DE10319530B4 - Method and device for monitoring an electromechanical actuator - Google Patents

Method and device for monitoring an electromechanical actuator Download PDF

Info

Publication number
DE10319530B4
DE10319530B4 DE10319530A DE10319530A DE10319530B4 DE 10319530 B4 DE10319530 B4 DE 10319530B4 DE 10319530 A DE10319530 A DE 10319530A DE 10319530 A DE10319530 A DE 10319530A DE 10319530 B4 DE10319530 B4 DE 10319530B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
actuator
sig
test signal
piezo
signal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE10319530A
Other languages
German (de)
Other versions
DE10319530A1 (en
Inventor
Christian Dr. Hoffmann
Manfred Weigl
Jörg WONESCH
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Vitesco Technologies GmbH
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to DE10319530A priority Critical patent/DE10319530B4/en
Publication of DE10319530A1 publication Critical patent/DE10319530A1/en
Application granted granted Critical
Publication of DE10319530B4 publication Critical patent/DE10319530B4/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/20—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils
    • F02D41/2096—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils for controlling piezoelectric injectors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/22—Safety or indicating devices for abnormal conditions
    • F02D41/221—Safety or indicating devices for abnormal conditions relating to the failure of actuators or electrically driven elements
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/02—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors
    • H02N2/06—Drive circuits; Control arrangements or methods
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80—Constructional details
    • H10N30/802—Circuitry or processes for operating piezoelectric or electrostrictive devices not otherwise provided for, e.g. drive circuits
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/20—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils
    • F02D2041/2003—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils using means for creating a boost voltage, i.e. generation or use of a voltage higher than the battery voltage, e.g. to speed up injector opening
    • F02D2041/2006—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils using means for creating a boost voltage, i.e. generation or use of a voltage higher than the battery voltage, e.g. to speed up injector opening by using a boost capacitor

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)

Abstract

Verfahren zur Überwachung eines elektromechanischen Aktors (P1–P4, P1'–P4'), insbesondere zur Überwachung eines Piezoaktors für einen Injektor einer Einspritzanlage,
mit den folgenden Schritten:
– Ermittlung mindestens einer elektrischen Betriebsgröße (I, I', U, U') des Aktors (P1–P4, P1'–P4'),
– Ermittlung der auf den Aktor (P1–P4, P1'–P4') wirkenden Kraft (FPIEZO, F'PIEZO) in Abhängigkeit von der elektrischen Betriebsgröße (I, I', U, U') des Aktors (P1–P4, P1'–P4'), wobei in Abhängigkeit von der auf den Aktor (P1–P4, P1'–P4') wirkenden Kraft (FPIEZO, F'PIEZO) der Leerhub des Aktors (P1–P4, P1'–P4') und/oder der Ventilöffnungshub ermittelt wird,
gekennzeichnet durch
folgenden Schritt:
– Ansteuerung des Aktors (P1–P4, P1'–P4') mit einem elektrischen Prüfsignal (USIG, U'SIG) bei der Ermittlung der elektrischen Betriebsgröße (I, I', U, U') des Aktors (P1–P4, P1'–P4'), wobei das Prüfsignal (USIG, U'SIG) einen Wechselanteil aufweist.Method for monitoring an electromechanical actuator (P1-P4, P1'-P4 '), in particular for monitoring a piezoelectric actuator for an injector of an injection system,
with the following steps:
Determination of at least one electrical operating variable (I, I ', U, U') of the actuator (P1-P4, P1'-P4 '),
- Determining the force acting on the actuator (P1-P4, P1'-P4 ') (F PIEZO , F' PIEZO ) as a function of the electrical operating variable (I, I ', U, U') of the actuator (P1-P4 , P1'-P4 '), wherein depending on the force acting on the actuator (P1-P4, P1'-P4') (F PIEZO , F ' PIEZO ), the idle stroke of the actuator (P1-P4, P1'-P4 ') and / or the valve opening stroke is determined,
marked by
following step:
- Actuation of the actuator (P1-P4, P1'-P4 ') with an electrical test signal (U SIG , U' SIG ) in the determination of the electrical operating variable (I, I ', U, U') of the actuator (P1-P4 , P1'-P4 '), wherein the test signal (U SIG , U' SIG ) has an alternating component.

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung eines elektromechanischen Aktors, insbesondere zur Überwachung eines Piezoaktors für einen Injektor einer Einspritzanlage, gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1 bzw. 9.The The invention relates to a method and a device for monitoring an electromechanical actuator, in particular for monitoring a piezo actuator for an injector of an injection system, according to the preamble of claims 1 and 9th

Bei modernen Einspritzanlagen für Brennkraftmaschinen erfolgt die Kraftstoffeinspritzung in die einzelnen Brennräume der Brennkraftmaschine durch Injektoren, die durch elektromechanische Wandler angesteuert werden, wobei zur Ansteuerung der Injektoren beispielsweise Piezoaktoren eingesetzt werden. Die eigentliche Steuerung der Kraftstoffeinspritzung erfolgt hierbei durch eine Ventilnadel, die in dem Injektor verschiebbar gelagert ist und von dem Piezoaktor über einen Hebel und ein Servoventil angesteuert wird. Problematisch an einem derartigen Injektor ist die Tatsache, dass die Kraftübertragung von dem Piezoaktor auf das Servoventil zur Ansteuerung der Ventilnadel nicht spielfrei ist, so dass der Injektor einen Leerhub aufweist, der einer fertigungs- und alterungsbedingten Bauteilstreuung unterliegt. Dieser Leerhub verringert jedoch die Mengengenauigkeit bei der Einspritzung und führt zu unerwünschten Abweichungen zwischen den Injektoren der Brennkraftmaschine, wenn diese einen unterschiedlichen Leerhub aufweisen.at modern injection systems for Internal combustion engines, the fuel injection takes place in the individual combustion chambers the internal combustion engine by injectors, by electromechanical transducers be controlled, for controlling the injectors, for example Piezoactors are used. The actual control of the fuel injection takes place here by a valve needle which is displaceable in the injector is mounted and of the piezoelectric actuator via a lever and a servo valve is controlled. The problem with such an injector the fact that the power transmission from the piezoelectric actuator to the servo valve to control the valve needle not free of play, so that the injector has a free stroke, which is subject to a manufacturing and aging-related component scattering. However, this idle stroke reduces the quantity accuracy in the injection and leads too unwanted Deviations between the injectors of the internal combustion engine, when these have a different idle stroke.

Es ist weiterhin bekannt, serienmäßig verwendete Injektoren auf einen definierten Leerhub einzustellen, wobei die temperaturabhängige Änderung des Leerhubs über eine geeignete Materialauswahl und Dimensionierung für die Piezoaufnahme minimiert wird. Es ist jedoch hierbei nicht möglich, bauteilspezifische Streuungen der Wärmeausdehnung des Piezoaktors und Alterungseffekte zu berücksichtigen.It is still known, used as standard To set injectors to a defined idle stroke, the temperature-dependent change the idle stroke over minimizes suitable material selection and dimensioning for the piezo pickup becomes. However, it is not possible here, component-specific variations the thermal expansion of the piezoelectric actuator and aging effects.

Es wurde deshalb bereits versucht, den Leerhub eines Injektors zu detektieren, indem der Spannungs- oder Stromverlauf des Piezoaktors ausgewertet wird. Hierbei wird die physikalische Erkenntnis ausgenutzt, dass die effektive Kapazität eines Piezoaktors von der Kraft abhängig ist, die auf den Piezoaktor wirkt. Dies ist wichtig, da im Betrieb des Piezoaktors eine sprungartige Krafterhöhung auftritt, wenn der Leerhub überschritten wird und der Piezoaktor auf das Servoventil oder sonstige Kraftübertragungselemente zwischen dem Piezoaktor und dem Servoventil auftrifft, was zu einer entsprechenden sprungartigen Änderung der effektiven Kapazität des Piezoaktors führt. Diese Änderung der effektiven Kapazität des Piezoaktors beim Überschreiten des Leerhubs äußert sich in dem Spannungs- oder Stromverlauf in einem Knick, so dass der Leerhub des Injektors durch eine Auswertung des Spannungs- oder Stromverlaufs ermittelt werden kann. Die Auswertung des Spannungs- oder Stromverlaufs des Piezoaktors zur Ermittlung des Leerhubs des Injektors ist jedoch schwierig, da es sich hierbei um einen hochdynamischen Vorgang handelt, bei dem sich mehrere Effekte überlagern können. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, dass aufgrund elastischer Verformungen unter hydraulischem Druck möglicherweise kein echter Leerhub im engeren Sinne existiert, so dass der zu messende Leerhub aus einer Überwindung von elastischen Verformungen besteht, was nach dem vorstehend beschriebenen bekannten Messprinzip bei niedrigem Raildruck aber sehr hohe Anforderungen an die Auswertungen des Spannungs- oder Stromverlaufs stellt, da hierbei nicht die Ventilfeder des Injektors die wesentliche Kraftkomponente erzeugt, sondern der hydraulische Druck am geschlossenen Ventil. Ein derartiges Überwachungsverfahren für einen Piezoaktor ist beispielsweise aus DE 100 12 607 C2 bekannt.It has therefore already been attempted to detect the idle stroke of an injector by the voltage or current curve of the piezoelectric actuator is evaluated. Here, the physical knowledge is exploited that the effective capacity of a piezoelectric actuator is dependent on the force acting on the piezoelectric actuator. This is important because in the operation of the piezoelectric actuator, a sudden increase in force occurs when the idle stroke is exceeded and the piezoelectric actuator impinges on the servo valve or other power transmission elements between the piezoelectric actuator and the servo valve, resulting in a corresponding sudden change in the effective capacity of the piezoelectric actuator. This change in the effective capacity of the piezoelectric actuator when the idle stroke is exceeded manifests itself in the voltage or current curve in a kink, so that the idle stroke of the injector can be determined by an evaluation of the voltage or current profile. However, the evaluation of the voltage or current profile of the piezoelectric actuator for determining the idle stroke of the injector is difficult, since this is a highly dynamic process in which several effects can overlap. In addition, there is the possibility that due to elastic deformation under hydraulic pressure possibly no real idle stroke exists in the strict sense, so that the measured idle stroke consists of overcoming elastic deformation, which according to the known measuring principle described above at low rail pressure but very high demands to the evaluations of the voltage or current curve, since in this case not the valve spring of the injector generates the essential force component, but the hydraulic pressure at the closed valve. Such a monitoring method for a piezoelectric actuator is for example out DE 100 12 607 C2 known.

Nachteilig an dem vorstehend beschriebenen Verfahren zur Ermittlung des Leerhubs eines Injektors ist also die schwierige und aufwendige Auswertung des Spannungs- oder Stromverlaufs.adversely in the method described above for determining the idle stroke an injector is therefore the difficult and expensive evaluation the voltage or current profile.

Weiterhin ist aus DE 199 31 233 A1 ein Ansteuerverfahren für einen Piezoaktor bekannt, bei dem zur Temperaturbestimmung eine Kleinsignalmessung an dem Piezoaktor erfolgt.Furthermore, it is off DE 199 31 233 A1 a driving method for a piezoelectric actuator, in which a small signal measurement is carried out on the piezoelectric actuator for determining the temperature.

Ferner ist aus DE 199 29 589 C2 eine Einspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine bekannt.Furthermore, it is off DE 199 29 589 C2 an injection device for an internal combustion engine known.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, um mit möglichst geringem Aufwand und großer Genauigkeit die auf einen elektromechanischen Aktor wirkende Kraft zu ermitteln, so dass der Leerhub bestimmt werden kann.Of the The invention is therefore based on the object, a method and to provide a device with the least possible effort and great accuracy to determine the force acting on an electromechanical actuator, so that the idle stroke can be determined.

Diese Aufgabe wird, ausgehend von dem vorstehend beschriebenen bekannten Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 und – hinsichtlich einer entsprechenden Vorrichtung – durch die Merkmale des Anspruchs 9 gelöst.These Task is, starting from the above-described known Method according to the preamble of claim 1, by the characterizing features of the claim 1 and - regarding a corresponding device - by the features of the claim 9 solved.

Die Erfindung umfaßt die allgemeine technische Lehre, zur Leerhubdetektion die Kleinsignalkapazität des Piezoaktors zu messen, um die eingangs beschriebenen messtechnischen Probleme bei der Erfassung der Großsignalkapazität des Piezoaktors zu umgehen.The Invention the general technical teaching, for Leerhubdetektion the small signal capacity of the piezoelectric actuator to measure the metrological problems described above when detecting the large signal capacity of the piezoelectric actuator too bypass.

Die Erfindung sieht deshalb vor, dass der Piezoaktor zur Messung der Kleinsignalkapazität mit einem elektrischen Prüfsignal angesteuert wird, wobei das Prüfsignal einen Wechselanteil aufweist.The invention therefore provides that the piezoelectric actuator for measuring the small signal capacity with an electrical test signal is driven, wherein the test signal has an alternating component.

Bei dem Prüfsignal kann es sich beispielsweise um ein Wechselspannungs- oder Wechselstromsignal handeln, das vorzugsweise gleichanteilsfrei ist.at the test signal For example, it may be an AC or AC signal act, which is preferably Gleichanteilsfrei.

Die Frequenz des Wechselanteils des Prüfsignals ist vorzugsweise größer als 50 kHz, um den Kraftverlauf im Zeitbereich von ungefähr 200 μs ausreichend hoch aufzulösen.The Frequency of the alternating component of the test signal is preferably greater than 50 kHz to the force curve in the time range of about 200 microseconds sufficient high resolution.

Vorzugsweise wird das Prüfsignal auf das normale Steuersignal für den Aktor aufmoduliert, was im normalen Einspritzbetrieb eine Messung der auf den Piezoaktor wirkenden Kraft und damit eine Leerhubdetektion ermöglicht.Preferably becomes the test signal to the normal control signal for modulated on the actuator, which in normal injection mode, a measurement the force acting on the piezoelectric actuator and thus a Leerhubdetektion allows.

Es ist jedoch alternativ auch möglich, dass der Aktor zeitlich getrennt von dem normalen Steuersignal mit dem Prüfsignal angesteuert wird, so dass die Bestimmung der auf den Piezoaktor wirkenden Kraft außerhalb des normalen Einspritzbetriebs in einem separaten Prüfbetrieb erfolgt.It however, it is also possible as an alternative that the actuator is separated in time from the normal control signal with the test signal is controlled so that the determination of the piezoelectric actuator acting force outside the normal injection mode in a separate test mode he follows.

Vorzugsweise wird bei der Beaufschlagung des Piezoaktors mit dem Prüfsignal die Kleinsignalspannung, die Kleinsignalspannung/oder die Phasenverschiebung zwischen der Kleinsignalspannung und dem Kleinsignalstrom gemessen, um daraus die auf den Aktor wirkende Kraft zu berechnen.Preferably is when the piezoelectric actuator with the test signal the small signal voltage, the small signal voltage / or the phase shift measured between the small signal voltage and the small signal current, to calculate the force acting on the actuator.

Beispielsweise kann zur Leerhubdetektion allein die Phasenverschiebung zwischen dem Kleinsignalstrom und der Kleinsignalspannung ausgewertet werden. Dabei wird die Erkenntnis ausgenutzt, dass sich die Kapazität des Piezoaktors und damit auch dessen Reaktanz beim Überschreiten des Leerhubs sprunghaft ändert, wenn der Piezoaktor auf das Servoventil oder ein Kraftübertragungselement zwischen dem Servoventil und dem Piezoaktor auftritt, da sich dann die auf den Piezoaktor wirkende Kraft sprunghaft ändert. Die dabei auftretende Änderung der Reaktanz führt dann zu einer entsprechenden Änderung der Phasenverschiebung zwischen dem Kleinsignalstrom und der Kleinsignalspannung. Der Leerhub des Injektors kann also allein durch eine Auswertung der Phasenverschiebung zwischen dem Kleinsignalstrom und der Kleinsignalspannung ermittelt werden.For example can for idle stroke detection alone the phase shift between the small signal current and the small signal voltage are evaluated. The knowledge is exploited that the capacity of the piezoelectric actuator and thus its reactance changes abruptly when the idle stroke is exceeded, if the piezoelectric actuator on the servo valve or a power transmission element occurs between the servo valve and the piezoelectric actuator, since then the force acting on the piezoelectric actuator changes abruptly. The occurring change of Reactance leads then to a corresponding change the phase shift between the small signal current and the small signal voltage. The idle stroke of the injector can therefore only by an evaluation the phase shift between the small signal current and the small signal voltage be determined.

Es ist jedoch im Rahmen der Erfindung auch möglich, anstelle der Phasenverschiebung zwischen dem Kleinsignalstrom und der Kleinsignalspannung allein die Amplituden der Kleinsignalspannung und des Kleinsignalstroms zu betrachten, um daraus die Impedanz des Piezoaktors zu berechnen. Hierbei wird von der Erkenntnis ausgegangen, dass sich die Reaktanz des Piezoaktors beim Überschreiten des Leerhubs sprunghaft ändert, wenn der Piezoaktor auf das Servoventil oder ein Kraftübertragungselement zwischen dem Servoventil und dem Piezoaktor auftrifft. Diese plötzliche Änderung der Reaktanz des Piezoaktors führt zu einer entsprechenden Änderung der Impedanz und damit zu einer sprunghaften Änderung der gemessenen Kleinsignalspannung und/oder des Kleinsignalstroms.It However, in the context of the invention also possible, instead of the phase shift between the small signal current and the small signal voltage alone the amplitudes of the small signal voltage and the small signal current in order to calculate the impedance of the piezoelectric actuator. This is based on the knowledge that the reactance of the piezo actuator when exceeding the idle stroke changes abruptly, when the piezoelectric actuator on the servo valve or a power transmission element between impinges the servo valve and the piezoelectric actuator. This sudden change the reactance of the piezoelectric actuator leads to a corresponding amendment of the Impedance and thus to a sudden change in the measured small signal voltage and / or the small signal current.

Vorzugsweise werden jedoch im Rahmen der Erfindung sowohl die Amplituden der Kleinsignalspannung und des Kleinsignalstroms als auch die Phasenverschiebung zwischen dem Kleinsignalstrom und der Kleinsignalspannung ausgewertet. Aus den Amplituden der Kleinsignalspannung und des Kleinsignalstroms lässt sich dann nach den Ohmschen Gesetzen in einfacher Weise die Kleinsignalimpedanz berechnen. Die Reaktanz des Piezoaktors lässt sich dann anhand der zuvor ermittelten Phasenverschiebung als Imaginärteil der Impedanz berechnen. Aus der Reaktanz des Piezoaktors lässt sich dann unter Berücksichtigung der bekannten Kleinsignalfrequenz die Kapazität des Piezoaktors berechnen, die wiederum von der auf den Piezoaktor wirkenden Kraft abhängig ist. Anhand eines vorgegebenen funktionalen Zusammenhangs zwischen der auf den Aktor wirkenden Kraft und der Kapazität des Piezoaktors läßt sich dann schließlich die auf den Piezoaktor wirkende Kraft berechnen, wobei der Leerhub aus Kraftsprüngen abgeleitet werden kann.Preferably However, in the context of the invention, both the amplitudes of Small signal voltage and the small signal current as well as the phase shift evaluated between the small signal current and the small signal voltage. Out the amplitudes of the small signal voltage and the small signal current let yourself then according to the Ohm's laws in a simple way the small signal impedance to calculate. The reactance of the piezoelectric actuator can then be based on the previously calculated phase shift as an imaginary part of the impedance. From the reactance of the piezoelectric actuator can then be taken into account calculate the capacitance of the piezoelectric actuator from the known small signal frequency, which in turn depends on the force acting on the piezoelectric actuator. Based on a given functional relationship between the on the actuator acting force and the capacity of the piezoelectric actuator can be then finally calculate the force acting on the piezoelectric actuator, wherein the idle stroke from leaps and bounds can be derived.

Weiterhin ist zu erwähnen, dass das erfindungsgemäße Verfahren und die entsprechende Vorrichtung nicht auf die Anwendung bei einem Piezoaktor beschränkt ist, sondern vielmehr auch bei anderen elektromechanischen Aktoren anwendbar ist.Farther is to mention that the inventive method and the corresponding device does not apply to one Limited piezoelectric actuator but also in other electromechanical actuators is applicable.

Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten oder werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:Other advantageous developments of the invention are contained in the subclaims or will be discussed below together with the description of the preferred embodiment of the invention explained with reference to the drawings. Show it:

1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Ansteuerung von Piezoaktoren und zur Bestimmung des Leerhubs der Piezoaktoren, 1 an inventive device for controlling piezo actuators and for determining the idle stroke of the piezo actuators,

2 ein alternatives Ausführungsbeispiel einer derartigen Vorrichtung, 2 an alternative embodiment of such a device,

3 das erfindungsgemäße Verfahren in Form eines Flußdiagramms, 3 the method according to the invention in the form of a flow chart,

4a den funktionalen Zusammenhang zwischen der Impedanz eines Piezoaktors und dem Gleichanteil der Ansteuerspannung sowie 4a the functional relationship between the impedance of a piezoelectric actuator and the DC component of the drive voltage and

4b den funktionalen Zusammenhang zwischen der Phasenverschiebung zwischen dem Kleinsignalstrom und der Kleinsignalspannung und dem Gleichanteil der Ansteuerspannung für den Piezoaktor. 4b the functional relationship between the phase shift between the small signal current and the small signal voltage and the DC component of the drive voltage for the piezoelectric actuator.

Das in 1 dargestellte Schaltbild zeigt in vereinfachter Form eine erfindungsgemäße Vorrichtung, die zur Ansteuerung mehrerer Piezoaktoren P1–P4 dient und dabei die Bestimmung des Leerhubs der einzelnen Piezoaktoren P1–P4 ermöglicht.This in 1 shown circuit diagram shows in simplified form a device according to the invention, which serves to control a plurality of piezoelectric actuators P1-P4 and thereby allows the determination of the idle stroke of the individual piezoelectric actuators P1-P4.

Masseseitig sind die einzelnen Piezoaktoren P1–P4 getrennt voneinander über jeweils einen Auswahlschalter S1–S4 mit Masse verbunden, so dass die einzelnen Piezoaktoren P1–P4 getrennt voneinander angesteuert werden können.mass side are the individual piezo actuators P1-P4 separated from each other via each a selector switch S1-S4 connected to ground, so that the individual piezo actuators P1-P4 separated can be controlled by each other.

Spannungsseitig sind die Piezoaktoren P1–P4 dagegen gemeinsam mit einer Treiberschaltung 1 verbunden, wobei die Treiberschaltung 1 die Piezoaktoren P1–P4 während des normalen Betriebs mit einem elektrischen Steuersignal ansteuert, um die gewünschte Stellbewegung der Piezoaktoren P1–P4 zu erreichen und dadurch das gewünschte Einspritzverhalten zu erzielen.On the voltage side, on the other hand, the piezo actuators P1-P4 are in common with a driver circuit 1 connected, the driver circuit 1 the piezo actuators P1-P4 during normal operation with an electrical control signal drives to achieve the desired positioning movement of the piezo actuators P1-P4 and thereby achieve the desired injection behavior.

Im folgenden werden Aufbau und Funktion der Treiberschaltung 1 beschrieben.The following describes the structure and function of the driver circuit 1 described.

Zur Stromversorgung weist die Treiberschaltung 1 eine Batterie UBAT auf, wobei es sich um eine Kraftfahrzeugbatterie handeln kann.For power supply, the driver circuit 1 a battery U BAT , which may be a motor vehicle battery.

Die Batterie UBAT ist über einen Gleichspannungswandler 2 mit einem Pufferkondensator CBOOST verbunden, der die zur Aufladung der Piezoaktoren P1–P4 erforderliche elektrische Energie zwischenspeichert.The battery U BAT is via a DC-DC converter 2 connected to a buffer capacitor C BOOST , which latches the electrical energy required to charge the piezoelectric actuators P1-P4.

Der Pufferkondensator CBOOST ist über ein LC-Glied mit einem Transformator T verbunden, wobei das LC-Glied aus einer mit dem Gleichspannungswandler 2 in Reihe geschalteten Induktivität L1 und einem zu dem Pufferkondensator CBOOST parallel geschalteten Kondensator C1 besteht.The buffer capacitor C BOOST is connected via an LC element to a transformer T, wherein the LC element consists of a DC-DC converter 2 inductor L1 connected in series and a capacitor C1 connected in parallel with the buffer capacitor C BOOST .

Der Transformator T weist eine Primärwicklung W1 und eine Sekundärwicklung W2 auf, wobei die Primärwicklung W1 über einen Schalter S5 und eine parallel zu dem Schalter S5 geschaltete Diode D1 mit Masse verbunden ist, während die Sekundärwicklung W2 über einen weiteren Schalter S6 und eine zu dem Schalter S6 parallel geschaltete Diode D2 mit Masse verbunden ist.Of the Transformer T has a primary winding W1 and a secondary winding W2 on, with the primary winding W1 over a switch S5 and a parallel to the switch S5 switched Diode D1 is connected to ground while the secondary winding W2 over another switch S6 and one to the switch S6 in parallel switched diode D2 is connected to ground.

Spannungsseitig ist die Sekundärwicklung W2 über ein weiteres LC-Glied mit den Piezoaktoren P1–P4 verbunden, wobei dieses LC-Glied aus einer weiteren Induktivität L2 und einem weiteren Kondensator C2 besteht.voltage side is the secondary winding W2 over a another LC element connected to the piezo actuators P1-P4, this being LC element from a further inductor L2 and another capacitor C2 exists.

Durch eine geeignete Ansteuerung der Schalter S5, S6 können die Piezoaktoren P1–P4 aufgeladen bzw. entladen werden, um die gewünschte Stellbewegung entsprechend einem vorgegebenen Einspritzverhalten zu erzeugen.By a suitable control of the switches S5, S6, the piezo actuators P1-P4 charged or unloaded to the desired adjustment movement to produce according to a given injection behavior.

Dabei ermöglicht die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Leerhubdetektion, um den bauteil-, temperatur- und alterungsabhängigen Leerhub bei der Ansteuerung berücksichtigen zu können.there allows the device according to the invention a Leerhubdetektion to the component, temperature and age-dependent idle stroke to be taken into account during control to be able to.

Hierzu weist die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Prüfsignalquelle 3 auf, die als Prüfsignal ein Wechselspannungssignal USIG mit einer Frequenz von z.B. 500 kHz erzeugt.For this purpose, the device according to the invention has a test signal source 3 on, which generates an AC signal U SIG with a frequency of eg 500 kHz as a test signal.

Spannungsseitig ist die Prüfsignalquelle 3 über einen Koppelkondensator CK1 mit dem spannungsseitigen Anschluss der Piezoaktoren P1–P4 verbunden, während die Prüfsignalquelle 3 masseseitig über ein Strommessgerät 4 mit Masse verbunden ist. Die Prüfsignalquelle 3 moduliert das Prüfsignal USIG also auf das von der Treiberschaltung 1 erzeugte Steuersignal für die Piezoaktoren P1–P4 auf, wobei der Koppelkondensator CK1 eine Gleichspannungsentkopplung bewirkt, während das Strommessgerät 4 den Kleinsignalstrom I misst.Voltage side is the test signal source 3 connected via a coupling capacitor C K1 with the voltage-side terminal of the piezoelectric actuators P1-P4, while the test signal source 3 on the ground side via an ammeter 4 connected to ground. The test signal source 3 So modulates the test signal U SIG on that of the driver circuit 1 generated control signal for the piezo actuators P1-P4, wherein the coupling capacitor C K1 causes a DC decoupling, while the ammeter 4 measures the small signal current I.

Darüber hinaus weist die erfindungsgemäße Vorrichtung ein Spannungsmessgerät 5 auf, das über einen weiteren Koppelkondensator CK2 mit dem spannungsseitigen Anschluss der Piezoaktoren P1–P4 verbunden ist. Der Koppelkondensator CK2 bewirkt hierbei wiederum eine Gleichspannungsentkopplung, damit das Spannungsmessgerät 5 ausschließlich die Kleinsignalspannung USIG misst, wohingegen das von der Treiberschaltung 1 erzeugte normale Steuersignal bei der Messung unterdrückt wird.In addition, the device according to the invention has a tension measuring device 5 on, which is connected via a further coupling capacitor C K2 to the voltage-side terminal of the piezo actuators P1-P4. The coupling capacitor C K2 in this case again causes a DC decoupling, so that the voltage measuring device 5 only the small signal voltage U SIG measures, whereas that of the driver circuit 1 generated normal control signal is suppressed in the measurement.

Ausgangsseitig sind das Strommessgerät 4 und das Spannungsmessgerät 5 mit einer Auswertungseinheit 6 verbunden, die aus dem Kleinsignalstrom I und der Kleinsignalspannung U die Impedanz des eingeschalteten Piezoaktors P1, P2, P3 oder P4 sowie die Phasenverschiebung zwischen dem Kleinsignalstrom I und der Kleinsignalspannung U ermittelt. Daraus ergibt sich dann die auf den angeschalteten Piezoaktor P1, P2, P3 oder P4 wirkende Kraft FPIEZO, wie später noch detailliert anhand von 3 beschrieben wird.On the output side are the ammeter 4 and the voltmeter 5 with an evaluation unit 6 connected, which determines from the small signal current I and the small signal voltage U, the impedance of the switched piezoelectric actuator P1, P2, P3 or P4 and the phase shift between the small signal current I and the small signal voltage U. This then results in the force F PIEZO acting on the connected piezoactuator P1, P2, P3 or P4, as will be described in more detail below with reference to FIG 3 is described.

Es wurde bereits eingangs zum Stand der Technik ausgeführt, dass sich die auf den Piezoaktor P1, P2, P3 bzw. P4 wirkende Kraft FPIEZO sprunghaft ändert, wenn der Leerhub überschritten wird und der Piezoaktor P1, P2, P3 bzw. P4 auf das Servoven til oder ein Kraftübertragungselement zwischen dem Piezoaktor P1, P2, P3 bzw. P4 und dem Servoventil auftrifft. Zur Ermittlung des Leerhubs wird die von der Auswertungseinheit 6 ermittelte Kraft FPIEZO deshalb einer weiteren Auswertungseinheit 7 zugeführt, welche die sprunghafte Änderung der Kraft FPIEZO ermittelt und daraus einen Leerhub ΔSIDLE bestimmt.It has already been stated at the beginning of the prior art that the force F PIEZO acting on the piezoactuator P1, P2, P3 or P4 changes abruptly when the idle stroke is exceeded and the piezoactuator P1, P2, P3 or P4 touches the servo vein til or a power transmission element between the Pi ezoaktor P1, P2, P3 or P4 and the servo valve impinges. The idle stroke is determined by the evaluation unit 6 determined force F PIEZO therefore another evaluation unit 7 supplied, which determines the sudden change of the force F PIEZO and determines therefrom a Leerhub .DELTA.S IDLE .

2 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, das weitgehend mit dem vorstehend beschriebenen und in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel übereinstimmt, so dass im folgenden zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehende Beschreibung zu 1 verwiesen wird und für entsprechende Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet werden, die zur Unterscheidung lediglich mit einem Apostroph versehen sind. 2 shows an alternative embodiment of a device according to the invention, which is largely similar to that described above and in 1 illustrated embodiment, so that in the following to avoid repetition of the above description 1 is referenced and for corresponding components, the same reference numerals are used, which are provided to distinguish only with an apostrophe.

Eine Besonderheit der in 2 gezeigten Vorrichtung besteht in der Ausgestaltung der Treiberschaltung 1'. Zur Stromversorgung weist die Treiberschaltung 1' ebenfalls eine Batterie U'BAT auf, die über einen Gleichspannungswandler 2' mit einem Pufferkondensator C'BOOST verbunden ist. Der Pufferkondensator C'BOOST ist über ein Schaltelement S7 und eine in Reihe mit dem Schaltelement S7 geschaltete Diode D3 und eine Reihenschaltung aus einem Kondensator C3 und einer Spule L3 mit dem gemeinsamen spannungsseitigen Anschluss der Piezoaktoren P1–P4' verbunden, um diese aufzuladen bzw. zu entladen. Zwischen der Diode D2 und dem Kondensator C3 zweigt hierbei in der Treiberschaltung 1' eine Diode D4 ab, die über ein Schaltelement S8 mit Masse verbunden ist, wobei die Diode D4 nach Masse in Durchflußrichtung gepolt ist.A peculiarity of in 2 shown device consists in the configuration of the driver circuit 1' , For power supply, the driver circuit 1' also a battery U ' BAT on, via a DC-DC converter 2 ' is connected to a buffer capacitor C ' BOOST . The buffer capacitor C ' BOOST is connected via a switching element S7 and connected in series with the switching element S7 diode D3 and a series circuit of a capacitor C3 and a coil L3 with the common voltage-side terminal of the piezo actuators P1-P4' to charge them or to unload. Between the diode D2 and the capacitor C3 branches here in the driver circuit 1' a diode D4, which is connected via a switching element S8 to ground, wherein the diode D4 is poled to ground in the flow direction.

Im geschlossenen Zustand des Schalters S7 wird der eingeschaltete Piezoaktor P1', P2', P3' oder P4' aufgeladen, wohingegen der jeweilige Piezoaktor P1', P2', P3' oder P4' im eingeschalteten Zustand des Schalters S8 entladen wird.in the closed state of the switch S7 is the switched piezoelectric actuator P1 ', P2', P3 'or P4' charged, whereas the respective piezoactuator P1 ', P2 ', P3' or P4 'in the switched on State of the switch S8 is discharged.

Die Schalter S7, S8 werden also abwechselnd leitend und sperrend gesteuert, um die Piezoaktoren P1'–P4' aufzuladen bzw. zu entladen.The Switches S7, S8 are therefore alternately turned on and off, to charge the piezo actuators P1'-P4 'or to unload.

Im folgenden wird nun anhand des in 3 dargestellten Flußdiagramms nochmals kurz das erfindungsgemäße Verfahren zur Ermittlung des Leerhubs ΔSIDLE der Piezoaktoren P1–P4 bzw. P1'–P4' beschrieben.The following will now be based on the in 3 the flowchart shown briefly again the inventive method for determining the idle stroke .DELTA.S IDLE of the piezo actuators P1-P4 and P1'-P4 'described.

Zunächst wird die Amplitude Û der Kleinsignalspannung sowie die Amplitude Î des Kleinsignalstroms gemessen, um daraus die Kleinsignalimpedanz Z zu berechnen, die unter anderem von der auf den jeweiligen Piezoaktor P1–P4 bzw. P1'–P4' wirkt.First, will the amplitude Û of Small signal voltage and the amplitude Î of the small signal current measured, to calculate from this the small-signal impedance Z, among others acting on the respective piezoelectric actuator P1-P4 and P1'-P4 '.

Weiterhin wird die Phasenverschiebung φ zwischen dem Kleinsignalstrom und der Kleinsignalspannung gemessen, um aus der zuvor berechneten Kleinsignalimpedanz Z und der Phasenverschiebung φ die Kleinsignalreaktanz X zu berechnen.Farther the phase shift φ is between the small signal current and the small signal voltage measured to off the previously calculated small signal impedance Z and the phase shift φ the small signal reactance X to calculate.

In Kenntnis der Kreissignalfrequenz ωSIG des von der Prüfsignalquelle 3 bzw. 3' erzeugten Prüfsignal USIG bzw. U'SIG wird dann die Kleinsignalkapazität CPIEZO des Piezoaktors P1, P2, P3, P4, P1', P2', P3' bzw. P4' berechnet.In knowledge of the circular signal frequency ω SIG of the test signal source 3 respectively. 3 ' generated test signal U SIG or U ' SIG then the small signal capacitance C PIEZO of the piezoelectric actuator P1, P2, P3, P4, P1', P2 ', P3' and P4 'is calculated.

Es wurde bereits vorstehend ausgeführt, dass die Kleinsignalkapazität CPIEZO von der auf den jeweiligen Aktor P1–P4, P1'–P4' wirkenden Kraft FPIEZO abhängig ist. In einem nächsten Verfahrensschritt wird dann aus der kraftabhängigen Kleinsignalkapazität CPIEZO die zugehörige Kraft FPIEZO berechnet, die beispielsweise aus einem Kennfeld ausgelesen werden kann.It has already been stated above that the small-signal capacitance C PIEZO is dependent on the force F PIEZO acting on the respective actuator P1-P4, P1'-P4 '. In a next method step, the associated force F PIEZO is then calculated from the force-dependent small-signal capacitance C PIEZO , which can be read out, for example, from a characteristic field.

Darüber hinaus wird dann der Leerhub des Piezoaktors P1–P4 bzw. P1'–P4' ermittelt, indem die Stellung bestimmt wird, an der ein Kraftsprung auftritt.Furthermore Then the idle stroke of the piezoelectric actuator P1-P4 or P1'-P4 'is determined by the position is determined at which a force jump occurs.

Schließlich wird auch die Stellung des Piezoaktors P1–P4 bzw. P1'–P4' ermittelt, bei der das Servoventil des jeweiligen In jektors öffnet. Hierbei wird die Tatsache ausgenutzt, dass die auf den Piezoaktor P1–P4 bzw. P1'–P4' wirkende Kraft beim Öffnen des Servoventils sprunghaft abfällt, was sich in einer entsprechenden Impedanzänderung äußert.Finally will also determines the position of the piezoelectric actuator P1-P4 or P1'-P4 ', in the opens the servo valve of the respective In jektors. Here's the fact exploited that the forces acting on the piezoelectric actuator P1-P4 and P1'-P4 'force when opening the servo valve leaps abruptly, which manifests itself in a corresponding impedance change.

4a zeigt den funktionalen Zusammenhang zwischen der Impedanz Z des Piezoaktors P1–P4 bzw. P1'–P4' und dem Gleichanteil UDC des von der Treiberschaltung 1 bzw. 1' erzeugten Steuersignals für verschiedene Drücke p, die auf den jeweiligen Piezoaktor P1–P4 bzw. P1'–P4' wirken. Daraus ist ersichtlich, dass bei bestimmten Spannungen UIDLE und UVENTIL ein Impedanzsprung auftritt. Bei der Spannung UIDLE ist der Leerhub des Piezoaktors P1–P4 bzw. P1'–P4' überschritten, was aufgrund des plötzlichen Druckanstiegs zu einer entsprechenden Impedanzänderung führt und eine Erkennung des Leerhubs ermöglicht. Bei der Spannung UVENTIL öffnet dagegen das Servoventil des jeweiligen Injektors, was zu einem Druckabfall und damit zu einer entsprechenden Impedanzänderung führt. 4a shows the functional relationship between the impedance Z of the piezoelectric actuator P1-P4 or P1'-P4 'and the DC component U DC of the driver circuit 1 respectively. 1' generated control signal for different pressures p, which act on the respective piezoelectric actuator P1-P4 and P1'-P4 '. It can be seen that at certain voltages U IDLE and U VALVE an impedance jump occurs. With the voltage U IDLE , the idle stroke of the piezoactuator P1-P4 or P1'-P4 'has been exceeded, which due to the sudden rise in pressure leads to a corresponding change in impedance and enables recognition of the idle stroke. In the case of the voltage U VALVE , on the other hand, the servo valve of the respective injector opens, which leads to a pressure drop and thus to a corresponding impedance change.

Schließlich zeigt 4b den Zusammenhang zwischen der Phasenverschiebung φ zwischen dem Kleinsignalstrom und der Kleinsignalspannung einerseits und dem Gleichanteil UDC des von der Treiberschaltung 1, 1' erzeugten Steuersignals andererseits. Auch aus dieser Darstellung ist ersichtlich, dass sich die Phasenverschiebung φ beim Überschreiten des Leerhubs und beim Öffnen des Servoventils sprunghaft ändert.Finally shows 4b the relationship between the phase shift φ between the small signal current and the small signal voltage on the one hand and the DC component U DC of the driver circuit 1 . 1' generated control signal on the other hand. It can also be seen from this illustration that the phase shift φ changes abruptly when the idle stroke is exceeded and when the servo valve is opened.

Claims (16)

Verfahren zur Überwachung eines elektromechanischen Aktors (P1–P4, P1'–P4'), insbesondere zur Überwachung eines Piezoaktors für einen Injektor einer Einspritzanlage, mit den folgenden Schritten: – Ermittlung mindestens einer elektrischen Betriebsgröße (I, I', U, U') des Aktors (P1–P4, P1'–P4'), – Ermittlung der auf den Aktor (P1–P4, P1'–P4') wirkenden Kraft (FPIEZO, F'PIEZO) in Abhängigkeit von der elektrischen Betriebsgröße (I, I', U, U') des Aktors (P1–P4, P1'–P4'), wobei in Abhängigkeit von der auf den Aktor (P1–P4, P1'–P4') wirkenden Kraft (FPIEZO, F'PIEZO) der Leerhub des Aktors (P1–P4, P1'–P4') und/oder der Ventilöffnungshub ermittelt wird, gekennzeichnet durch folgenden Schritt: – Ansteuerung des Aktors (P1–P4, P1'–P4') mit einem elektrischen Prüfsignal (USIG, U'SIG) bei der Ermittlung der elektrischen Betriebsgröße (I, I', U, U') des Aktors (P1–P4, P1'–P4'), wobei das Prüfsignal (USIG, U'SIG) einen Wechselanteil aufweist.Method for monitoring an electromechanical actuator (P1-P4, P1'-P4 '), in particular for monitoring a piezoelectric actuator for an injector of an injection system, comprising the following steps: - determining at least one electrical operating variable (I, I', U, U ' ) of the actuator (P1-P4, P1'-P4 '), - determination of the force acting on the actuator (P1-P4, P1'-P4') (F PIEZO , F ' PIEZO ) as a function of the electrical operating variable (I , I ', U, U') of the actuator (P1-P4, P1'-P4 '), wherein in dependence on the force acting on the actuator (P1-P4, P1'-P4') (F PIEZO , F ' PIEZO ), the idle stroke of the actuator (P1-P4, P1'-P4 ') and / or the Ventilöffnungshub is determined, characterized by the following step: - control of the actuator (P1-P4, P1'-P4') with an electrical test signal ( U SIG , U ' SIG ) in determining the electrical operating variable (I, I', U, U ') of the actuator (P1-P4, P1'-P4'), wherein the test signal (U SIG , U ' SIG ) a Wechselantei l has. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (P1–P4, P1'–P4') zur Erzeugung einer Stellbewegung mit einem elektrischen Steuersignal angesteuert wird, wobei der Wechselanteil des Prüfsignals (USIG, U'SIG) wesentlich kleiner ist als das normale elektrische Steuersignal für den Aktor (P1–P4, P1'–P4').A method according to claim 1, characterized in that the actuator (P1-P4, P1'-P4 ') is driven to generate an actuating movement with an electrical control signal, wherein the alternating component of the test signal (U SIG , U' SIG ) is substantially smaller than the normal electrical control signal for the actuator (P1-P4, P1'-P4 '). Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Prüfsignal (USIG, U'SIG) auf das elektrische Steuersignal für den Aktor (P1–P4, P1'–P4') aufmoduliert wird.Method according to Claim 2, characterized in that the test signal (U SIG , U ' SIG ) is modulated onto the electrical control signal for the actuator (P1-P4, P1'-P4'). Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (P1–P4, P1'–P4') getrennt von dem normalen Steuersignal mit dem Prüfsignal (USIG, U'SIG) angesteuert wird.A method according to claim 1 or 2, characterized in that the actuator (P1-P4, P1'-P4 ') is controlled separately from the normal control signal with the test signal (U SIG , U' SIG ). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wechselanteil des Prüfsignals (USIG, U'SIG) eine Frequenz von mindestens 50 kHz aufweist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the alternating component of the test signal (U SIG , U ' SIG ) has a frequency of at least 50 kHz. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von der auf den Aktor (P1–P4, P1'–P4') wirkenden Kraft (FPIEZO, F'PIEZO) der hydraulische Gegendruck ermittelt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that in dependence on the force acting on the actuator (P1-P4, P1'-P4 ') force (F PIEZO , F' PIEZO ), the hydraulic counter-pressure is determined. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Betriebsgröße (I, I', U, U') des Aktors (P1–P4, P1'–P4') der Kleinsignalstrom und/oder die Kleinsignalspannung und/oder die Phasenverschiebung zwischen dem Kleinsignalstrom und der Kleinsignalspannung ermittelt und die auf den Aktor (P1–P4, P1'–P4') wirkende Kraft in Abhängigkeit von diesen Betriebsgrößen ermittelt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the operating signal (I, I ', U, U') of the actuator (P1-P4, P1'-P4 ') is the small signal current and / or the small signal voltage and / or the phase shift determined between the small signal current and the small signal voltage and that on the actuator (P1-P4, P1'-P4 ') acting force dependent on determined by these operating variables becomes. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Prüfsignal (USIG, U'SIG) gleichanteilsfrei ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the test signal (U SIG , U ' SIG ) is free of equal components. Vorrichtung zur Überwachung eines elektromechanischen Aktors (P1–P4, P1'–P4'), insbesondere zur Überwachung eines Piezoaktors für einen Injektor einer Einspritzanlage, mit einer Messeinrichtung (4, 4', 5, 5') zur Erfassung mindestens einer elektrischen Betriebsgröße (I, I', U, U') des Aktors (P1–P4, P1'–P4') und einer Auswertungseinheit (6, 6', 7, 7') zur Bestimmung der auf den Aktor (P1–P4, P1'–P4') wirkenden Kraft (FPIEZO, F'PIEZO) in Abhängigkeit von der gemessenen Betriebsgröße des Aktors (P1–P4, P1'–P4'), wobei die Auswertungseinheit (6, 6', 7, 7') in Abhängigkeit von der auf den Aktor (P1–P4, P1'–P4') wirkenden Kraft (FPIEZO, F'PIEZO) den Leerhub des Aktors (P1–P4, P1'–P4') und/oder den Ventilöffnungshub ermittelt, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (P1–P4, P1'–P4') mit einer Prüfsignalquelle (4, 4', 5, 5') verbunden ist, die den Aktor (P1–P4, P1'–P4') mit einem Prüfsignal (USIG, U'SIG) beaufschlagt, wobei das Prüfsignal (USIG, U'SIG) einen Wechselanteil aufweist.Device for monitoring an electromechanical actuator (P1-P4, P1'-P4 '), in particular for monitoring a piezoelectric actuator for an injector of an injection system, with a measuring device ( 4 . 4 ' . 5 . 5 ' ) for detecting at least one electrical operating variable (I, I ', U, U') of the actuator (P1-P4, P1'-P4 ') and an evaluation unit ( 6 . 6 ' . 7 . 7 ' ) for determining the force acting on the actuator (P1-P4, P1'-P4 ') (F PIEZO , F' PIEZO ) as a function of the measured operating variable of the actuator (P1-P4, P1'-P4 '), wherein the Evaluation unit ( 6 . 6 ' . 7 . 7 ' ) is determined as a function of the force acting on the actuator (P1-P4, P1'-P4 ') (F PIEZO , F' PIEZO ) the idle stroke of the actuator (P1-P4, P1'-P4 ') and / or the Ventilöffnungshub , characterized in that the actuator (P1-P4, P1'-P4 ') is connected to a test signal source ( 4 . 4 ' . 5 . 5 ' ), which acts on the actuator (P1-P4, P1'-P4 ') with a test signal (U SIG , U' SIG ), wherein the test signal (U SIG , U ' SIG ) has an alternating component. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfsignalquelle (3, 3') über mindestens einen Koppelkondensator mit dem Aktor (P1–P4, P1'–P4') verbunden ist.Apparatus according to claim 9, characterized in that the test signal source ( 3 . 3 ' ) is connected via at least one coupling capacitor to the actuator (P1-P4, P1'-P4 '). Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (P1–P4, P1'–P4') mit einer Treiberschaltung (1, 1') verbunden ist, die den Aktor (P1–P4, P1'–P4') entsprechend einer gewünschten Stellbewegung mit einem Steuersignal ansteuert.Apparatus according to claim 9 or 10, characterized in that the actuator (P1-P4, P1'-P4 ') with a driver circuit ( 1 . 1' ) is connected, which drives the actuator (P1-P4, P1'-P4 ') according to a desired actuating movement with a control signal. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Treiberschaltung (1, 1') gemeinsam mit der Prüfsignalquelle (3, 3') mit dem Aktor (P1–P4, P1'–P4') verbunden ist, um das Prüfsignal (USIG, U'SIG) auf das Steuersignal aufzumodulieren.Device according to claim 11, characterized in that the driver circuit ( 1 . 1' ) together with the test signal source ( 3 . 3 ' ) is connected to the actuator (P1-P4, P1'-P4 ') to modulate the test signal (U SIG , U' SIG ) to the control signal. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Wechselanteil des Prüfsignals (USIG, U'SIG) eine Frequenz von mindestens 100 kHz aufweist.Device according to one of claims 9 to 12, characterized in that the alternating component of the test signal (U SIG , U ' SIG ) has a frequency of at least 100 kHz. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Wechselanteil des Prüfsignals (USIG, U'SIG) wesentlich kleiner ist als das elektrische Steuersignal für den Aktor (P1–P4, P1'–P4').Device according to one of claims 9 to 13, characterized in that the alternating component of the test signal (U SIG , U ' SIG ) is substantially smaller than the electrical control signal for the actuator (P1-P4, P1'-P4'). Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Prüfsignal (USIG, U'SIG) gleichanteilsfrei ist.Device according to one of claims 9 to 14, characterized in that the test signal (U SIG , U ' SIG ) is equal to share. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Messeinrichtung (4, 4', 5, 5') ermittelte Betriebsgröße des Aktors (P1–P4, P1'–P4') der Kleinsignalstrom und/oder die Kleinsignalspannung und/oder die Phasenverschiebung zwischen dem Kleinsignalstrom und der Kleinsiggnalspannung ist.Device according to one of claims 9 to 15, characterized in that the of the measuring device ( 4 . 4 ' . 5 . 5 ' ) determined operating size of the actuator (P1-P4, P1'-P4 ') is the small signal current and / or the small signal voltage and / or the phase shift between the small signal current and the Kleinsiggnalspannung.
DE10319530A 2003-04-30 2003-04-30 Method and device for monitoring an electromechanical actuator Expired - Fee Related DE10319530B4 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10319530A DE10319530B4 (en) 2003-04-30 2003-04-30 Method and device for monitoring an electromechanical actuator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10319530A DE10319530B4 (en) 2003-04-30 2003-04-30 Method and device for monitoring an electromechanical actuator

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE10319530A1 DE10319530A1 (en) 2004-11-25
DE10319530B4 true DE10319530B4 (en) 2007-01-25

Family

ID=33394025

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE10319530A Expired - Fee Related DE10319530B4 (en) 2003-04-30 2003-04-30 Method and device for monitoring an electromechanical actuator

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE10319530B4 (en)

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102005001498B4 (en) 2005-01-12 2007-02-08 Siemens Ag Method and device for controlling an injector
DE102005007327B4 (en) 2005-02-17 2010-06-17 Continental Automotive Gmbh Circuit arrangement and method for operating an injector arrangement
DE102005008179A1 (en) * 2005-02-23 2006-08-31 Robert Bosch Gmbh Operating method for injector of internal combustion engine involves monitoring system, which monitors whether control member is controlled outside of projected fuel injection and measure is executed depending upon result of monitoring
DE102005024318A1 (en) * 2005-05-27 2006-12-07 Siemens Ag Energy-based switched-mode power amplifier for a solid-state actuator drive device and method for controlling such a power output stage
DE102005028482A1 (en) * 2005-06-20 2006-12-28 Siemens Ag Piezoelectric ring motor e.g. electromechanical motor, adjusting method, involves calculating offset value from voltage values that are recorded based on signal characteristics evaluation when actuators are actuated, during motor operation
DE102005046933B4 (en) * 2005-09-30 2015-10-15 Continental Automotive Gmbh Method for controlling a piezo-actuated injection valve
FR2891914B1 (en) * 2005-10-06 2008-01-18 Rene Girard METHOD FOR DIAGNOSING THE OPERATING DEFECTS OF AN ELECTRO-MECHANICAL-HYDRAULIC DEVICE
DE102006009728B4 (en) * 2006-03-02 2009-07-30 Siemens Ag Method for load detection on a solid-state actuator drive device
DE102008023372B4 (en) * 2008-05-13 2015-07-16 Continental Automotive Gmbh Method and device for operating an adjusting device
DE102010021168B4 (en) 2010-05-21 2020-06-25 Continental Automotive Gmbh Method for operating an internal combustion engine and internal combustion engine
DE102011005285B4 (en) * 2011-03-09 2015-08-20 Continental Automotive Gmbh Method for determining the idle stroke of a piezo injector with directly actuated nozzle needle
DE102015217193A1 (en) * 2015-09-09 2017-03-09 Continental Automotive Gmbh 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.
DE102017209235B3 (en) * 2017-05-31 2018-05-30 Continental Automotive Gmbh Method for operating a common rail injection system and common rail injection system

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19931233A1 (en) * 1999-07-07 2001-01-18 Siemens Ag Capacitive actuator control method for operating fuel injection valve in combustion engine
DE10012607C2 (en) * 2000-03-15 2002-01-10 Siemens Ag Method for controlling a capacitive actuator
DE19929589C2 (en) * 1998-07-02 2003-01-23 Avl List Gmbh Injection device for an internal combustion engine

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19929589C2 (en) * 1998-07-02 2003-01-23 Avl List Gmbh Injection device for an internal combustion engine
DE19931233A1 (en) * 1999-07-07 2001-01-18 Siemens Ag Capacitive actuator control method for operating fuel injection valve in combustion engine
DE10012607C2 (en) * 2000-03-15 2002-01-10 Siemens Ag Method for controlling a capacitive actuator

Also Published As

Publication number Publication date
DE10319530A1 (en) 2004-11-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1055107B1 (en) Method for evaluating characteristic values of piezo-mechanical systems
EP0934605B1 (en) Method and device for controlling a capacitative actuator
EP0986702B1 (en) Method for controlling at least one capacitive actuating element
EP0946999B1 (en) Method and device for activating a capacitive actuator
DE10319530B4 (en) Method and device for monitoring an electromechanical actuator
EP0929911A1 (en) Method and device for charging and discharging a piezoelectric element
EP2208241B1 (en) Method and device for the calibration a piezo-actuator that is actuated in a motor vehicle for driving a switching valve
EP1999359B1 (en) Method of determining an opening voltage of a piezoelectric injector
WO1999067527A2 (en) Process and device for controlling a capacitive actuator
DE19931233A1 (en) Capacitive actuator control method for operating fuel injection valve in combustion engine
DE10349307B3 (en) Diagnostic procedure for an electromechanical actuator
DE102004062073B4 (en) Method and device for compensation of bounce effects in a piezo-controlled injection system of an internal combustion engine
EP1505288A2 (en) Method and device for the functional diagnosis of a piezoactuator in the fuel metering system of a combustion engine
WO2019101518A1 (en) Method and device for determining the opening time of the servo valve of a piezo injector
DE10336606B4 (en) Actuation method and actuator for an actuator
DE102016206476B3 (en) A method of operating a diesel common rail piezobetriebenen Servoinjektors and motor vehicle
DE10140550A1 (en) Injection nozzle positioning method in fuel injection valve of engine, involves using electromagnetic coils to optimally position nozzle based on current interruption duration in coils and sensed current position of nozzle
DE102005057572A1 (en) Method for operating piezo actuator of fuel injector in accumulator type injection system for IC engine, involves evaluating piezo voltage of piezo actuator by acquiring two values of piezo voltage in response to change in fuel pressure
EP1400675B1 (en) Method and device for controlling at least two piezo-actuators
EP3347584B1 (en) Detection method for detecting a gap size of a gap between an injector valve assembly and piezo stack, and actuation method for actuating an actuator unit in a piezo stack
DE10323488B4 (en) Method and device for operating point-dependent control of injectors of a fuel metering system of an internal combustion engine
DE102009001077A1 (en) Method for operating an output stage for at least one piezoelectric actuator
DE102007058540A1 (en) Method for charging and discharging piezoelectric element, involves adjusting charging current for charging piezoelectric element and discharge current for discharging piezoelectric element
DE102019207837A1 (en) Method for determining sliding friction
DE102006038846A1 (en) Piezo-injector i.e. fuel injector, condition determining method for e.g. self-ignited internal combustion engine, involves changing actuating variable to obtain original characteristic of function variable of actuator and/or injector

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8364 No opposition during term of opposition
8327 Change in the person/name/address of the patent owner

Owner name: CONTINENTAL AUTOMOTIVE GMBH, 30165 HANNOVER, DE

R084 Declaration of willingness to licence
R081 Change of applicant/patentee

Owner name: VITESCO TECHNOLOGIES GMBH, DE

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

R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee
R081 Change of applicant/patentee

Owner name: VITESCO TECHNOLOGIES GMBH, DE

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