DE102015217193A1 - Detection method for detecting a gap size of a gap between an injector valve assembly and a piezo stack and driving method for driving an actuator in a piezo stack. - Google Patents
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Abstract
Erfassungsverfahren zum Erfassen einer Spaltgröße eines Spaltes zwischen einer Injektorventilbaugruppe und einem Piezostapel sowie Ansteuerungsverfahren zum Ansteuern einer Aktoreinheit in einem Piezostapel. Die Erfindung betrifft ein Erfassungsverfahren zum Erfassen einer Spaltgröße (34) eines Spaltes (32) zwischen einer Injektorventilbaugruppe (12) einer Brennkraftmaschine und einem Piezostapel (14), der zum Betätigen der Injektorventilbaugruppe (12) ausgebildet ist, wobei eine Zeitdauer (Δt) erfasst wird, die nötig ist, bis es zu einem Kraftschluss zwischen der Injektorventilbaugruppe (12) und dem Piezostapel (14) kommt, und aus dieser Zeitdauer (Δt) dann die Spaltgröße (34) des Spaltes (32) ermittelt wird. Weiter betrifft die Erfindung ein Ansteuerungsverfahren zum Ansteuern einer Aktoreinheit (22) in dem Piezostapel (14), bei dem das Erfassungsverfahren durchgeführt wird.Detection method for detecting a gap size of a gap between an injector valve assembly and a piezo stack and driving method for driving an actuator in a piezo stack. The invention relates to a detection method for detecting a gap size (34) of a gap (32) between an injector valve assembly (12) of an internal combustion engine and a piezo stack (14), which is designed to actuate the injector valve assembly (12), wherein a period of time (.DELTA.t) detected is, which is necessary until it comes to a frictional connection between the Injektorventilbaugruppe (12) and the piezo stack (14), and from this period (.DELTA.t) then the gap size (34) of the gap (32) is determined. Furthermore, the invention relates to a driving method for driving an actuator unit (22) in the piezo stack (14), in which the detection method is performed.
Description
Erfassungsverfahren zum Erfassen einer Spaltgröße eines Spaltes zwischen einer Injektorventilbaugruppe und einem Piezostapel sowie Ansteuerungsverfahren zum Ansteuern einer Aktoreinheit in einem Piezostapel.Detection method for detecting a gap size of a gap between an injector valve assembly and a piezo stack and driving method for driving an actuator in a piezo stack.
Die Erfindung betrifft ein Erfassungsverfahren zum Erfassen einer Spaltgröße eines Spaltes zwischen einer Injektorventilbaugruppe und einem Piezostapel, der dazu vorgesehen ist, die Injektorventilbaugruppe zu betätigen. Weiter betrifft die Erfindung ein Ansteuerungsverfahren zum Ansteuern einer Aktoreinheit in dem Piezostapel, der zum Betätigen der Injektorventilbaugruppe verwendet wird. The invention relates to a detection method for detecting a gap size of a gap between an injector valve assembly and a piezo stack, which is intended to actuate the injector valve assembly. Furthermore, the invention relates to a driving method for driving an actuator unit in the piezo stack, which is used for actuating the Injektorventilbaugruppe.
Eine Aktoreinheit in einem Piezostapel, der zum Betätigen einer Injektorventilbaugruppe in einer Brennkraftmaschine verwendet wird, umfasst typischerweise ein als Stapel ausgebildetes Bauelement, das eine Mehrzahl von Elektrodenschichten sowie eine Mehrzahl von auf Anlegen eines elektrischen Feldes reagierenden Werkstoffschichten aufweist. Dabei ist jede Werkstoffschicht zwischen zwei der Elektrodenschichten angeordnet. Wenn ein elektrisches Feld über die Elektrodenschichten an die Aktoreinheit angelegt wird, reagieren die Werkstoffschichten, indem sie sich ausdehnen, sodass sich die Aktoreinheit insgesamt entlang einer Aktoreinheitlängsachse verlängert. Diese Auslenkung kann dann auf weitere Bauelemente übertragen werden, beispielsweise auf eine Injektorventilbaugruppe einer Brennkraftmaschine, um eine Injektornadel von einem Nadelsitz abzuheben und dadurch Kraftstoff in Brennräume der Brennkraftmaschine einzuspritzen.An actuator unit in a piezo stack used to actuate an injector valve assembly in an internal combustion engine typically includes a stacked device having a plurality of electrode layers and a plurality of material layers responsive to application of an electric field. Each material layer is arranged between two of the electrode layers. When an electric field is applied to the actuator unit via the electrode layers, the material layers react by expanding, so that the actuator unit as a whole extends along an actuator unit longitudinal axis. This deflection can then be transferred to other components, such as an injector valve assembly of an internal combustion engine to lift an injector needle from a needle seat and thereby inject fuel into the combustion chambers of the internal combustion engine.
Das Öffnen und Schließen der Injektornadel in der Injektorventilbaugruppe erfolgt durch direkte oder indirekte Übertragung der Längsausdehnung der Aktoreinheit auf die Injektorventilbaugruppe, wobei zum Übertragen der Längsausdehnung an irgendeinem Punkt zwischen dem Piezostapel, der die Aktoreinheit aufweist, und der Injektorventilbaugruppe ein Kraftschluss erfolgt. The injector needle assembly is opened and closed in the injector valve assembly by direct or indirect transmission of the actuator member longitudinal extent to the injector valve assembly, where force transfer occurs at any point between the piezo stack comprising the actuator assembly and the injector valve assembly.
Aus
Im eingebauten Zustand ist zwischen dem Piezostapel und der Injektorventilbaugruppe ein Spalt vorhanden, der sich über die Lebensdauer der beiden Elemente aufgrund beispielsweise von Verschleiß bzw. Abrieb an den beiden Elementen bzw. einer Depolarisation der Aktoreinheit verändert. In the installed state, a gap exists between the piezo stack and the injector valve assembly, which changes over the life of the two elements due to, for example, wear or abrasion on the two elements or depolarization of the actuator unit.
Mit zunehmenden Anforderungen an Emission und Verbrauch steigen die Anforderungen an die Einspritzung des Kraftstoffes in die Brennräume, wobei höhere Drücke, höhere Temperaturen, sowie Mehrfacheinspritzungen eine höhere Genauigkeit bei der Zumessung des eingespritzten Kraftstoffes erfordern. Um die geforderten Genauigkeiten zu erreichen, ist es nicht hinreichend, einen Injektor in Stellbetrieb zu fahren, sondern eine Regelung ist unumgänglich. Unter anderem ist es bei dieser Regelung auch wichtig, den Spalt zwischen Injektorventilbaugruppe und Piezostapel kompensieren zu können, wozu die Kenntnis der Spaltgröße, vor allem auch der sich über Lebensdauer ändernden Spaltgröße, notwendig ist. As emission and fuel consumption requirements increase, fuel injection requirements increase in the combustion chambers, with higher pressures, higher temperatures, and multiple injections requiring greater accuracy in metering the injected fuel. In order to achieve the required accuracies, it is not sufficient to drive an injector into actuating mode, but regulation is unavoidable. Among other things, it is also important in this scheme to be able to compensate for the gap between Injektorventilbaugruppe and piezo stack, to which the knowledge of the gap size, especially the over life changing gap size, is necessary.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Erfassungsverfahren zum Erfassen dieser Spaltgröße vorzuschlagen. The object of the invention is therefore to propose a detection method for detecting this gap size.
Diese Aufgabe wird mit einem Erfassungsverfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. This object is achieved by a detection method having the features of claim 1.
Eine weitere Aufgabe ist es, ein Ansteuerungsverfahren zum Ansteuern der Aktoreinheit vorzuschlagen, mit der die Spaltgröße kompensiert werden kann. Another object is to propose a driving method for driving the actuator unit, with which the gap size can be compensated.
Ein Ansteuerungsverfahren zum Ansteuern einer Aktoreinheit in einem Piezostapel ist Gegenstand des nebengeordneten Anspruches.A driving method for driving an actuator unit in a piezo stack is the subject of the independent claim.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.
Ein Erfassungsverfahren zum Erfassen einer Spaltgröße eines Spaltes zwischen einer Injektorventilbaugruppe einer Brennkraftmaschine und einem Piezostapel zum Betätigen der Injektorventilbaugruppe weist die folgenden Schritte auf:
- – Bereitstellen eines Piezostapels mit einer Aktoreinheit und einer Sensoreinheit, die kraftschlüssig miteinander gekoppelt sind, wobei die Sensoreinheit zum Erfassen von an der Aktoreinheit wirkenden Kräftegradienten ausgebildet ist;
- – Bereitstellen einer Injektorventilbaugruppe, die im Betrieb über die Aktoreinheit betätigt wird, wobei die Injektorventilbaugruppe und der Piezostapel über einen Spalt mit unbekannter Spaltgröße voneinander beabstandet angeordnet sind;
- – Erfassen eines Spannungssignals der Sensoreinheit;
- – Beaufschlagen der Aktoreinheit mit einem definierten Spannungspuls, sodass sich die Aktoreinheit unter Verringerung des Spaltes entlang einer Aktoreinheitlängsachse auslenkt;
- – Erfassen einer Zeitdauer der Spannungspulsbeaufschlagung der Aktoreinheit ausgehend von einem ersten Zeitpunkt, in dem die Spannungspulsbeaufschlagung beginnt, bis zu einem zweiten Zeitpunkt, in dem in dem erfassten Spannungssignal der Sensoreinheit ein Spannungsgradient auftritt;
- – Ermitteln der Spaltgröße des Spaltes aus der erfassten Zeitdauer und dem definierten Spannungspuls.
- - Providing a piezo stack with an actuator and a sensor unit, which are non-positively coupled to each other, wherein the sensor unit is designed to detect force acting on the actuator unit gradients;
- - Providing an Injektorventilbaugruppe which is actuated in operation via the actuator unit, wherein the Injektorventilbaugruppe and the piezo stack are arranged spaced apart from each other via a gap of unknown gap size;
- - detecting a voltage signal of the sensor unit;
- - Actuating the actuator with a defined voltage pulse, so that the actuator unit deflects while reducing the gap along a Aktoreinheitlängsachse;
- Detecting a time duration of the voltage pulse application of the actuator unit from a first point in time when the voltage pulse application starts, to a second point in time in which a voltage gradient occurs in the detected voltage signal of the sensor unit;
- - Determining the gap size of the gap from the detected time duration and the defined voltage pulse.
Bei dem Erfassungsverfahren wird die Erkenntnis genutzt, dass ein Kraftschluss zwischen dem Piezostapel und der Injektorventilbaugruppe zu einem Kraftstoß in dem Piezostapel führt. Der Kraftstoß entspricht einem Kräftegradienten, der eine Ladung in der generiert, sodass beispielsweise eine Spannung von außen abgreifbar ist. Der Kraftschluss und somit der Kräftegradient treten in dem Moment auf, in dem der Spalt zwischen Piezostapel und Injektorventilbaugruppe überwunden ist. Da die Spannung, mit der die Aktoreinheit zum Ausdehnen beaufschlagt wird, bekannt ist, kann über eine gemessene Zeitdauer, bis die Sensoreinheit den Kraftschluss mit der Injektorventilbaugruppe erfasst, auf die Spaltgröße des Spaltes zurückgeschlossen werden.In the detection method, the knowledge is used that a frictional connection between the piezo stack and the injector valve assembly leads to a force surge in the piezo stack. The power surge corresponds to a force gradient that generates a charge in the, so that, for example, a voltage can be tapped from the outside. The frictional connection and thus the force gradient occur in the moment in which the gap between the piezo stack and Injektorventilbaugruppe is overcome. Since the voltage with which the actuator unit is subjected to expansion is known, the gap size of the gap can be deduced over a measured period of time until the sensor unit detects the frictional connection with the injector valve assembly.
Dazu wird vorteilhaft ein zuvor ermitteltes Kennfeld hinterlegt, das für vordefinierte Spannungspulse eine Spaltgröße des Spaltes in Abhängigkeit einer Zeitdauer der Spannungspulsbeaufschlagung setzt.For this purpose, a previously determined characteristic field is advantageously stored which, for predefined voltage pulses, sets a gap size of the gap as a function of a time duration of the voltage pulse application.
Um später die Spaltgröße des Spaltes beispielsweise über eine Regelung kompensieren zu können, ist es nötig, definierte Messgrößen aus dem System zu ermitteln, um daraus die entsprechenden Regelgrößen zu berechnen. Vorliegend wird vorteilhaft der modulare Aufbau des Piezostapels aus einer Aktoreinheit und einer Sensoreinheit verwendet, um die Spaltgröße zu ermitteln. Daher ist es nicht nötig, weitere Sensoren vorzusehen, über die die Spaltgröße ermittelt werden soll, da bereits die vorhandene Sensoreinheit verwendet wird. Die Sensoreinheit detektiert dabei einen Kraftanstieg in dem zweiten Zeitpunkt, in dem der Piezostapel einen Kraftschluss zu der Injektorventilbaugruppe erreicht.In order later to be able to compensate the gap size of the gap, for example via a control, it is necessary to determine defined measured variables from the system, in order to calculate the corresponding control variables therefrom. In the present case, the modular construction of the piezo stack consisting of an actuator unit and a sensor unit is advantageously used in order to determine the gap size. Therefore, it is not necessary to provide further sensors, via which the gap size is to be determined, since already the existing sensor unit is used. The sensor unit detects an increase in force in the second time point in which the piezo stack reaches a force fit to the injector valve assembly.
Vorzugsweise wird die Spaltgröße des Spaltes zwischen dem Piezostapel und der Injektorventilbaugruppe bei jedem Betätigungszyklus der Injektorventilbaugruppe erfasst. So ist es möglich, weitere Daten über Alterungserscheinungen der Elemente zu erfassen, beispielsweise eine Depolarisation der Aktoreinheit oder Verschleiß bzw. Abrieberscheinungen der Elemente, die sich in der sich über die Lebensdauer verändernden Spaltgröße widerspiegeln.Preferably, the gap size of the gap between the piezo stack and the injector valve assembly is detected at each actuation cycle of the injector valve assembly. Thus, it is possible to record further data on the aging phenomena of the elements, for example a depolarization of the actuator unit or wear or abrasion phenomena of the elements, which are reflected in the life span of the gap.
In vorteilhafter Ausgestaltung wird in dem zweiten Zeitpunkt ein positiver Spannungsgradient in dem Spannungssignal der Sensoreinheit erfasst. Ist demgemäß das Signal der Sensoreinheit, das den Spannungsgradienten darstellt, positiv, kann sofort erkannt werden, dass der zweite Zeitpunkt vorliegt. In an advantageous embodiment, a positive voltage gradient in the voltage signal of the sensor unit is detected at the second time. Accordingly, if the signal of the sensor unit representing the voltage gradient is positive, it can be immediately recognized that the second time is present.
Vorzugsweise wird in einem dritten Zeitpunkt, in dem eine Injektornadel der Injektorventilbaugruppe von einem Nadelsitz abhebt, ein zweiter Spannungsgradient in dem Spannungssignal der Sensoreinheit erfasst. Dadurch kann vorteilhaft exakt der Zeitpunkt erfasst werden, in dem ein Injektor zum Einspritzen von Kraftstoff öffnet.Preferably, in a third time, in which an injector needle of the injector valve assembly lifts off a needle seat, a second voltage gradient is detected in the voltage signal of the sensor unit. This can advantageously be detected exactly the time in which opens an injector for injecting fuel.
Insbesondere wird dabei ein negativer Spannungsgradient in dem Spannungssignal der Sensoreinheit erfasst. Über die Vorzeichen kann demgemäß erfasst werden, ob ein Kräftegradient in dem Piezostapel dadurch verursacht wurde, dass ein Kraftschluss zwischen Piezostapel und Injektorventilbaugruppe erfolgt ist, oder dadurch, dass sich die Injektornadel von dem Nadelsitz abgehoben hat.In particular, a negative voltage gradient is detected in the voltage signal of the sensor unit. Accordingly, the signs can be used to detect whether a force gradient in the piezo stack was caused by a force connection between the piezo stack and injector valve assembly, or in that the injector needle has lifted off the needle seat.
Insbesondere bei Injektoreinheiten mit einer direkten Übertragung der Längsausdehnung von der Aktoreinheit auf die Injektorventilbaugruppe wird in einem vierten Zeitpunkt, in dem die Injektornadel in Kraftschluss mit dem Nadelsitz kommt, ein dritter Spannungsgradient in den Spannungssignal der Sensoreinheit erfasst, wobei zwischen dem vierten Zeitpunkt und dem zweiten Zeitpunkt der dritte Zeitpunkt liegt. In dem vierten Zeitpunkt wird dabei vorteilhaft ein negativer Spannungsgradient erfasst. Auch durch das Schließen des Injektors und somit das Beendigen der Kraftstoffeinspritzung tritt ein Kräftegradient in dem Piezostapel auf, der über die Sensoreinheit durch einen Spannungsgradienten erfasst werden kann. Daher kann über die Sensoreinheit nun exakt erfasst werden, wann ein Kraftschluss mit der Injektorventilbaugruppe vorliegt, wann sich die Injektornadel öffnet, und auch wann sich die Injektornadel wieder schließt. Somit kann der eingespritzte Kraftstoff exakt dem jeweiligen Brennraum zugemessen werden. Aus den gemessenen Daten ist es auch möglich, eine Regelung vorzusehen, die Alterungserscheinungen kompensieren kann, sodass weiterhin eine exakte Einspritzung des Kraftstoffes in den jeweiligen Brennraum möglich bleibt.In particular, in the case of injector units with a direct transmission of the longitudinal extent from the actuator unit to the injector valve assembly, a third voltage gradient is detected in the voltage signal of the sensor unit at a fourth time, in which the injector needle comes into frictional connection with the needle seat, wherein between the fourth time and the second Time is the third time. In the fourth time, a negative voltage gradient is advantageously detected. Also, by closing the injector and thus terminating the fuel injection, a force gradient occurs in the piezo stack, which can be detected by the sensor unit by a voltage gradient. Therefore, it can now be accurately detected via the sensor unit when there is a force fit with the injector valve assembly, when the injector needle opens, and also when the injector needle closes again. Thus, the injected fuel can be metered exactly to the respective combustion chamber. From the measured data, it is also possible to provide a control that can compensate for aging phenomena, so that an exact injection of the fuel into the respective combustion chamber remains possible.
In einem Ansteuerungsverfahren zum Ansteuern einer Aktoreinheit in einem Piezostapel zum Betätigen einer Injektorventilbaugruppe in einer Brennkraftmaschine wird die Aktoreinheit mit einem vorbestimmten Öffnungsspannungspuls zum Abheben einer Injektornadel der Injektorventilbaugruppe von einem Nadelsitz beaufschlagt. Vor der Beaufschlagung der Aktoreinheit mit dem In a driving method for driving an actuator unit in a piezo stack for actuating an injector valve assembly in an internal combustion engine, the actuator unit is provided with a predetermined opening voltage pulse for lifting an injector needle of the injector valve assembly acted upon by a needle seat. Before the actuation of the actuator with the
Öffnungsspannungspuls werden die folgenden Schritte durchgeführt:
- – Durchführen des oben beschriebenen Erfassungsverfahrens, um eine Spaltgröße eines Spaltes zwischen dem Piezostapel und der Injektorventilbaugruppe zu erfassen;
- – Beaufschlagen der Aktoreinheit mit einem Prä-Spannungspuls zum Schließen des Spaltes zwischen dem Piezostapel und der Injektorventilbaugruppe.
- Performing the above-described detection method to detect a gap size of a gap between the piezo stack and the injector valve assembly;
- - Actuating the actuator unit with a pre-voltage pulse for closing the gap between the piezo stack and the Injektorventilbaugruppe.
Dadurch, dass die Spaltgröße nun bekannt ist, ist es möglich, den Spalt durch Nachregelung der Aktoreinheit zu kompensieren, indem ein Prä-Spannungspuls auf die Aktoreinheit aufgebracht wird, sodass sich diese auslenkt und den Spalt überwindet.Because the gap size is now known, it is possible to compensate for the gap by readjusting the actuator unit by applying a pre-voltage pulse to the actuator unit so that it deflects and overcomes the gap.
Dazu ist es vorteilhaft, wenn ein weiteres Kennfeld hinterlegt wird, aus dem eine für das Schließen des Spaltes notwendige Größe des Prä-Spannungspulses ausgelesen werden kann.For this purpose, it is advantageous if a further characteristic field is deposited, from which a size of the pre-voltage pulse necessary for closing the gap can be read out.
Die Aktoreinheit kann daher basierend auf der hochgenauen Messung in dem Erfassungsverfahren mit dem genannten Prä-Spannungspuls betrieben werden, sodass zum jeweiligen Zeitpunkt, zu dem die Einspritzung starten soll, ein reproduzierbarer spaltfreier Zustand zwischen Piezostapel und Injektorventilbaugruppe erreicht ist. Die Einspritzansteuerung kann somit völlig unabhängig von einer Absolutlänge des Piezostapels, von Verschließerscheinungen usw. sein. Dadurch können negative Störgrößen wie die Absolutlängenveränderung des Piezostapels und Verschleißerscheinungen, insbesondere an dem Nadelsitz, eliminiert werden, und es ergibt sich ein reproduzierbares Öffnungsund Schließverhalten der Injektornadel.The actuator unit can therefore be operated based on the highly accurate measurement in the detection method with said pre-voltage pulse, so that at the respective time at which the injection is to start, a reproducible gap-free state between the piezo stack and injector valve assembly is reached. The injection control can thus be completely independent of an absolute length of the piezo stack, of closure phenomena, etc. As a result, negative disturbance variables such as the absolute change in the length of the piezo stack and signs of wear, in particular at the needle seat, can be eliminated, and a reproducible opening and closing behavior of the injector needle results.
Gleichzeitig kann durch den benötigen Prä-Spannungspuls auch erfasst werden, wann der Spalt durch Beaufschlagung mit dem Prä-Spannungspuls nicht mehr kompensiert werden kann, sodass eine Wartung nötig ist. In diesem Fall kann ein Signal als Verschleißanzeiger nach außen abgegeben werden.At the same time, it can also be detected by the required pre-voltage pulse when the gap can no longer be compensated by being subjected to the pre-voltage pulse, so that maintenance is necessary. In this case, a signal can be output as a wear indicator to the outside.
Vorzugsweise wird der Prä-Spannungspuls aus der mit dem Erfassungsverfahren ermittelten Spaltgröße bestimmt, wobei der Prä-Spannungspuls insbesondere bei jedem Betätigungszyklus der Injektorventilbaugruppe neu bestimmt wird. So kann auch die sich über die Lebensdauer verändernde Spaltgröße kontinuierlich über die Lebensdauer der Anordnung kompensiert werden.Preferably, the pre-voltage pulse is determined from the gap size determined by the detection method, wherein the pre-voltage pulse is redetermined, in particular during each actuation cycle of the injector valve assembly. As a result, the gap size which changes over the service life can also be continuously compensated over the life of the arrangement.
Vorzugsweise wird das Erfassungsverfahren in einem ersten Betätigungszyklus der Injektorventilbaugruppe durchgeführt, wobei das Beaufschlagen der Aktoreinheit mit dem Prä-Spannungspuls zu einem dem ersten Betätigungszyklus zeitlich nachgelagerten zweiten Betätigungszyklus der Injektorventilbaugruppe durchgeführt wird. Daher wird vorteilhaft mit dem Erfassungsverfahren zunächst erfasst, wie groß die Spaltgröße derzeit ist, sodass der nötige Prä-Spannungspuls ermittelt werden kann. Erst in dem nächsten Betätigungszyklus wird dieser Prä-Spannungspuls verwendet, um den Spalt zu kompensieren.Preferably, the detection method is carried out in a first actuation cycle of the injector valve assembly, wherein the actuation of the actuator unit with the pre-voltage pulse is performed at a second actuation cycle of the injector valve assembly that is temporally downstream of the first actuation cycle. Therefore, it is advantageously first detected with the detection method how large the gap size currently is, so that the necessary pre-voltage pulse can be determined. Only in the next cycle of operation, this pre-voltage pulse is used to compensate for the gap.
Dabei ist es vorteilhaft, wenn der Prä-Spannungspuls so früh an die Aktoreinheit gegeben wird, dass ein Spannungspuls zum Öffnen der Injektornadel ohne Zeitverzögerung wie vorgesehen an die Aktoreinheit ausgegeben werden kann. Beispielsweise kann der Prä-Spannungspuls auch bereits sofort nach Durchführung des Erfassungsverfahrens gegeben werden, auch wenn die eigentliche nachfolgende Einspritzung erst zeitlich deutlich später erfolgen soll. It is advantageous if the pre-voltage pulse is given to the actuator unit so early that a voltage pulse for opening the injector needle can be output as intended to the actuator unit without any time delay. For example, the pre-voltage pulse can also be given immediately after the detection process has been carried out, even if the actual subsequent injection should take place much later in time.
Es ist vorteilhaft, wenn der erste Betätigungszyklus und der zweite Betätigungszyklus zeitlich unmittelbar aufeinander folgen.It is advantageous if the first actuation cycle and the second actuation cycle follow one another directly in time.
Insgesamt umfasst ein Gesamt-Injektor einen Aktor, eine Ventilbaugruppe mit einem Ventilsitz und mit einem Ventilkolben, sowie eine Düse mit einem Düsensitz und einer Nadel.Overall, a total injector comprises an actuator, a valve assembly with a valve seat and a valve piston, and a nozzle with a nozzle seat and a needle.
Eine Injektoreinheit zum Einspritzen von Kraftstoff in eine Brennkammer einer Brennkraftmaschine weist eine Injektorventilbaugruppe mit einer Injektornadel auf, wobei die Injektornadel mit einem Nadelsitz ein Injektorventil bildet. Weiter weist die Injektoreinheit einen Piezostapel mit einer Aktoreinheit und einer Sensoreinheit auf, die kraftschlüssig miteinander gekoppelt sind. Die Sensoreinheit ist dabei zum Erfassen von an der Aktoreinheit wirkenden Kräftegradienten ausgebildet, und die Aktoreinheit ist zum Betätigen der Injektorventilbaugruppe ausgebildet. Zwischen dem Piezostapel und der Injektorventilbaugruppe ist ein Spalt mit einer unbekannten Spaltgröße ausgebildet. Weiter ist eine Steuereinheit vorgesehen, die zum Erfassen eines Spannungssignals der Sensoreinheit und zum Beaufschlagen der Aktoreinheit mit einem Spannungspuls ausgebildet ist. Die Steuereinheit ist dabei zum Ausführen des oben beschriebenen Erfassungsverfahrens bzw. zum Ausführen des oben beschriebenen Ansteuerverfahrens ausgebildet.An injector unit for injecting fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine has an injector valve assembly with an injector needle, wherein the injector needle forms an injector valve with a needle seat. Furthermore, the injector unit has a piezo stack with an actuator unit and a sensor unit, which are coupled to one another in a force-locking manner. The sensor unit is designed to detect force gradients acting on the actuator unit, and the actuator unit is designed to actuate the injector valve assembly. Between the piezo stack and the Injektorventilbaugruppe a gap with an unknown gap size is formed. Furthermore, a control unit is provided, which is designed to detect a voltage signal of the sensor unit and to act on the actuator unit with a voltage pulse. The control unit is designed to carry out the detection method described above or to carry out the drive method described above.
Dazu weist die Steuereinheit beispielsweise die beiden genannten Kennfelder auf, sowie Mittel, um Spannungsgradienten des Spannungssignals der Sensoreinheit zu erfassen. Weiter weist die Steuereinheit vorteilhaft Elemente auf, mit denen aus verschiedenen Parametern die Spaltgröße des Spaltes und die nötige Größe des Prä-Spannungspulses zum Schließen des Spaltes ermittelt werden können. Zusätzlich weist die Steuereinheit vorteilhaft eine Ausgabeeinrichtung auf, um Spannungspulse an die Aktoreinheit auszugeben, sodass diese sich in ihrer Länge entlang der Aktoreinheitlängsachse verändern kann.For this purpose, the control unit has, for example, the two named maps, as well as means for detecting voltage gradients of the voltage signal of the sensor unit. Furthermore, the control unit advantageously has elements with which the gap size of the gap and the required size of the pre-voltage pulse for closing the gap can be determined from various parameters. In addition, the control unit advantageously has an output device in order to output voltage pulses to the actuator unit so that they can vary in their length along the actuator unit longitudinal axis.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigt:Advantageous embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings. It shows:
Der Piezostapel
Der Piezostapel
Eine solche Ausdehnung entlang der Aktoreinheitlängsache
In
Der Piezostapel
Die Aktoreinheit
Dadurch, dass die Steuereinheit
Dadurch ist es möglich, mit der Steuereinheit
Ein Flussdiagramm zum Erfassen dieser Spaltgröße
Zunächst wird dabei ein erster Zeitpunkt t1 erfasst, zu dem die Beaufschlagung der Aktoreinheit
In
In einem nachfolgenden Schritt wird dann die Aktoreinheit
Die Steuereinheit
In der Steuereinheit
Weiter ist in der Steuereinheit
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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