschlossenen Zustand des Verschlusselementes ohne Betätigung des Piezo-Aktuators das Betätigungselement keine Leckage durch die Führungsöffnung zulässt.procedure after claim 1 , characterized in that a piezo direct drive is used, in which the actuating element does not allow any leakage through the guide opening in the closed state of the closure element without actuating the piezo actuator. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Betätigungselement verwendet wird, das einen in der Führungsöffnung geführten Schaft und einen die Führungsöffnung überdeckenden und damit schließenden Kopf aufweist.procedure after claim 1 , characterized in that an actuating element is used which has a shaft guided in the guide opening and a head covering and thus closing the guide opening. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein solches Betätigungselement verwendet wird, dass bereits durch einen geringen Hub des Betätigungselementes eine relativ große Leckage erreicht wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that an actuating element is used such that a relatively large leakage is already achieved by a small stroke of the actuating element. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein als Pin mit Kopf ausgebildetes Betätigungselement verwendet wird.procedure after claim 3 or 4 , characterized in that an actuating element designed as a pin with a head is used. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Öffnen des Verschlusselementes entsprechende Kraftschwelle des Aktuators abhängig vom IST-Raildruck berechnet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the force threshold of the actuator corresponding to the opening of the closure element is calculated as a function of the ACTUAL rail pressure. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hub des Piezo-Aktuators und somit der Hub des Betätigungselementes über die dem Piezo-Aktuator zugeführte elektrische Energie abhängig vom Druckgradienten eingestellt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the stroke of the piezo actuator and thus the stroke of the actuating element is adjusted as a function of the pressure gradient via the electrical energy supplied to the piezo actuator. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der IST-Hub des Betätigungselementes und damit die Dehnung des Piezo-Aktuators ermittelt, mit einem SOLL-Hub verglichen und die entsprechende Abweichung zur Korrektur der dem Piezo-Aktuator zugeführten elektrischen Energie verwendet wird, um den SOLL-Hub zu realisieren.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the ACTUAL stroke of the actuating element and thus the stretching of the piezo actuator is determined, compared with a SET stroke and the corresponding deviation is used to correct the electrical energy supplied to the piezo actuator, to realize the TARGET stroke. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hub des Betätigungselementes und damit die Dehnung des Piezo-Aktuators aus der nachfolgenden Gleichung ermittelt wird: d _ 1 / 1 = s _ 33 * F _ s / A _ a + d _ 33 * U / d
Figure DE102012204286B4_0002
worin bedeuten d_l = Dehnung Piezo-Aktuator l = Länge des Aktuators s_33 = Kehrwert Aktuatorsteifigkeit F_s = Kraft Piezo-Aktuator A_a = Aktuatorfläche d_33 = Piezokonstante U = Spannung am Piezo-Aktuator d = Schichtdicke Piezo-Aktuator.
Method according to one of the preceding claims, characterized in that the stroke of the actuating element and thus the expansion of the piezo actuator is determined from the following equation: i.e _ 1 / 1 = s _ 33 * f _ s / A _ a + i.e _ 33 * u / i.e
Figure DE102012204286B4_0002
where d_l = elongation of the piezo actuator l = length of the actuator s_33 = reciprocal value of the actuator stiffness F_s = force of the piezo actuator A_a = actuator area d_33 = piezo constant U = voltage on the piezo actuator d = layer thickness of the piezo actuator.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorgang des Druckabbaus so lange fortgesetzt wird, bis der Druckspeicherdruck (Raildruck) einen Sollwert erreicht, wonach die Führungsöffnung durch Entladen des Piezo-Aktuators wieder geschlossen wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the pressure reduction process is continued until the pressure accumulator pressure (rail pressure) reaches a target value, after which the guide opening is closed again by discharging the piezo actuator. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Fall, in dem das gerade in der Druckabbauphase befindliche Einspritzventil demnächst in die Einspritzphase eintreten soll, der Piezo-Aktuator weiter aufgeladen wird, um das Verschlusselement zur Durchführung des Einspritzvorganges zu betätigen, wonach der Druckabbau nach der Einspritzung fortgesetzt wird, bis der SOLL-Druck erreicht wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that in the case in which the injector currently in the pressure reduction phase is about to enter the injection phase, the piezo actuator is charged further in order to actuate the closure element for carrying out the injection process, after which the pressure reduction after the injection is continued until the TARGET pressure is reached. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Mehrfach-Einspritzun-gen zum Beenden der ersten Einspritzung der Piezo-Aktuator so entladen wird, dass das Verschlusselement geschlossen wird, aber das Betätigungselement mit definierter Kraft und Hub offenbleibt, wonach der Piezo-Aktuator weiter aufgeladen wird, um die zweite Einspritzung durchzuführen.Method according to one of the preceding claims, characterized in that at Multiple injections gene to end the first injection, the piezo actuator is discharged in such a way that the closure element is closed, but the actuating element remains open with a defined force and stroke, after which the piezo actuator is further charged in order to carry out the second injection. Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine mit einem Druckspeicher (Rail), mindestens einem Einspritzventil mit Piezo-Direktantrieb, bei dem ein Piezo-Aktuator über ein Betätigungselement in direkter Antriebsverbindung mit einem Verschlusselement des Einspritzventils steht, wobei der Piezo-Aktuator zusätzlich zum aktiven, für die Betätigung des Verschlusselementes verwendeten Piezobereich einen passiven Piezobereich als Kraftsensor aufweist und der passive Piezobereich (13) durch eine zusätzliche seriell angeordnete passive Piezoschicht gebildet ist und wobei sich das Betätigungselement beweglich durch eine Führungsöffnung einer einen das Verschlusselement aufnehmenden Raum abschließenden Wand erstreckt, und mit einer Steuer- und Regeleinheit, dadurch gekennzeichnet, dass das System zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche eingerichtet ist. Fuel injection system of an internal combustion engine with a pressure accumulator (rail), at least one injection valve with a piezo direct drive, in which a piezo actuator is in direct drive connection with a closing element of the injection valve via an actuating element, the piezo actuator in addition to the active one for actuating the The piezo area used in the closure element has a passive piezo area as a force sensor and the passive piezo area (13) is formed by an additional serially arranged passive piezo layer and the actuating element extends movably through a guide opening in a wall enclosing a space accommodating the closure element, and with a control and Control unit, characterized in that the system is set up to carry out a method according to one of the preceding claims. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungselement einen in der Führungsöffnung geführten Schaft und einen die Führungsöffnung überdeckenden und damit schließenden Kopf aufweist, wobei die Führungsöffnung so ausgebildet ist, dass durch diese eine Schaltleckage auftritt, wenn der Kopf von seinem Sitz an der Wand abgehoben wird.fuel injection system Claim 13 , characterized in that the actuating element has a shaft guided in the guide opening and a head covering and thus closing the guide opening, the guide opening being designed in such a way that switching leakage occurs through this when the head is lifted from its seat on the wall. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Piezo-Direktantrieb ein mit dem genannten Betätigungselement zusammenwirkendes, als Glocke (5) ausgebildetes weiteres Betätigungselement aufweist.fuel injection system Claim 14 , characterized in that the piezo direct drive has a further actuating element which interacts with said actuating element and is designed as a bell (5).
DE102012204286.5A 2012-03-19 2012-03-19 Method for operating a fuel injection system and fuel injection system with an injector with controlled pressure reduction Active DE102012204286B4 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102012204286.5A DE102012204286B4 (en) 2012-03-19 2012-03-19 Method for operating a fuel injection system and fuel injection system with an injector with controlled pressure reduction

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102012204286.5A DE102012204286B4 (en) 2012-03-19 2012-03-19 Method for operating a fuel injection system and fuel injection system with an injector with controlled pressure reduction

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102012204286A1 DE102012204286A1 (en) 2013-09-19
DE102012204286B4 true DE102012204286B4 (en) 2022-01-27

Family

ID=49044010

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102012204286.5A Active DE102012204286B4 (en) 2012-03-19 2012-03-19 Method for operating a fuel injection system and fuel injection system with an injector with controlled pressure reduction

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102012204286B4 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19960971A1 (en) 1999-12-17 2001-03-08 Bosch Gmbh Robert Piezoactuator e.g. for fuel injector in IC engine, is connected mechanically in series with sensor with stack of interacting piezo elements that produces signal proportional to mechanical displacement
DE102005012998B3 (en) 2005-03-21 2006-09-21 Siemens Ag Common rail injection system for e.g. diesel engine, has injectors comprising injection nozzles for injecting fuel into combustion chamber, where one of injectors or part of injectors serves for pressure reduction in high pressure area
DE102005001499B4 (en) 2005-01-12 2009-12-10 Continental Automotive Gmbh Method and device for controlling an internal combustion engine
DE102010021169B4 (en) 2010-05-21 2012-03-08 Continental Automotive Gmbh Method and device for determining the actual start of injection of a piezo fuel injector

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19960971A1 (en) 1999-12-17 2001-03-08 Bosch Gmbh Robert Piezoactuator e.g. for fuel injector in IC engine, is connected mechanically in series with sensor with stack of interacting piezo elements that produces signal proportional to mechanical displacement
DE102005001499B4 (en) 2005-01-12 2009-12-10 Continental Automotive Gmbh Method and device for controlling an internal combustion engine
DE102005012998B3 (en) 2005-03-21 2006-09-21 Siemens Ag Common rail injection system for e.g. diesel engine, has injectors comprising injection nozzles for injecting fuel into combustion chamber, where one of injectors or part of injectors serves for pressure reduction in high pressure area
DE102010021169B4 (en) 2010-05-21 2012-03-08 Continental Automotive Gmbh Method and device for determining the actual start of injection of a piezo fuel injector

Also Published As

Publication number Publication date
DE102012204286A1 (en) 2013-09-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102012204272B4 (en) Method for operating a fuel injection system with control of the injection valve to increase the quantity accuracy and fuel injection system
DE102012204252B3 (en) Method for operating a pressure-reducing fuel-injection system and fuel-injection system with servo-valve
DE102008023373B4 (en) Method of controlling an injector, fuel injection system and internal combustion engine
DE102013223764B3 (en) Method of operating a piezo servo injector
EP1825124B1 (en) Method for controlling a piezoelectric actuator and control unit for controlling a piezoelectric actuator
DE102011005285B4 (en) Method for determining the idle stroke of a piezo injector with directly actuated nozzle needle
EP2100020B1 (en) Method for operating an injection valve
DE102011075732A1 (en) Control method for an injection valve and injection system
DE102012204251B4 (en) Method for operating a fuel injection system and fuel injection system with injectors with piezo direct drive
DE102006059070A1 (en) A fuel injection system and method for determining a needle lift stop in a fuel injector
DE102006003861A1 (en) Operating method for fuel injection valve with computer program memory and control especially for a motor vehicle follows voltage or current at piezoelectric element over time to fix valve-closing point
DE102018214135A1 (en) Method for controlling an injector
WO2012152485A1 (en) Method for determining a position of a lock element of an injection valve for an internal combustion engine
EP1551065B1 (en) Method and device for determining the drive voltage of a piezoelectric actuator of an injection valve
DE102012209965A1 (en) Method for operating a valve
DE102012204286B4 (en) Method for operating a fuel injection system and fuel injection system with an injector with controlled pressure reduction
DE102008020931A1 (en) Method for controlling a piezoelectric actuator in a fuel injector
EP2580462B1 (en) Injection valve with direct and servo drive
DE102012204278A1 (en) Method for operating fuel injection system of internal combustion engine, involves determining force acting on passive piezo area, and applying signal of force sensor for detection and regulation of movement of closure element
DE102012204253B4 (en) Method for operating a fuel injection system with injection valve with piezo servo operation with rail pressure determination and fuel injection system
DE102007058540B4 (en) Method and apparatus for charging and discharging a piezoelectric element
DE102013217746B3 (en) Method for operating an internal combustion engine
DE102015212378B4 (en) Method and device for controlling a piezo actuator of an injection valve of a fuel injection system of an internal combustion engine
DE10106170A1 (en) Method for controlling an injection valve with piezo-actuator, involves applying non-null voltage different from first voltage, but of same sign, to close/open valve after applying first voltage to open/close it
DE102008042606B4 (en) Method for operating an injection valve and control unit

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R081 Change of applicant/patentee

Owner name: VITESCO TECHNOLOGIES GMBH, DE

Free format text: FORMER OWNER: CONTINENTAL AUTOMOTIVE GMBH, 30165 HANNOVER, DE

R018 Grant decision by examination section/examining division
R081 Change of applicant/patentee

Owner name: VITESCO TECHNOLOGIES GMBH, DE

Free format text: FORMER OWNER: VITESCO TECHNOLOGIES GMBH, 30165 HANNOVER, DE

R084 Declaration of willingness to licence
R020 Patent grant now final