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

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. Download PDF

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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 DE 10 2013 206 933 A1 ist es bekannt, einen Piezostapel modular aufzubauen, sodass der Piezostapel neben der beschriebenen Aktoreinheit auch eine Sensoreinheit aufweist, die kraftschlüssig mit der Aktoreinheit gekoppelt ist. Die Sensoreinheit weist dabei wenigstens eine keramische Werkstoffschicht mit jeweils zwei Elektrodenschichten auf. Dadurch können Kraftänderungen, die durch das Öffnen bzw. Schließen der Injektornadel auf den Piezostapel übertragen werden, erfasst werden, sodass Öffnungs- und Schließzeitpunkte der Injektornadel detektiert werden können. Out DE 10 2013 206 933 A1 It is known to construct a piezo stack modular, so that the piezo stack in addition to the described actuator unit also has a sensor unit which is non-positively coupled to the actuator unit. The sensor unit has at least one ceramic material layer, each with two electrode layers. As a result, force changes that are transmitted to the piezo stack by the opening or closing of the injector needle can be detected, so that opening and closing times of the injector needle can be detected.

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.
A detection method for detecting a gap size of a gap between an injector valve assembly of an internal combustion engine and a piezo stack for actuating the injector valve assembly comprises the following steps:
  • - 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.
Opening voltage pulse, the following steps are performed:
  • 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:

1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer Injektoreinheit mit einem Piezostapel und einer Injektorventilbaugruppe, wobei die Injektoreinheit gemäß dem direkt betriebenen Funktionsprinzip funktioniert; 1 a schematic representation of a first embodiment of an injector with a piezo stack and an injector valve assembly, the injector operates according to the directly operated operating principle;

2 eine schmematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer Injektoreinheit mit einem Piezostapel und einer Injektorventilbaugruppe, wobei die Injektoreinheit gemäß dem Funktionsprinzip des Servobetriebes funktioniert; 2 a schematic representation of a second embodiment of an injector with a piezo stack and an injector valve assembly, the injector operates according to the operating principle of the servo operation;

3 eine schematische Längsschnittdarstellung durch den Piezostapel aus 1 und 2 in größerem Detail; 3 a schematic longitudinal section through the piezo stack 1 and 2 in greater detail;

4 ein Flussdiagramm, das ein Erfassungsverfahren zum Erfassen einer Spaltgröße eines Spaltes zwischen dem Piezostapel und der Injektorventilbaugruppe in 1 und 2 darstellt; 4 a flowchart illustrating a detection method for detecting a gap size of a gap between the piezo stack and the Injektorventilbaugruppe in 1 and 2 represents;

5 ein Flussdiagramm, das ein Ansteuerungsverfahren einer Aktoreinheit in dem Piezostapel aus den 13 zum Überwinden des gemäß 4 erfassten Spaltes darstellt, und 5 a flowchart illustrating a driving method of an actuator in the piezo stack of the 1 - 3 to overcome the according to 4 recorded gap, and

6 eine schematische Darstellung einer Steuereinheit, die zum Ausführungen des Erfassungsverfahrens gemäß 4 bzw. des Ansteuerungsverfahrens gemäß 5 ausgebildet ist. 6 a schematic representation of a control unit, the embodiments of the detection method according to 4 or the driving method according to 5 is trained.

1 und 2 zeigen jeweils schematische Darstellungen einer Injektoreinheit 10, die zum Einspritzen von Kraftstoff in eine Brennkammer einer Brennkraftmaschine verwendet wird. Die Injektoreinheit 10 weist eine Injektorventilbaugruppe 12 sowie einen Piezostapel 14 auf, mit dem die Injektorventilbaugruppe 12 betätigt werden kann. In der Injektorventilbaugruppe 12 ist eine Injektornadel 16 angeordnet, die mit einem Nadelsitz 18 so zusammenwirkt, dass sich ein Injektorventil 20 bildet. Hebt sich die Injektornadel 16 von dem Nadelsitz 18 ab, wird das Injektorventil 20 geöffnet, und es kann Kraftstoff in die jeweilige Brennkammer, die mit der Injektoreinheit 10 verbunden ist, eingespritzt werden. Kommt die Injektornadel 16 jedoch wieder in Kraftschluss mit dem Nadelsitz 18, ist das Injektorventil 20 verschlossen, und die Einspritzung von Kraftstoff ist beendet. 1 and 2 each show schematic representations of an injector unit 10 , which is used for injecting fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine. The injector unit 10 has an injector valve assembly 12 and a piezo stack 14 on, with which the injector valve assembly 12 can be operated. In the injector valve assembly 12 is an injector needle 16 arranged with a needle seat 18 so interacts that an injector valve 20 forms. The injector needle lifts 16 from the needle seat 18 off, the injector valve 20 open, and it can inject fuel into the respective combustion chamber, which is connected to the injector unit 10 is injected. Comes the injector needle 16 but again in force with the needle seat 18 , is the injector valve 20 closed, and the injection of fuel is finished.

Der Piezostapel 14 weist, wie später anhand von 3 genauer erläutert wird, eine Aktoreinheit 22 und eine Sensoreinheit 24 auf. Diese sind entlang einer Aktoreinheitlängsachse 26 übereinander in dem Piezostapel 14 angeordnet, wobei die Sensoreinheit 24 über der Aktoreinheit 22 (vgl. 3) oder auch unter der Aktoreinheit 22 angeordnet sein kann.The piezostack 14 points, as later with reference to 3 is explained in more detail, an actuator 22 and a sensor unit 24 on. These are along an actuator unit longitudinal axis 26 one above the other in the piezo stack 14 arranged, wherein the sensor unit 24 above the actuator unit 22 (see. 3 ) or under the actuator unit 22 can be arranged.

Der Piezostapel 14 ist mit einer Steuereinheit 28 verbunden, die einerseits Spannungssignale von der Sensoreinheit 24 erfassen kann, andererseits aber auch Spannungspulse an die Aktoreinheit 22 ausgeben kann, sodass diese sich entlang der Aktoreinheitlängsachse 26 ausdehnt.The piezostack 14 is with a control unit 28 connected, on the one hand voltage signals from the sensor unit 24 can capture, on the other hand, but also voltage pulses to the actuator 22 can spend so that they along the Aktoreinheit longitudinal axis 26 expands.

Eine solche Ausdehnung entlang der Aktoreinheitlängsache 25 führt dazu, dass sich der Piezostapel 14, beispielsweise über einen daran befestigten Pin 30, auf die Injektorventilbaugruppe 12 zu bewegt. Dabei wird ein Spalt 32 überwunden, der im eingebauten Zustand der Injektorventilbaugruppe 12 bzw. des Piezostapels 14 immer vorhanden ist, und sich auch über die Lebensdauer der einzelnen Elemente in seiner Spaltgröße 34 verändert. Ist der Spalt 32 überwunden, und lenkt sich die Aktoreinheit 22 weiter entlang der Aktoreinheitlängsachse 26 aus, wird über eine Betriebseinheit 36 durch die von dem Piezostapel 14 auf die Betriebseinheit 36 wirkende Kraft die Injektornadel 16 aus dem Nadelsitz 18 gehoben. Wird die Spannungsbeaufschlagung der Aktoreinheit 22 beendet, zieht diese sich wieder entlang der Aktoreinheitlängsachse 26 zusammen, sodass der Kontakt zwischen Injektorventilbaugruppe 12 und Piezostapel 14 beendet wird, und die Injektornadel 16 wieder in den Nadelsitz 18 zurückkehren kann.Such expansion along the actuator unit's length 25 causes the piezostack 14 , for example via a pin attached thereto 30 , on the injector valve assembly 12 too moved. This is a gap 32 overcome in the installed state of injector valve assembly 12 or the piezo stack 14 always exists, and also over the life of each element in its gap size 34 changed. Is the gap 32 overcome, and distracts the actuator unit 22 further along the Aktoreinheitlängsachse 26 out, is about an operating unit 36 through the from the piezostack 14 on the operating unit 36 acting force the injector needle 16 from the needle seat 18 lifted. Is the voltage applied to the actuator unit 22 finished, this moves again along the Aktoreinheitlängsachse 26 together so the contact between injector valve assembly 12 and Piezo stacks 14 is finished, and the Injektornadel 16 back in the needle seat 18 can return.

In 1 ist dabei ein direkt betriebenes Funktionssystem gezeigt, bei dem die Betriebseinheit 36 die Injektornadel 16 bei einer Kraftbeaufschlagung von dem Piezostapel 14 her über Hebel 38 aus dem Nadelsitz 18 hebt.In 1 In this case, a directly operated functional system is shown in which the operating unit 36 the injector needle 16 at a force application of the piezo stack 14 over lever 38 from the needle seat 18 lifts.

2 zeigt eine alternative Ausgestaltung, bei der die Injektoreinheit 10 über einen Servobetrieb funktioniert, wobei die Betriebseinheit 36 eine flüssigkeitgefüllte Steuerkammer 40 aufweist, die eine Schließkraft durch den in der Steuerkammer 40 vorhandenen Flüssigkeitsdruck auf die Injektornadel 16 ausübt, und diese so in dem Nadelsitz 18 hält. Bei Kontakt des Piezostapels 14 über den Pin 30 mit einem Ventilelement 42 der Betriebseinheit 36 wird ein Flüssigkeitsdruck in der Steuerkammer 40 abgebaut, sodass sich die Injektornadel 16 aus dem Nadelsitz 18 heben kann. 2 shows an alternative embodiment in which the injector unit 10 via a servo operation works, with the operating unit 36 a liquid filled control chamber 40 having a closing force by the in the control chamber 40 existing fluid pressure on the Injektornadel 16 exercises, and so in the needle seat 18 holds. Upon contact of the piezo stack 14 over the pin 30 with a valve element 42 the operating unit 36 becomes a fluid pressure in the control chamber 40 degraded, so that the Injektornadel 16 from the needle seat 18 can lift.

3 zeigt eine schematische Längsschnittdarstellung des Piezostapels 14 aus 1 und 2 in größerem Detail. 3 shows a schematic longitudinal sectional view of the piezo stack 14 out 1 and 2 in greater detail.

Der Piezostapel 14 weist die Aktoreinheit 22 und die Sensoreinheit 24 auf, die entlang der Aktoreinheitlängsachse 26 in dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel übereinander angeordnet sind, und zwar derart, dass die Sensoreinheit 24 auf der Seite der Aktoreinheit 22 angeordnet ist, die der Injektorventilbaugruppe 12 abgewandt ist. Es ist jedoch auch eine umgekehrte Anordnung von Aktoreinheit 22 und Sensoreinheit 24 möglich. The piezostack 14 indicates the actuator unit 22 and the sensor unit 24 on, along the Aktoreinheitlängsachse 26 in the 3 shown embodiment are arranged one above the other, in such a way that the sensor unit 24 on the side of the actuator unit 22 is arranged, that of the injector valve assembly 12 turned away. However, it is also a reverse arrangement of actuator unit 22 and sensor unit 24 possible.

Die Aktoreinheit 22 umfasst eine Mehrzahl an Elektrodenschichten und eine Mehrzahl an auf Anlegen eines elektrischen Feldes reagierenden Werkstoffschichten, die entlang der Aktoreinheitlängsachse 26 abwechselnd übereinander gestapelt angeordnet sind. Die Elektrodenschichten und die Werkstoffschichten sind in 3 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt. Die elektrische Kontaktierung der Elektrodenschichten erfolgt über Außenelektroden 44, welche über elektrische Leiter 46 mi den Elektrodenschichten elektrisch verbunden sind. Eine Kontaktierung der Außenelektrode 44 kann jedoch auch anders erfolgen. Die Außenelektroden 44 sind mit der Steuereinheit 28 verbunden, die über die Außenelektroden 44 Spannungspulse an die Aktoreinheit 22 abgeben kann, sodass diese sich entlang der Aktoreinheitlängsachse 26 ausdehnt. Die Aktoreinheit 22 ist kraftschlüssig mit der Sensoreinheit 24 verbunden. Auch die Sensoreinheit 24 weist vorteilhaft einen Sensorkörper 48 auf, der beispielsweise aus dem gleichen Werkstoff, der auch die Werkstoffschichten der Aktoreinheit 22 bildet, gebildet ist. An dem Sensorkörper 48 sind Elektrodenschichten 50 angeordnet, und zwar insbesondere an zwei sich gegenüberliegenden Seitenflächen 52, die entlang der Aktoreinheitlängsachse 26 angeordnet sind. Die Elektrodenschichten 50 sind mit einer Spannungsmesseinrichtung 54 verbunden, die ein Spannungssignal der Sensoreinheit 24 an die Steuereinheit 28 weiterleitet.The actuator unit 22 comprises a plurality of electrode layers and a plurality of material layers responsive to application of an electric field along the actuator unit longitudinal axis 26 are arranged alternately stacked. The electrode layers and the material layers are in 3 not shown for reasons of clarity. The electrical contacting of the electrode layers takes place via external electrodes 44 which via electrical conductors 46 mi are electrically connected to the electrode layers. A contacting of the outer electrode 44 but can also be done differently. The outer electrodes 44 are with the control unit 28 connected via the outer electrodes 44 Voltage pulses to the actuator unit 22 can leave so that they along the Aktoreinheitlängsachse 26 expands. The actuator unit 22 is non-positive with the sensor unit 24 connected. Also the sensor unit 24 advantageously has a sensor body 48 on, for example, from the same material, which also includes the material layers of the actuator 22 forms, is formed. On the sensor body 48 are electrode layers 50 arranged, in particular on two opposite side surfaces 52 along the actuator unit longitudinal axis 26 are arranged. The electrode layers 50 are with a voltage measuring device 54 connected, which is a voltage signal of the sensor unit 24 to the control unit 28 forwards.

Dadurch, dass die Steuereinheit 28 Spannungssignale der Sensoreinheit 24, vermittelt über die Spannungsmesseinrichtung 54, erfassen kann, können sämtliche Kräftegradienten, die innerhalb des Piezostapels 14 auftreten, von der Steuereinheit 28 erfasst werden. In that the control unit 28 Voltage signals of the sensor unit 24 , mediated via the voltage measuring device 54 , can capture all forces gradients that are within the piezo stack 14 occur from the control unit 28 be recorded.

Dadurch ist es möglich, mit der Steuereinheit 28 auch ein Erfassungsverfahren durchzuführen, mit dem die Spaltgröße 34 des Spaltes 32 zwischen der Injektorventilbaugruppe 12 und dem Piezostapel 14 zuverlässig erfasst werden kann.This makes it possible with the control unit 28 also perform a detection method with which the gap size 34 of the gap 32 between the injector valve assembly 12 and the piezostack 14 can be detected reliably.

Ein Flussdiagramm zum Erfassen dieser Spaltgröße 34 ist dazu in 4 dargestellt.A flowchart for detecting this gap size 34 is in to 4 shown.

Zunächst wird dabei ein erster Zeitpunkt t1 erfasst, zu dem die Beaufschlagung der Aktoreinheit 22 mit einem Spannungspuls ausgehend von der Steuereinheit 24 erfolgt. Danach wird erfasst, wann zu einem zweiten Zeitpunkt t2 in einem Spannungssignal, das von der Sensoreinheit 24 zu der Steuereinheit 28 gemeldet wird, ein Spannungsgradient dU auftritt. Aus den beiden Zeitpunkten t1, t2 kann dann die Zeitdauer Δt erfasst werden, die bis zum Auftreten des Spannungsgradienten dU vergangen ist. Unter Heranziehung eines ersten Kennfeldes K1, das die Spaltgröße 34 in Abhängigkeit der Zeitdauer Δt setzt, kann dann die zum aktuellen Zeitpunkt vorliegende Spaltgröße 34 ermittelt werden. Gleichzeitig wird das Spannungssignal der Sensoreinheit 24 weiter von der Steuereinheit 28 erfasst, sodass ein dritter Zeitpunkt t3 ermittelt werden kann, zu dem ein weiterer Spannungsgradient dU auftritt, nämlich dann, wenn sich die Injektornadel 16 von dem Nadelsitz 18 abhebt. Um den zweiten Zeitpunkt t2 von dem dritten Zeitpunkt t3 unterscheiden zu können, wird das Vorzeichen des Spannungsgradienten herangezogen, der zum Zeitpunkt t2 positiv, und zum Zeitpunkt t3 negativ ist. Im weiteren Verlauf kann vor allem bei direkt angetriebenen Injektoreinheiten auch in einem vierten Zeitpunkt t4 ein weiterer Spannungsgradient dU erfasst, der ein positives Vorzeichen hat, was auf ein Schließen der Injektornadel 16 zurückzuführen ist.First, a first time t 1 is detected, to which the actuation of the actuator unit 22 with a voltage pulse from the control unit 24 he follows. Thereafter, it is detected when at a second time t 2 in a voltage signal from the sensor unit 24 to the control unit 28 is reported, a voltage gradient dU occurs. From the two times t 1 , t 2 , the time duration .DELTA.t can be detected, which has elapsed until the occurrence of the voltage gradient dU. Using a first map K 1 , the gap size 34 depending on the time duration .DELTA.t sets, then the existing present time gap size 34 be determined. At the same time, the voltage signal of the sensor unit 24 further from the control unit 28 detected, so that a third time t 3 can be determined, to which a further voltage gradient dU occurs, namely, when the Injektornadel 16 from the needle seat 18 takes off. In order to distinguish the second time t 2 from the third time t 3 , the sign of the voltage gradient is used, which is positive at time t 2 and negative at time t 3 . In the further course, especially in the case of directly driven injector units, a further voltage gradient dU, which has a positive sign, can also be detected at a fourth time t4, which indicates a closing of the injector needle 16 is due.

In 5 ist ein Flussdiagramm dargestellt, das ein Ansteuerungsverfahren schematisch zeigt, mit dem die Aktoreinheit 22 über die Steuereinheit 28 angesteuert werden kann. Dabei wird zunächst, wie mit Bezug auf 4 beschrieben, die Spaltgröße 34 des Spaltes 32 zwischen der Injektorventilbaugruppe 12 und dem Piezostapel 14 ermittelt. Aus einem zweiten Kennfeld K2, das eine Größe eines notwenigen Prä-Spannungspulses zum Schließen des Spaltes 32 in Abhängigkeit der ermittelten Spaltgröße 34 setzt, wird dann die Größe des Prä-Spannungspulses ermittelt, die notwendig ist, um den Spalt 32 zu schließen.In 5 FIG. 3 is a flow chart schematically showing a driving method by which the actuator unit 22 via the control unit 28 can be controlled. At first, as with reference to 4 described the gap size 34 of the gap 32 between the injector valve assembly 12 and the piezostack 14 determined. From a second map K 2 , which is a size of a necessary pre-voltage pulse to close the gap 32 depending on the determined gap size 34 is set, then the size of the pre-voltage pulse is determined, which is necessary to the gap 32 close.

In einem nachfolgenden Schritt wird dann die Aktoreinheit 22 mit diesem Prä-Spannungspuls beaufschlagt. Nachfolgend wird dann die Aktoreinheit 22 mit einem Öffnungspuls beaufschlagt, um die Injektornadel 16 von dem Nadelsitz 18 abzuheben. In a subsequent step then becomes the actuator unit 22 subjected to this pre-voltage pulse. Subsequently, the actuator unit 22 with an opening pulse applied to the Injektornadel 16 from the needle seat 18 withdraw.

Die Steuereinheit 28 ist ausgebildet, sowohl das in 4 dargestellte Ermittlungsverfahren als auch das in 5 dargestellte Ansteuerungsverfahren durchzuführen. Dazu weist die Steuereinheit 28, wie in 6 schematisch dargestellt ist, die Kennfelder K1 und K2 auf. Weiter ist eine Erfassungseinrichtung 56 zum Erfassen eines Spannungsgradienten dU in dem Spannungssignal von der Sensoreinheit 24 vorgesehen. Zusätzlich umfasst die Steuereinheit 28 eine Zeitmesseinrichtung 58 und eine Ausgabeeinrichtung 60, die eine Öffnungspulsausgabeeinrichtung 62 umfasst, von welcher ein Öffnungspuls an die Aktoreinheit 22 zum Öffnen der Injektornadel 16 ausgegeben wird. Die Öffnungspulsausgabeeinrichtung 62 gibt ein Signal an die Zeitmesseinrichtung 58, wenn sie einen Öffnungspuls an die Aktoreinheit 22 ausgegeben hat. Die Erfassungseinrichtung 56 gibt ein Signal an die Zeitmesseinrichtung 58, wenn über die Sensoreinheit 24 ein Spannungsgradient dU ermittelt worden ist. Daraus kann die Zeitmesseinrichtung 58 die Zeitdauer Δt bestimmen.The control unit 28 is educated, both in 4 presented preliminary investigation as well as in 5 to perform illustrated driving method. For this purpose, the control unit 28 , as in 6 is shown schematically, the maps K 1 and K 2 on. Next is a detection device 56 for detecting a voltage gradient dU in the voltage signal from the sensor unit 24 intended. In addition, the control unit includes 28 a time measuring device 58 and an output device 60 which includes an opening pulse output device 62 comprises, from which an opening pulse to the actuator unit 22 for opening the injector needle 16 is issued. The Opening pulse output device 62 gives a signal to the time measuring device 58 when it sends an opening pulse to the actuator unit 22 spent. The detection device 56 gives a signal to the time measuring device 58 if over the sensor unit 24 a voltage gradient dU has been determined. From this, the time measuring device 58 determine the duration Δt.

In der Steuereinheit 28 ist weiter eine Ermittlungseinheit 64 vorgesehen, die die Spaltgröße 34 ermitteln kann. Dazu wird ihr aus der Zeitmesseinrichtung 58 die erfasste Zeitdauer Δt sowie das Kennfeld K1 und die Größe des Öffnungspulses zugeführt. Aus diesen Daten ist es möglich, die Spaltgröße 34 zu ermitteln, da das Kennfeld K1 die Spaltgröße 34 in Abhängigkeit setzt von der Zeitdauer Δt und der Größe des Öffnungspulses.In the control unit 28 is still an investigative unit 64 provided the gap size 34 can determine. You will be from the time measuring device 58 supplied the detected time period .DELTA.t and the map K 1 and the size of the opening pulse. From this data it is possible to determine the gap size 34 to determine, since the map K 1, the gap size 34 depending on the time duration .DELTA.t and the size of the opening pulse.

Weiter ist in der Steuereinheit 28 eine Bestimmungseinheit 66 vorgesehen, um die Größe des Prä-Spannungspulses zu bestimmen, und zwar anhand der ermittelten Spaltgröße 34 und des zweiten Kennfeldes K2, das den notwendigen Prä-Spannungspuls zum Schließen des Spaltes 32 in Abhängigkeit setzt zu der ermittelten Spaltgröße 34. Die Ausgabeeinrichtung 60 umfasst neben der Öffnungspulsausgabeeinrichtung 62 auch eine Prä-Spannungspulsausgabeeinrichtung 68, der der bestimmte Prä-Spannungspuls aus der Bestimmungseinheit 66 zugeführt wird. Die Prä-Spannungspulsausgabeeinrichtung 68 gibt dann ein Signal an die Aktoreinheit 22 aus, die dem bestimmten Prä-Spannungspuls entspricht, sodass die Aktoreinheit 22 sich derart entlang der Aktoreinheitlängsachse 26 ausdehnen kann, dass der Spalt 32 verschwindet. Next is in the control unit 28 a determination unit 66 provided to determine the size of the pre-voltage pulse, based on the determined gap size 34 and the second map K 2 , the necessary pre-voltage pulse to close the gap 32 depending on the determined gap size 34 , The output device 60 includes in addition to the opening pulse output device 62 also a pre-voltage pulse output device 68 , which is the definite pre-voltage pulse from the determination unit 66 is supplied. The pre-voltage pulse output device 68 then sends a signal to the actuator unit 22 which corresponds to the predetermined pre-voltage pulse, so that the actuator unit 22 so along the Aktoreinheitlängsachse 26 can stretch that gap 32 disappears.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102013206933 A1 [0005] DE 102013206933 A1 [0005]

Claims (10)

Erfassungsverfahren zum Erfassen einer Spaltgröße eines Spaltes zwischen einer Injektorventilbaugruppe (12) einer Brennkraftmaschine und einem Piezostapel (14) zum Betätigen der Injektorventilbaugruppe (12), aufweisend die Schritte: – Bereitstellen eines Piezostapels (14) mit einer Aktoreinheit (22) und einer Sensoreinheit (24), die kraftschlüssig miteinander gekoppelt sind, wobei die Sensoreinheit (24) zum Erfassen von an der Aktoreinheit (22) wirkenden Kräftegradienten ausgebildet ist; – Bereitstellen einer Injektorventilbaugruppe (12), die im Betrieb über die Aktoreinheit (22) betätigt wird, wobei die Injektorventilbaugruppe (12) und der Piezostapel (14) über einen Spalt (32) mit unbekannter Spaltgröße (34) voneinander beabstandet angeordnet sind; – Erfassen eines Spannungssignals der Sensoreinheit (24); – Beaufschlagen der Aktoreinheit (22) mit einem definierten Spannungspuls, sodass sich die Aktoreinheit (22) unter Verringerung des Spaltes (32) entlang einer Aktoreinheitlängsachse (26) auslenkt; – Erfassen einer Zeitdauer (Δt) der Spannungspulsbeaufschlagung der Aktoreinheit ausgehend von einem ersten Zeitpunkt (t1), in dem die Spannungspulsbeaufschlagung beginnt, bis zu einem zweiten Zeitpunkt (t2), in dem in dem erfassten Spannungssignal der Sensoreinheit (24) ein Spannungsgradient (dU) auftritt; – Ermitteln der Spaltgröße (34) des Spaltes (32) aus der erfassten Zeitdauer (Δt) und dem definierten Spannungspuls.A detection method for detecting a gap size of a gap between an injector valve assembly ( 12 ) an internal combustion engine and a piezo stack ( 14 ) for actuating the injector valve assembly ( 12 ), comprising the steps of: - providing a piezo stack ( 14 ) with an actuator unit ( 22 ) and a sensor unit ( 24 ), which are non-positively coupled to each other, wherein the sensor unit ( 24 ) for detecting at the actuator unit ( 22 ) acting force gradient is formed; Providing an injector valve assembly ( 12 ), which in operation via the actuator unit ( 22 ), the injector valve assembly ( 12 ) and the piezo stack ( 14 ) over a gap ( 32 ) with unknown gap size ( 34 ) are spaced from each other; Detecting a voltage signal of the sensor unit ( 24 ); - applying the actuator unit ( 22 ) with a defined voltage pulse so that the actuator unit ( 22 ) while reducing the gap ( 32 ) along an actuator unit longitudinal axis ( 26 ) deflects; Detecting a time duration (Δt) of the voltage pulse application of the actuator unit from a first time point (t 1 ) in which the voltage pulse application starts, to a second time point (t 2 ) in which the detected voltage signal of the sensor unit ( 24 ) a voltage gradient (dU) occurs; Determining the gap size ( 34 ) of the gap ( 32 ) from the detected time duration (Δt) and the defined voltage pulse. Erfassungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spaltgröße (34) des Spaltes (32) zwischen dem Piezostapel (14) und der Injektorventilbaugruppe (12) bei jedem Betätigungszyklus der Injektorventilbaugruppe (12) erfasst wird.Detection method according to claim 1, characterized in that the gap size ( 34 ) of the gap ( 32 ) between the piezo stack ( 14 ) and the injector valve assembly ( 12 ) at each actuation cycle of the injector valve assembly ( 12 ) is detected. Erfassungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dem zweiten Zeitpunkt (t2) ein positiver Spannungsgradient (dU) in dem Spannungssignal der Sensoreinheit (24) erfasst wird.Detection method according to one of claims 1 or 2, characterized in that in the second time (t 2 ) a positive voltage gradient (dU) in the voltage signal of the sensor unit ( 24 ) is detected. Erfassungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in einem dritten Zeitpunkt (t3), in dem eine Injektornadel (16) der Injektorventilbaugruppe (12) von einem Nadelsitz (18) abhebt, ein zweiter Spannungsgradient (dU) in dem Spannungssignal der Sensoreinheit (24) erfasst wird, wobei insbesondere ein negativer Spannungsgradient (dU) in dem Spannungssignal der Sensoreinheit (24) erfasst wird.Detection method according to one of claims 1 to 3, characterized in that in a third time (t 3 ), in which an injector needle ( 16 ) of the injector valve assembly ( 12 ) from a needle seat ( 18 ), a second voltage gradient (dU) in the voltage signal of the sensor unit ( 24 ), wherein in particular a negative voltage gradient (dU) in the voltage signal of the sensor unit ( 24 ) is detected. Erfassungsverfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in einem vierten Zeitpunkt (t4), in dem die Injektornadel (16) in Kraftschluss mit dem Nadelsitz (18) kommt, ein dritter Spannungsgradient (dU) in dem Spannungssignal der Sensoreinheit (24) erfasst wird, wobei zwischen dem vierten Zeitpunkt (t4) und dem zweiten Zeitpunkt (t2) der dritte Zeitpunkt (t3) liegt, wobei in dem vierten Zeitpunkt (t4) insbesondere ein positiver Spannungsgradient (dU) in dem Spannungssignal der Sensoreinheit (24) erfasst wird.Detection method according to claim 4, characterized in that at a fourth point in time (t 4 ) in which the injector needle ( 16 ) in frictional engagement with the needle seat ( 18 ), a third voltage gradient (dU) in the voltage signal of the sensor unit ( 24 ) is detected, wherein between the fourth time (t 4 ) and the second time (t 2 ), the third time (t 3 ), wherein in the fourth time (t 4 ) in particular a positive voltage gradient (dU) in the voltage signal of Sensor unit ( 24 ) is detected. Ansteuerungsverfahren zum Ansteuern einer Aktoreinheit (22) in einem Piezostapel (14) zum Betätigen einer Injektorventilbaugruppe (12) in einer Brennkraftmaschine, wobei die Aktoreinheit (22) mit einem vorbestimmten Öffnungsspannungspuls zum Abheben einer Injektornadel (16) der Injektorventilbaugruppe (12) von einem Nadelsitz (18) beaufschlagt wird, wobei vor der Beaufschlagung der Aktoreinheit (22) mit dem Öffnungsspannungspuls die folgenden Schritte durchgeführt werden: – Durchführen des Erfassungsverfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zum Erfassen einer Spaltgröße (34) eines Spaltes (32) zwischen dem Piezostapel (14) und der Injektorventilbaugruppe (12); – Beaufschlagen der Aktoreinheit (22) mit einem Prä-Spannungspuls zum Schließen des Spaltes (32) zwischen der Aktoreinheit (22) und der Injektorventilbaugruppe (12).Driving method for driving an actuator unit ( 22 ) in a piezo stack ( 14 ) for actuating an injector valve assembly ( 12 ) in an internal combustion engine, wherein the actuator unit ( 22 ) with a predetermined opening voltage pulse for lifting an injector needle ( 16 ) of the injector valve assembly ( 12 ) from a needle seat ( 18 ) is acted upon, wherein prior to the actuation of the actuator unit ( 22 ) the following steps are carried out with the opening voltage pulse: - performing the detection method according to one of claims 1 to 5 for detecting a gap size ( 34 ) of a gap ( 32 ) between the piezo stack ( 14 ) and the injector valve assembly ( 12 ); - applying the actuator unit ( 22 ) with a pre-voltage pulse for closing the gap ( 32 ) between the actuator unit ( 22 ) and the injector valve assembly ( 12 ). Ansteuerungsverfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Prä-Spannungspuls aus der mit dem Erfassungsverfahren ermittelten Spaltgröße (34) bestimmt wird, wobei der Prä-Spannungspuls insbesondere bei jedem Betätigungszyklus der Injektorventilbaugruppe (12) neu bestimmt wird.A driving method according to claim 6, characterized in that the pre-voltage pulse is determined from the gap size determined by the detection method ( 34 In particular, the pre-voltage pulse is determined during each actuation cycle of the injector valve assembly (FIG. 12 ) is redetermined. Ansteuerungsverfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Erfassungsverfahren in einem ersten Betätigungszyklus der Injektorventilbaugruppe (12) durchgeführt wird, und dass das Beaufschlagen der Aktoreinheit (22) mit dem Prä-Spannungspuls zu einem dem ersten Betätigungszyklus zeitlich nachgelagerten zweiten Betätigungszyklus der Injektorventilbaugruppe (12) durchgeführt wird.Drive method according to one of Claims 6 or 7, characterized in that the detection method is used in a first actuation cycle of the injector valve assembly ( 12 ) and that the actuation of the actuator unit ( 22 ) with the pre-voltage pulse at a second actuation cycle of the injector valve assembly (11) after the first actuation cycle ( 12 ) is carried out. Ansteuerungsverfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Betätigungszyklus und der zweite Betätigungszyklus zeitlich unmittelbar aufeinander folgen.Control method according to claim 8, characterized in that the first actuation cycle and the second actuation cycle follow one another directly in time. Injektoreinheit (10) zum Einspritzen von Kraftstoff in eine Brennkammer einer Brennkraftmaschine, aufweisend: – eine Injektorventilbaugruppe (12) mit einer Injektornadel (16), wobei die Injektornadel (16) mit einem Nadelsitz (18) ein Injektorventil (20) bildet; – einen Piezostapel (14) mit einer Aktoreinheit (22) und einer Sensoreinheit (24), die kraftschlüssig miteinander gekoppelt sind, wobei die Sensoreinheit (24) zum Erfassen von an der Aktoreinheit (22) wirkenden Kräftegradienten ausgebildet ist, und wobei die Aktoreinheit (22) zum Betätigen der Injektorventilbaugruppe (12) ausgebildet ist; wobei zwischen dem Piezostapel (14) und der Injektorventilbaugruppe (12) ein Spalt (32) mit einer unbekannten Spaltgröße (34) ausgebildet ist; – eine Steuereinheit (28), die zum Erfassen eines Spannungssignals der Sensoreinheit (24) und zum Beaufschlagen der Aktoreinheit (22) mit einem Spannungspuls ausgebildet ist, wobei die Steuereinheit (28) zum Ausführen des Erfassungsverfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 und/oder zum Ausführen des Ansteuerverfahrens nach einem der Ansprüche 9 ausgebildet ist.Injector unit ( 10 ) for injecting fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine, comprising: - an injector valve assembly ( 12 ) with an injector needle ( 16 ), whereby the injector needle ( 16 ) with a needle seat ( 18 ) an injector valve ( 20 ) forms; - a piezo stack ( 14 ) with an actuator unit ( 22 ) and a sensor unit ( 24 ), which are non-positively coupled to each other, wherein the sensor unit ( 24 ) for detecting at the actuator unit ( 22 ) acting force gradient is formed, and wherein the actuator unit ( 22 ) for actuating the injector valve assembly ( 12 ) is trained; between the piezo stack ( 14 ) and the injector valve assembly ( 12 ) A gap ( 32 ) with an unknown gap size ( 34 ) is trained; A control unit ( 28 ), for detecting a voltage signal of the sensor unit ( 24 ) and for acting on the actuator unit ( 22 ) is formed with a voltage pulse, wherein the control unit ( 28 ) for carrying out the detection method according to one of claims 1 to 5 and / or for carrying out the drive method according to any one of claims 9 is formed.
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