DE10333358B3

DE10333358B3 - Circuit arrangement and method for operating an injector arrangement and injector

Info

Publication number: DE10333358B3
Application number: DE2003133358
Authority: DE
Inventors: Hellmut Freudenberg; Christian Dr. Hoffmann; Manfred Weigl; Jörg WONESCH
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2003-07-23
Filing date: 2003-07-23
Publication date: 2005-05-25
Anticipated expiration: 2023-07-24
Also published as: WO2005010335A2; WO2005010335A3

Abstract

Die Erfindung betrifft den Betrieb einer Injektoranrodnung zum Einspritzen von Kraftstoff bei einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs. DOLLAR A Mit der Erfindung soll der Betrieb einer Injektoranordnung dahingehend verbessert werden, dass in einfacher Weise eine zeitlich aufgelöste Information über den Öffnungsgrad von Injektor-Ventilen gewonnen werden kann. DOLLAR A Wesentlich für die Erfindung ist eine besondere Art und Weise der Zuführung einer Messspannung zum Detektieren des Schaltzustands eines Ventil-Kontaktschalters. Hierzu wird eine der zur Zufuhr einer Injektor-Ansteuerspannung vorgesehene Leitung (PL2) zusätzlich zur Zufuhr der Messspannung mitgenutzt. Ermöglicht wird dies durch Verwendung einer Wechselspannung (Vrf), die als die Messspannung an der zur Injektoranordnung führenden Leitung (PL2) eingekoppelt (K3) wird und abhängig vom Schaltzustand des Kontaktschalters im Bereich des Kraftstoffventils wieder ausgekoppelt (K2) wird.The invention relates to the operation of a Injektoranrodnung for injecting fuel in an internal combustion engine of a motor vehicle. DOLLAR A With the invention of the operation of an injector to be improved so that in a simple way a time-resolved information about the opening degree of injector valves can be obtained. DOLLAR A essential to the invention is a special way of supplying a measuring voltage for detecting the switching state of a valve-contact switch. For this purpose, one of the lines (PL2) provided for supplying an injector drive voltage is additionally used in addition to the supply of the measurement voltage. This is made possible by using an alternating voltage (Vrf) which is coupled in (K3) as the measuring voltage at the line (PL2) leading to the injector arrangement and is decoupled (K2) in the area of the fuel valve depending on the switching state of the contact switch.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung und ein Verfahren zum Betreiben einer Injektoranordnung zum Einspritzen von Kraftstoff bei einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs. Ferner betrifft die Erfindung einen dazu verwendbaren Injektor.The The present invention relates to a circuit arrangement and a Method of operating an injector assembly for injection of fuel in an internal combustion engine of a motor vehicle. Further The invention relates to a suitable injector.

Schaltungsanordnungen zum Betreiben einer Injektoranordnung mit einem oder mehreren Injektoren, die jeweils aus einem elektrisch ansteuerbaren Aktuator und einem mittels des Aktuators betätigbaren Kraftstoffventil gebildet sind, wobei die Schaltungsanordnung dazu ausgebildet ist, wahlweise jedem der Injektoren eine Ansteuerspannung zum Ansteuern des Aktuators über ein Leitungspaar bestehend aus einer ersten Leitung und einer zweiten Leitung zuzuführen, wobei die zweite Leitung zumindest während der Ansteuerung des jeweiligen Aktuators mit einer Masse des Kraftfahrzeugs verbunden ist, sind beispielsweise aus der DE 197 33 560 A1 und der DE 101 20 143 A1 bekannt.Circuit arrangements for operating an injector with one or more injectors, each of which is formed of an electrically controllable actuator and an actuatable by the actuator fuel valve, wherein the circuit arrangement is designed to selectively each of the injectors a drive voltage for driving the actuator via a line pair consisting of a first line and a second line to supply, wherein the second line is connected at least during the activation of the respective actuator with a mass of the motor vehicle, are for example from DE 197 33 560 A1 and the DE 101 20 143 A1 known.

In der DE 34 45 721 A1 ist ein als Injektor einer Injektoranordnung zum Einspritzen von Kraftstoff geeignetes, elektrisch ansteuerbares Magnetventil beschrieben. Dieses bekannte Magnetventil weist einen von einem Ventilkörper und einem zugeordneten Ventilsitz gebildeten Kontaktschalter auf, dessen Schaltzustand somit die Stellung des Ventilkörpers relativ zu dem Ventilsitz repräsentiert. Zur Detektion des Schaltzustands dieses Ein-Aus-Schalters wird dem Magnetventil über einen Widerstand eine Messspannung zugeführt und der am Wi derstand entstehende Spannungsabfall gemessen. Wenn das Ventil geschlossen ist, so fließt ein Strom über den Widerstand und erzeugt einen Spannungsabfall. Wenn dagegen das Ventil geöffnet ist, so wird die elektrische Verbindung zwischen dem Ventilkörper und dem Ventilsitz unterbrochen, so dass der Stromfluss und folglich der Spannungsabfalls am Widerstand null wird.In the DE 34 45 721 A1 is described as an injector of an injector for injecting fuel suitable, electrically controllable solenoid valve. This known solenoid valve has a contact switch formed by a valve body and an associated valve seat, whose switching state thus represents the position of the valve body relative to the valve seat. In order to detect the switching state of this on-off switch, a measuring voltage is supplied to the solenoid valve via a resistor and the voltage drop occurring at the resistor is measured. When the valve is closed, a current flows across the resistor causing a voltage drop. In contrast, when the valve is opened, the electrical connection between the valve body and the valve seat is interrupted, so that the current flow and consequently the voltage drop across the resistor becomes zero.

Weiter ist ein Verfahren zur Funktionsüberwachung schnell schaltender Einspritzventile bekannt ( DE 101 40 550 A1 ), bei dem eine Düsennadel in einem Ventilkörper zwischen Anschlägen bewegbar ist und wobei die Vorgaben der Bewegung der Düsennadel aus der aktuell erfassten Position derselben ermittelt wird. Die aktuelle Position des Ventilglieds wird über Sensorelemente erfasst. Dort wird weiter angeregt, die von den Sensoren erzeugten hochfrequenten Schwingungen direkt über die Aktuatorenleitungen auszukoppeln.Furthermore, a method for monitoring the function of fast-switching injection valves is known (US Pat. DE 101 40 550 A1 ), in which a nozzle needle in a valve body between stops is movable and wherein the specifications of the movement of the nozzle needle from the currently detected position thereof is determined. The current position of the valve member is detected by sensor elements. There is further stimulated to decouple the high-frequency vibrations generated by the sensors directly via the Aktuatorenleitungen.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Betrieb einer Injektoranordnung zum Einspritzen von Kraftstoff bei einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs dahingehend zu verbessern, dass in einfacher Weise eine zeitlich aufgelöste Information über den Ventilöffnungsgrad jedes Ventils der Injektoranordnung gewonnen werden kann.It It is an object of the present invention to operate an injector assembly for injecting fuel in an internal combustion engine of a Motor vehicle to improve that in a simple manner a temporally resolved information about the valve opening degree Each valve of the injector can be obtained.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, ein Verfahren nach Anspruch 12 und einen Injektor nach Anspruch 13. Die abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.These Task is solved by a circuit arrangement according to claim 1, a method according to Claim 12 and an injector according to claim 13. The dependent claims relate advantageous developments of the invention.

Für die Erfindung wesentlich ist zunächst die Verwendung eines oder mehrerer Injektoren, bei welchen jedes Kraftstoffventil wenigstens einen Kontaktschalter aufweist, dessen Schaltzustand die Stellung eines Ventilkörpers relativ zu einem Ventilsitz repräsentiert, bei einer Schaltungsanordnung bzw. einem Verfahren zum Betreiben der Injektoranordnung zur Kraftstoffeinspritzung bei einer Brennkraftmaschine. Vorteilhaft kann die mittels des Kontaktschalters gewonnene Information über die Stellung des Ventilkörpers und somit des Ventilöffnungsgrades beispielsweise zur präzisen Regelung der einzuspritzenden Kraftstoffmenge genutzt werden. Aufgrund der wachsenden Anforderungen an moderne Brennkraftmaschinen hinsichtlich Kraftstoffverbrauch, Abgasemission, Geräuschent wicklung, Leistung etc. hat die Regelung der einzuspritzenden Kraftstoffmenge in der Praxis enorm an Bedeutung gewonnen, da eine Steuerung zu unakzeptabel hohen Einspritzmengenstreuungen führen würde, verursacht durch relativ große Toleranzen bei serienmäßig gefertigten Injektoren. Eine Kompensation dieser Streuungen im Rahmen einer Einspritzregelung setzt jedoch eine ausreichend genaue Erfassung bzw. Ermittlung des zeitlichen Verlaufs der Einspritzung voraus. Geeignete Daten hierfür liefert der im Rahmen der Erfindung verwendete Kontaktschalter. Wenn Kontakte eines solchen Kontaktschalters beispielsweise durch den Ventilkörper und den Ventilsitz des jeweiligen Kraftstoffventils gebildet sind, so lassen sich bereits die Zeitpunkte des Einspritzbeginns (Schalter öffnet) und Einspritzendes (Schalter schließt) bestimmen und folglich der Einspritzverlauf und die Einspritzmenge mehr oder weniger genau rekonstruieren. Die Genauigkeit der Informationen lässt sich hierbei steigern durch Vorsehen einer Mehrzahl von Kontaktschaltern an ein und demselben Kraftstoffventil, beispielsweise eines den Vollöffnungsgrad des Ventils detektierenden zusätzlichen Kontaktschalters.For the invention essential is first the use of one or more injectors, each of which Fuel valve having at least one contact switch whose switching state the position of a valve body represented relative to a valve seat, in a circuit arrangement or a method for operating the injector arrangement for fuel injection in an internal combustion engine. Advantageous can the information obtained via the contact switch on the Position of the valve body and thus the valve opening degree for example, for precise Regulating the amount of fuel to be injected can be used. by virtue of the growing demands on modern internal combustion engines in terms Fuel consumption, exhaust emission, noise development, performance etc. has the regulation of the amount of fuel to be injected in practice gained tremendous importance as a control too unacceptably high Injection quantity dispersions lead would, caused by relatively large Tolerances for mass-produced Injectors. A compensation of these variations in the context of a However, injection control sets sufficiently accurate detection or determination of the time course of the injection ahead. Suitable data for this provides the contact switch used in the invention. If contacts of such a contact switch, for example, by the valve body and the valve seat of the respective fuel valve are formed, Thus, the timing of the injection start (switch opens) and end of injection can already be (Switch closes) determine and thus the injection process and the injection quantity more or reconstruct less accurately. The accuracy of the information let yourself this increase by providing a plurality of contact switches one and the same fuel valve, for example, the full opening degree the valve detecting additional Contact switch.

Wesentlich für die Erfindung ist des weiteren die besondere Art und Weise der Zuführung der Messspannung zum Detektieren des Schaltzustands des Kontaktschalters. Beim Stand der Technik (vgl. z. B. DE 34 45 721 A1 ) waren zur Zufuhr der Messspannung zusätzlich zu den existierenden Aktuatoransteuerleitungen weitere Leitungen vorgesehen. Selbst wenn ein Kontakt des Kontaktschalters im Bereich der Injektoranordnung mit der Fahrzeugmasse verbunden wird, so ist nach dieser bisherigen Methode jeweils eine weitere Leitung pro Injektor für die Ankopplung der Messspannung notwendig. Bei einer vierzylindrigen Brennkraftmaschine bedeutet dies, dass von einem üblicherweise entfernt von der Injektoranordnung angeordneten Steuergerät mindestens vier zusätzliche Kabel samt entsprechenden Schnittstellen vorgesehen werden müssen, was einen beträchtlichen Mehraufwand bedeutet. Demgegenüber wird gemäß der Erfindung eine der ohnehin zur Zufuhr der Ansteuerspannung vorgesehene Leitung zusätzlich zur Zufuhr der Messspannung mitgenutzt. Die Detektion des Schaltzustands des Kontaktschalters erfordert daher keinerlei Mehraufwand im Bereich der Leitungsanordnung zwischen beispielsweise einem Steuergerät und der davon entfernt angeordneten Injektoranordnung. Ermöglicht wird dies durch Verwendung einer Wechselspannung, die als die Messspannung von der Schaltungsanordnung an einer zur Injektoranordnung führenden Leitung eingekoppelt wird und abhängig vom Schaltzustand des Kontaktschalters im Bereich des Kraftstoffventils wieder ausgekoppelt wird.Essential for the invention is further the special way of supplying the measuring voltage for detecting the switching state of the contact switch. In the prior art (see, for. B. DE 34 45 721 A1 ) were provided to supply the measurement voltage in addition to the existing Aktuatoransteuerleitungen other lines. Even if a contact of the contact switch in the region of the injector is connected to the vehicle ground, then a further line per injector for the coupling of the measuring voltage is necessary according to this previous method. In the case of a four-cylinder internal combustion engine, this means that at least four additional cables together with corresponding interfaces must be provided by a control device, which is usually arranged remotely from the injector arrangement, which means a considerable additional outlay. In contrast, according to the invention, one of the lines already provided for the supply of the drive voltage is additionally used in addition to the supply of the measurement voltage. The detection of the switching state of the contact switch therefore does not require any additional effort in the region of the line arrangement between, for example, a control device and the injector arrangement arranged remotely therefrom. This is made possible by using an alternating voltage which is coupled as the measuring voltage from the circuit arrangement to a line leading to the injector arrangement and is decoupled again depending on the switching state of the contact switch in the region of the fuel valve.

Unabhängig von der Art und Anzahl verwendeter Kontaktschalter zur Detektion einer Ventilstellung ermöglicht die Erfindung diese Ventilstellungsdetektion in kostengünstiger Weise bei Einspritzsystemen, bei welchen bislang zur Vermeidung des zusätzlichen "Verkabelungsaufwands" auf eine Detektion der Ventilstellung und somit eine Regelung des Einspritzvorgangs verzichtet wurde. Beispielsweise "Common Rail"-Dieseleinspritzsysteme für Serienfahrzeuge besitzen bislang in der Regel lediglich eine Steuerung, bei welcher die Daten für die Festlegung der Einspritzrate und Einspritzmenge aus Kennfeldern bezogen werden, die in einem Steuergerät gespeichert sind und auf Erfahrungswerten betreffend die Betriebscharakteristik der eingesetzten Kraftstoffventile beruhen. Mit der Erfindung können die Vorteile derartiger Common-Rail-Systeme beibehalten werden und darüber hinaus eine Regelung des Einspritzvorgangs realisiert werden, so dass insbesondere besonders kleine Einspritzmengen sehr genau eingestellt bzw. sogar überprüft werden können.Independent of the type and number of contact switches used to detect a Valve position allows the invention this valve position detection in less expensive Way in injection systems, in which so far to avoid of the extra "cabling overhead" to a detection the valve position and thus a control of the injection process was waived. For example, "common rail" diesel injection systems for production vehicles So far usually only have a control in which the data for the determination of the injection rate and injection quantity from maps related, which are stored in a control unit and on Experience with the operating characteristics of the used Fuel valves are based. With the invention, the advantages of such Common-rail systems be maintained and above In addition, a control of the injection process can be realized, so that in particular very small injection quantities set very accurately or even checked can.

In einer Ausführungsform ist wenigstens ein Teil der zur Erzeugung der Ansteuerspannung eingesetzten Komponenten in einem Steuergerät zusammengefasst, welches dazu vorgesehen ist, im Kraftfahrzeug von der Injektoranordnung entfernt angeordnet zu werden. In diesem Fall lassen sich in dem Steuergerät auch vorteilhaft diejenigen Komponenten integrieren, welche zur Erzeugung und Einkopplung der Mess-Wechselspannung eingesetzt werden. Schließlich können in einem solchen Steuergerät vorteilhaft diejenigen Komponenten untergebracht werden, mittels derer die Messung der Ventilstellung (Schaltzustand des oder der Kontaktschalter) ausgewertet wird. Eine solche Auswertung der Messung erfolgt in einer einfachen Ausführungsform dadurch, dass an irgendeiner Stelle der mit der Messspannung beaufschlagten Leitung die Amplitude der Messspannung gemessen wird. Um durch diese Messung nicht das Ansteuersignal zu beeinflussen, kann an der betreffenden Leitungsstelle die Messspannungsamplitude über einen geeigneten Auskoppelkondensator geführt werden, welcher für ein insbesondere im Wesentlichen als Gleichspannung gebildetes Ansteuersignal keine Beeinträchtigung darstellt.In an embodiment is at least a part of the used for generating the drive voltage Components in a control unit summarized, which is intended to be in the motor vehicle of the injector arranged to be removed. In this case can be in the control unit also advantageous to integrate those components which for Generation and coupling of the measuring AC voltage can be used. Finally, in Such a controller advantageous those components are accommodated, by means of which the measurement the valve position (switching state of the contact switch or switches) is evaluated. Such an evaluation of the measurement takes place in a simple embodiment in that at any point of the acted upon by the measuring voltage Line the amplitude of the measuring voltage is measured. To get through this Measurement does not affect the drive signal, at the relevant Lead the measuring voltage amplitude via a suitable decoupling capacitor, which for a drive signal formed in particular essentially as a direct voltage no impairment represents.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Messspannung bzw. deren Amplitude am Einkoppelpunkt oder einem mit diesem Einkoppelpunkt elektrisch verbundenen Schaltungsknoten gemessen.In a preferred embodiment is the measuring voltage or its amplitude at the coupling point or a circuit node electrically connected to this coupling point measured.

In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Schaltungsanordnung ausgebildet ist als Steuergerät mit einer Leitungsanordnung zum Anschluss einer im Kraftfahrzeug von dem Steuergerät entfernt angeordneten Injektoranordnung, wobei der Einkoppelpunkt im Bereich des Steuergeräts und der Auskoppelpunkt im Bereich der Injektoranordnung angeordnet ist.In an embodiment is provided that the circuit arrangement is designed as a control unit with a Line arrangement for connecting a motor vehicle in the remote control unit arranged injector, wherein the coupling point in the area of the control unit and the decoupling point arranged in the region of the injector is.

Als Injektoren können insbesondere so genannte Piezo-Injektoren verwendet werden, bei welchen die Funktionsweise des Aktuators auf dem piezoelektrischen Effekt beruht.When Injectors can especially so-called piezo injectors be used, in which the operation of the actuator on based on the piezoelectric effect.

Eine einfache Konstruktion des Kontaktschalters ergibt sich dadurch, dass Kontakte des Kontaktschalters gebildet sind durch den Ventilkörper und den Ventilsitz des jeweiligen Kraftstoffventils. Alternativ oder zusätzlich kann auch ein Kontaktschalter vorgesehen sein, dessen Kontakte gebildet sind durch den Ventilkörper und einen von dem Ventilsitz entfernt angeordneten Ventilkörperanschlag des jeweiligen Kraftstoffventils. Mit einem Kontaktschalter der letzteren Art lassen sich für jeden Einspritzvorgang diejenigen Zeitpunkte detektieren, bei welchen der maximale Ventilöffnungsgrad erreicht wird (Schalter schließt) und sich ausgehend von diesem maximalen Öffnungsgrad wieder beginnt, zu verringern (Schalter öffnet). Letztere Kontaktschalterart ermöglich im Hinblick auf extrem kurze Ansteuerzeitdauern auch die Detektion dahingehend, ob im Verlauf des Einspritzvorganges der Maximalventilöffnungsgrad überhaupt erreicht wird.A simple construction of the contact switch results from that contacts of the contact switch are formed by the valve body and the valve seat of the respective fuel valve. Alternatively or additionally it is also possible to provide a contact switch whose contacts are formed are through the valve body and a valve body stopper remotely located from the valve seat of the respective fuel valve. With a contact switch the The latter type can be used for each injection process to detect those times at which the maximum valve opening degree is reached (switch closes) and starting again from this maximum degree of opening, to decrease (switch opens). The latter type of contact switch makes it possible with regard to extremely short activation periods also the detection to the effect, whether in the course of the injection process, the maximum valve opening degree at all is reached.

Wenn an einem Ventil mehrere Kontaktschalter vorgesehen sind, so können diese im einfachsten Fall in einer Parallel- und/oder Serienanordnung in einem Auskoppelpfad zwischen der zweiten Leitung und der Fahrzeugmasse angeordnet werden, so dass die Auskopplung ein und desselben Messsignals in Abhängigkeit mehrerer Schaltzustände erfolgt. Ein Beispiel hierfür findet sich in dem unten noch beschriebenen Ausführungsbeispiel. Alternativ ist es denkbar, bei mehreren Kontaktschaltern an ein und demselben Ventil eine "Kodierung" der Signal auskopplung vorzusehen, die beim Schalten eines bestimmten Kontaktschalters die Identifizierung dieses Kontaktschalters erlaubt. Eine solche Kodierung könnte beispielsweise dadurch realisiert werden, dass die einzelnen Kontaktschalter mit verschiedenen Übergangsimpedanzen (Impedanz zwischen den beiden Schalterkontakten im geschlossenen Zustand des Schalters) vorgesehen werden, sei es konstruktionsbedingt oder durch Anordnung verschiedener Impedanzen (z. B. Widerstände) in Serienschaltung zu den einzelnen Kontaktschaltern. Alternativ oder zusätzlich könnte eine Kodierung dergestalt erfolgen, dass mehrere Messspannungen mit verschiedenen Frequenzen eingekoppelt werden und jeder Kontaktschalter zur Auskopplung einer speziellen dieser Messspannungen angeordnet wird, etwa durch Anordnung jedes Kontaktschalters in einem von mehreren Auskoppelpfaden, die jeweils nur zur Auskopplung einer der Messspannungen ausgebildet sind (Frequenzselektivität).If a plurality of contact switches are provided on a valve, they can in the simplest case in a parallel and / or series arrangement in a Auskoppelpfad between the second Line and the vehicle ground are arranged so that the decoupling of the same measurement signal takes place in response to a plurality of switching states. An example of this can be found in the embodiment described below. Alternatively, it is conceivable to provide a "coding" of the signal output coupling at several contact switches on one and the same valve, which allows the identification of this contact switch when switching a particular contact switch. Such a coding could be realized, for example, by providing the individual contact switches with different transition impedances (impedance between the two switch contacts in the closed state of the switch), be it by design or by arranging different impedances (eg resistors) in series with the individual contact switches. Alternatively or additionally, a coding could take place in such a way that a plurality of measuring voltages with different frequencies are coupled in and each contact switch is arranged for coupling out a specific one of these measuring voltages, for example by arranging each contact switch in one of a plurality of coupling-out paths which are each designed only for coupling one of the measuring voltages (frequency selectivity).

In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass für jeden Injektor ein separates Leitungspaar vorgesehen ist. Dies vereinfacht die schaltungstechnische Konstruktion im Bereich der Injektoranordnung und führt vorteilhaft zu einer "Entkopplung" der einzelnen Injektoren sowohl hinsichtlich der Ansteuerung als auch der Detektion der Kontaktschalter-Schaltzustände.In an embodiment is provided for that Each injector is provided a separate line pair. This is simplified the circuit design in the injector arrangement and leads advantageous for a "decoupling" of the individual injectors both with regard to the control and the detection of the contact switch switching states.

Für eine einfache Realisierung der Schaltungsanordnung ist es von Vorteil, wenn in einem Teil der Schaltungsanordnung die Ansteuerspannung an einer Stelle erzeugt wird und für die gegebenenfalls mehreren Injektoren genutzt wird, indem diese Ansteuerspannung wahlweise (selektiv) einem der Injektoren zugeführt wird. Daher ist in einer Ausführungsform der Schaltungsanordnung zum Betreiben einer Injektoranordnung mit mehreren Injektoren vorgesehen, dass für jeden Injektor eine se parate zweite Leitung vorgesehen ist und zwischen dem Einkoppelpunkt und dem Auskoppelpunkt der zweiten Leitungen jeweils ein Injektorauswahlschalter angeordnet ist, mittels welchem wahlweise jede der zweiten Leitungen unterbrochen werden kann. Wenngleich die Anordnung derartiger Auswahlschalter im Hinblick auf die Ansteuerung von mehreren Injektoren an sich bekannt ist, so besitzt diese Anordnung der Auswahlschalter jeweils zwischen dem Einkoppelpunkt und dem Auskoppelpunkt im Rahmen der Erfindung den besonderen Vorteil, dass hinsichtlich der Detektion der Schaltzustände gewissermaßen automatisch (aufgrund der ohnehin notwendigen Ansteuerungsauswahl) die Messspannung nur von dem Schaltzustand des tatsächlich ausgewählten Injektors abhängen kann. Die nicht ausgewählten Injektoren können somit nicht das Messsignal beeinflussen.For a simple Realization of the circuit arrangement, it is advantageous if in a part of the circuit arrangement, the drive voltage to a Place is created and for the possibly multiple injectors is used by these Drive voltage selectively (selectively) one of the injectors is supplied. Therefore, in one embodiment the circuit arrangement for operating an injector with several injectors provided that prepare a se for each injector second line is provided and between the coupling point and the decoupling point of the second lines each have a Injektorauswahlschalter is arranged, by means of which optionally each of the second lines can be interrupted. Although the arrangement of such selector switch with regard to the control of multiple injectors known per se is, then has this arrangement of the selection switch between each the coupling point and the decoupling point in the context of the invention the particular advantage that with regard to the detection of the switching states to a certain extent automatically (due the anyway necessary drive selection) the measuring voltage only from the switching state of the actual chosen Hang injector can. The unselected Injectors can thus do not affect the measurement signal.

Unabhängig von der Gestaltung, bei welcher die Einkopplung und Auskopplung der Messspannung lediglich für Zeitabschnitte aktiv ist, in welchen der betreffende Injektor mittels einer Auswahlschalteranordnung ausgewählt ist, ist es ganz allgemein z. B. zur Verringerung von Korrosionseffekten im Bereich der Schalterkontakte günstig, wenn die Schaltungsanordnung dazu ausgebildet ist, die Messspannung wahlweise in vorbestimmten Zeitabschnitten einzukoppeln, in denen ein Wechsel des Schaltzustands zu erwarten ist. Insbesondere kann die Aktivierung jeder Messung periodisch erfolgen und jeweils zeitgleich mit der periodischen Ansteuerung des Aktuators beginnen.Independent of the design in which the coupling and decoupling of Measuring voltage only for Periods is active, in which the injector concerned by means of a selector switch arrangement is selected, it is very general z. B. to reduce corrosion effects in the area of the switch contacts Cheap, if the circuit arrangement is designed to the measurement voltage optionally coupled in predetermined periods of time, in which a change of the switching state is to be expected. In particular, can the activation of each measurement is carried out periodically and at the same time start with the periodic activation of the actuator.

Damit das Messergebnis nicht nennenswert durch die Ansteuerung des betreffenden Injektors beeinflusst wird, sollte die Frequenz der Messspannung nicht zu gering gewählt sein. In einer Ausführungsform ist daher vorgesehen, dass die Frequenz der Messspannung mindestens das Zehnfache der im Betrieb der Injektoranordnung für jeden Injektor zu erwartenden Maximalansteuerfrequenz ist. Für den hier interessierenden Anwendungsbereich ist es bevorzugt, wenn die Frequenz der Messspannung mindestens 10 KHz, insbesondere mindestens 100 KHz beträgt. Bevorzugt besitzt die Messspannung einen im Wesentlichen sinusförmigen Verlauf.In order to the measurement result not appreciable by the activation of the relevant Injector is affected, the frequency of the measuring voltage should not too low be. In one embodiment is therefore provided that the frequency of the measuring voltage at least ten times the operation of the injector assembly for each Injector expected maximum driving frequency is. For the here of interest, it is preferred if the frequency the measuring voltage at least 10 KHz, in particular at least 100 KHz is. The measuring voltage preferably has a substantially sinusoidal profile.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen weiter beschrieben. Es stellen dar:The Invention will be described below with reference to an embodiment with reference to the attached Drawings further described. They show:

1 ein teilweises Ersatzschaltbild eines Einspritzsystems an einer Brennkraftmaschine, 1 a partial equivalent circuit diagram of an injection system on an internal combustion engine,

2 eine schematische Schnittdarstellung eines in dem Einspritzsystem verwendeten Kraftstoffventils, und 2 a schematic sectional view of a fuel valve used in the injection system, and

3 zwei Darstellungen, die den zeitlichen Verlauf der Ventilstellung (3 oben) und einer zugeordneten Messsignalamplitude (3 unten) zeigen. 3 two diagrams showing the time course of the valve position ( 3 above) and an associated measurement signal amplitude ( 3 below).

1 zeigt ein Ersatzschaltbild von wesentlichen Komponenten einer Schaltungsanordnung zum Betreiben einer Injektoranordnung zum Einspritzen von Kraftstoff bei einer Brennkraftmaschine. Wenngleich diese Brennkraftmaschine mehrere Zylinder mit jeweils einem oder mehreren Injektoren pro Zylinder aufweisen kann, so ist der Klarheit der Darstellung halber das Schaltbild lediglich im Hinblick auf den Betrieb eines dieser Injektoren ausgeführt. 1 shows an equivalent circuit diagram of essential components of a circuit arrangement for operating an injector for injecting fuel in an internal combustion engine. Although this internal combustion engine may have a plurality of cylinders, each with one or more injectors per cylinder, so the clarity of Dar For the sake of clarity, the circuit diagram is executed only with regard to the operation of one of these injectors.

Dieser Injektor weist einen Piezoaktuator auf, der in 1 rechts oben durch dessen Kapazität Cpiezo und dessen Serienwiderstand Rpiezo dargestellt ist. Der parallel dazu geschaltete Widerstand R5 ist an dem Piezoelement bereits vor dessen Einbau in den Injektor angeordnet und schützt den Piezokristall vor einer Beschädigung durch eine etwaige elektrostatische Aufladung bei der Montage. In an sich bekannter Weise kann durch Laden und Entladen des Piezoelements ein zur Betätigung eines Kraftstoffventils geeignetes Ausdehnen und Zusammenziehen des Piezokristalls angesteuert werden. Diese Ansteuerung erfolgt durch Zufuhr einer Ansteuerspannung über ein Leitungspaar bestehend aus einer ersten Leitung PL1 und einer zweiten Leitung PL2.This injector has a Piezoaktuator in 1 top right by its capacity Cpiezo and its series resistance Rpiezo is shown. The parallel connected resistor R5 is arranged on the piezoelectric element before it is installed in the injector and protects the piezoelectric crystal from damage by any electrostatic charge during assembly. In known manner can be controlled by loading and unloading of the piezoelectric element suitable for actuating a fuel valve expansion and contraction of the piezoelectric crystal. This activation takes place by supplying a drive voltage via a line pair consisting of a first line PL1 and a second line PL2.

Dieses Leitungspaar PL1, PL2 verbindet in einem Kraftfahrzeug die in einem Steuergerät zusammengefassten Komponenten (1 links) mit dem betreffenden Injektor (1 rechts), wobei während der Ansteuerung des dargestellten Piezoaktuators die zweite Leitung PL2 innerhalb des Steuergeräts über einen Schalter S3 und weiter über eine Spule L3 (eingezeichnet mit deren Serienwiderstand R6) mit einem Masseanschluss GND des Kraftfahrzeugs verbunden wird. Auch für die weiteren, nicht dargestellten Injektoren ist jeweils eine zweite Leitung bzw. Masseleitung vorgesehen, in welcher ein dem Schalter S3 entsprechender Auswahlschalter angeordnet ist, mittels welchem die Leitung wahlweise unterbrochen werden kann. Somit ermöglicht die Auswahlschalteranordnung eine wahlweise Zufuhr der Ansteuerspannung zu jedem der Injektoren.This line pair PL1, PL2 connects in a motor vehicle the components combined in a control unit ( 1 left) with the relevant injector ( 1 right), wherein the second line PL2 is connected within the control unit via a switch S3 and further via a coil L3 (shown with its series resistance R6) to a ground terminal GND of the motor vehicle during the activation of the illustrated piezo actuator. Also for the other injectors, not shown, in each case a second line or ground line is provided, in which a switch S3 corresponding selection switch is arranged, by means of which the line can optionally be interrupted. Thus, the selector switch arrangement allows for an optional supply of the drive voltage to each of the injectors.

Was die erste Leitung PL1 ("high side") anbelangt, so könnte diese Leitung für alle angeschlossenen Injektoren genutzt werden. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist jedoch vorgesehen, dass für jeden Injektor ein separates Leitungs paar, also auch eine separate erste Leitung, vorgesehen ist. Die in 1 nicht dargestellten, zu den nicht dargestellten Injektoren führenden ersten Leitungen zweigen innerhalb des Steuergeräts von einem Schaltungsknoten K1 ab und führen jeweils über eine einer in 1 ersichtlichen Spule L2 entsprechenden Spule zu dem jeweiligen Injektor. Die übrigen Injektoren besitzen denselben Aufbau wie der in 1 rechts beispielhaft dargestellte Injektor.As far as the first line PL1 ("high side") is concerned, this line could be used for all connected injectors. In the illustrated embodiment, however, it is provided that a separate line pair, so also a separate first line is provided for each injector. In the 1 not shown, leading to the injectors not shown leading first branches within the controller of a circuit node K1 and each lead via a in one 1 apparent coil L2 corresponding coil to the respective injector. The other injectors have the same structure as in 1 right exemplified injector.

Mittels des in 1 links oben dargestellten Schaltungsteils wird der Piezoaktuator Cpiezo über die Leitung PL1 geladen (Aktivierung) und entladen (Deaktivierung). Die Zeitpunkte für die Aktivierung und Deaktivierung von jedem Injektor werden in an sich bekannter Weise durch einen Motorsteurungsteil des Steuergeräts festgelegt. Auf Grundlage dieser festgelegten Ansteuerungszeitpunkte werden ein Ladeschalter S1 und ein Entladeschalter S2 geeignet angesteuert, um in an sich bekannter Weise eine so genannte Umschwingendstufe zur Erzeugung des auf die Leitung PL1 zu gebenden Ansteuerstroms zu betreiben. Eine solche Schaltungsanordnung ist beispielsweise in der DE 197 23 932 A1 offenbart. Vereinfacht ausgedrückt wird die in einem Speicherkondensator C1 gespeicherte elektrische Energie periodisch, nämlich zu den gewünschten Ansteuerzeitpunkten, über einen Umladekondensator C2, eine Umschwingspule L1 und weiter über die Leitung PL1 zu der Kapazität Cpiezo übertragen. Bei der Deaktivierung des Aktuators (Entladung von Cpiezo) schwingt die im Piezoelement gespeicherte elektrische Energie wieder zurück und lädt den Umladekondensator C2 wieder auf. Mit Vdc ist in 1 eine Gleichspannungsquelle (z. B. DC/DC-Wandler) bezeichnet, welche zum Ausgleich von ohmschen Verlusten bei diesen Umschwingvorgängen vorgesehen ist.By means of in 1 In the upper left corner of the diagram, the piezo actuator Cpiezo is charged (activation) and discharged (deactivation) via the line PL1. The times for the activation and deactivation of each injector are determined in a conventional manner by a Motorsteurungsteil the controller. On the basis of these specified triggering times, a charging switch S1 and a discharging switch S2 are suitably activated in order, in a manner known per se, to operate a so-called oscillating stage for generating the driving current to be applied to the line PL1. Such a circuit arrangement is for example in the DE 197 23 932 A1 disclosed. Expressed in simple terms, the electrical energy stored in a storage capacitor C1 is periodically transferred to the capacitor Cpiezo at the desired drive times via a charge-reversal capacitor C2, a fly-around coil L1 and further via the line PL1. Upon deactivation of the actuator (discharge of Cpiezo), the electrical energy stored in the piezo element oscillates back again and charges the charge-reversal capacitor C2 again. With Vdc is in 1 a DC voltage source (eg DC / DC converter), which is provided to compensate for ohmic losses in these Umschwingvorgängen.

Das mittels des Piezoaktuators betätigbare Kraftstoffventil besitzt zwei Kontaktschalter S5, S6, deren Schaltzustände repräsentativ für die Stellung eines Ventilkörpers relativ zu einem Ventilsitz des Kraftstoffventils sind. Diese in 1 rechts eingezeichneten Schalter S5, S6 sind als Ventilsitzschalter (S5) und als Ventilanschlagschalter (S6) ausgebildet, d. h. der Schalter S5 ist nur geschlossen, wenn der Ventilkörper auf dem Ventilsitz aufliegt (Kraftstoffventil geschlossen), und der Schalter S6 ist nur geschlossen, wenn der Ventilkörper vom Ventilsitz abgehoben ist und gegen einen dessen Öffnungsbewegung begrenzenden Anschlag anliegt (Kraftstoffventil voll geöffnet). Der in 1 parallel zu dieser Kontaktschalteranordnung S5, S6 eingezeichnete Widerstand R9 modelliert den in der Praxis nicht ganz zu vernachlässigenden Isolationswiderstand.The actuatable by the piezo actuator fuel valve has two contact switches S5, S6, whose switching states are representative of the position of a valve body relative to a valve seat of the fuel valve. This in 1 Switches S5, S6 shown on the right are designed as valve seat switches (S5) and valve stop switches (S6), ie switch S5 is only closed when the valve body rests on the valve seat (fuel valve closed), and switch S6 is only closed when the switch S5 Valve body is lifted from the valve seat and abuts against a stop limiting its opening movement stop (fuel valve fully open). The in 1 Resistor R9 drawn parallel to this contact switch arrangement S5, S6 models the insulation resistance, which in practice is not entirely negligible.

Die Kontaktschalteranordnung S5, S6 dient dazu, eine von dem Steuergerät auf die zweite Leitung PL2 eingekoppelte Wechselspannung in Abhängigkeit von den Schaltzuständen der Kontaktschalter S5, S6 auszukoppeln. Zu diesem Zweck ist im Verlauf der Leitung PL2 im Bereich des Injektors ein "Auskoppelpunkt" K2 vorgesehen, von welchem ein Auskoppelpfad zur Fahrzeugmasse GND hin verläuft, dessen Impedanz abhängig von den Schaltzuständen ist. Im dargestellten Beispiel besteht der Auskoppelpfad aus einer Serienschaltung eines Auskoppelkondensators C4, eines einen realen Serienwiderstand modellierenden Widerstands R8 sowie der bereits erwähnten Kontaktschalteranordnung S5, S6, R9.The Contact switch assembly S5, S6 serves to connect one of the control unit to the second line PL2 coupled AC voltage in dependence from the switching states Disconnect the contact switch S5, S6. For this purpose is in the Course of the line PL2 in the area of the injector a "decoupling point" K2 provided by which a decoupling path to the vehicle ground GND runs, whose Impedance dependent from the switching states is. In the example shown, the decoupling path consists of a Series connection of a decoupling capacitor C4, one of a real Series resistance modeling resistor R8 as well as the already mentioned Contact switch arrangement S5, S6, R9.

Das zur Detektion der Schaltzustände verwendete Messsignal (Wechselspannung) wird im Verlauf der zweiten Leitung PL2 im Bereich des Steuergeräts an einem Schaltungsknoten K3 eingekoppelt. Zu diesem Zweck ist zwischen der Fahrzeugmasse GND und diesem Einkoppelpunkt K3 eine Serienschaltung bestehend aus einer Wechselspannungsquelle Vrf, einem Messsignalaktivierungschalter S4, einem Einkoppelkondensator C3 und einem den ohmschen Anteil der Impedanz des Kondensators C3 modellierenden Widerstands R7 angeordnet. Die Wechselspannungsquelle Vrf liefert eine hochfrequente (z. B. 1 MHz), sinusförmige Wechselspannung mit einer geeignet gewählten Amplitude, die bei geschlossenem Schalter S4 über den Einkoppelkondensator C3 zum Einkoppelpunkt K3 und somit auf die Leitung PL2 gelangt. Die oben bereits erwähnte Spule L3 (mit einem ohmschen Anteil R6) dient dazu, einen Wechselstrom-Kurzschluss des eingekoppelten Messsignals auf Masse zu verhindern bzw. an dieser Stelle einen Ableitungspfad relativ hoher Impedanz für das eingespeiste Messsignal zu realisieren. Die Spule L3 ist hierbei geeignet zu dimensionieren, so dass das eingekoppelte Wechselspannungssignal die ebenfalls über die Leitung PL2 realisierte Ansteuerung des Piezoaktuators nicht nachteilig beeinflusst. Bei angesteuertem Piezoaktuator läuft die wechselförmige Messsignalspannung gewissermaßen entgegen der Ansteuerstromrichtung über die Leitung PL2 und wird im Bereich des Injektors über den Auskoppelkondensator C4 wieder mehr oder weniger (abhängig von den Schaltzuständen der Kontaktschalter S5, S6) zur Fahrzeugmasse GND hin ausgekoppelt.The measuring signal (alternating voltage) used for the detection of the switching states is coupled in the course of the second line PL2 in the region of the control device at a circuit node K3 pelt. For this purpose, a series circuit consisting of an AC voltage source Vrf, a Meßsignalaktivierungschalter S4, a coupling capacitor C3 and the ohmic component of the impedance of the capacitor C3 modeling resistor R7 is arranged between the vehicle ground GND and this coupling point. The AC voltage source Vrf supplies a high-frequency (eg 1 MHz), sinusoidal AC voltage with a suitably selected amplitude, which, when the switch S4 is closed, passes via the coupling capacitor C3 to the coupling point K3 and thus to the line PL2. The above-mentioned coil L3 (with an ohmic portion R6) serves to prevent an AC short-circuit of the coupled measurement signal to ground or to realize at this point a derivative path of relatively high impedance for the injected measurement signal. In this case, the coil L3 is suitable for dimensioning, so that the coupled-in AC voltage signal does not adversely affect the actuation of the piezoactuator, which is likewise realized via the line PL2. When the piezoactuator is actuated, the alternating measuring signal voltage runs as it were counter to the drive current direction via the line PL2 and is decoupled more or less (depending on the switching states of the contact switches S5, S6) to the vehicle ground GND in the region of the injector via the decoupling capacitor C4.

Da das Injektorgehäuse aufgrund des Einbaus in der Brennkraftmaschine üblicherweise ohnehin elektrisch mit der Fahrzeugmasse verbunden wird, können die Kontaktschalter S5, S6 vorteilhaft in einfacher Weise dadurch realisiert werden, dass der Ventilkörper, z. B. eine Ventilnadel, elektrisch kontaktiert wird und über den Auskoppelkondensator C4 mit der ohnehin zum Injektor führenden Ansteuerleitung PL2 verbunden wird. Der Ventilkörper bildet somit die in 1 oberen An schlüsse der Schalter S5, S6. Die unteren Schalteranschlüsse werden dann von dem Ventilsitz und einem vom Ventilsitz entfernt angeordneten Anschlag gebildet, die wie erwähnt naturgemäß bereits mit der Fahrzeugmasse GND verbunden sind.Since the injector due to the installation in the internal combustion engine is usually electrically connected in any case with the vehicle mass, the contact switch S5, S6 can be advantageously realized in a simple manner that the valve body, for. B. a valve needle, is electrically contacted and connected via the decoupling capacitor C4 with the already leading to the injector drive line PL2. The valve body thus forms the in 1 upper connections of switches S5, S6. The lower switch terminals are then formed by the valve seat and a remote from the valve seat stop, which are naturally already connected as mentioned with the vehicle ground GND.

2 zeigt schematisch in einer Schnittansicht einige Teile eines mit der Schaltungsanordnung von 1 betriebenen Kraftstoffventils 10, nämlich eine Ventilnadel 12, einen Ventilsitz 14, gegen welchen ein unteres Ende der Ventilnadel 12 bei geschlossenem Ventil anliegt, sowie einen Anschlagring 16, gegen den ein oberer Umfangsrandabschnitt der Ventilnadel 12 bei Vollöffnung des Ventils anschlägt. 2 shows schematically in a sectional view some parts of a with the circuit of 1 operated fuel valve 10 namely a valve needle 12 , a valve seat 14 against which a lower end of the valve needle 12 when the valve is closed, and a stop ring 16 against which an upper peripheral edge portion of the valve needle 12 strikes at full opening of the valve.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Ventil 10 normalerweise (ohne Aktivierung des Piezoaktuators) geschlossen aufgrund einer Differenz von Kraftstoffdruckkräften, die einerseits im Bereich der Ventilnadelspitze und andererseits im Bereich eines oberen Ventilnadelendes auf die Ventilnadel 12 einwirken. Wird der Piezoaktuator angesteuert, so wird (beispielsweise durch Öffnung einer Kraftstoffrücklaufpassage innerhalb des Injektors) der Druck im Bereich des oberen Ventilnadelendes reduziert, wodurch der Druck an der Spitze der Ventilnadel 12 das Übergewicht erhält, so dass die Ventilnadel 12 aus dem Ventilsitz 14 nach oben bewegt wird. Abweichend vom dargestellten Ausführungsbeispiel sind selbstverständlich auch andere Ausführungen möglich, bei denen der Aktuator zum Schließen des Ventils aktiviert wird, wohingegen die Öffnung des Ventils passiv erfolgt (z. B. vom Kraftstoffdruck getrieben).In the illustrated embodiment, the valve 10 normally (without activation of the piezoactuator) closed due to a difference of fuel pressure forces, on the one hand in the region of the valve needle tip and on the other hand in the region of an upper valve needle end on the valve needle 12 act. When the piezoactuator is actuated, the pressure in the region of the upper valve needle end is reduced (for example by opening a fuel return passage inside the injector), whereby the pressure at the tip of the valve needle 12 Obesity keeps, so the valve needle 12 from the valve seat 14 is moved upward. Deviating from the illustrated embodiment, of course, other embodiments are possible in which the actuator is activated to close the valve, whereas the opening of the valve is passive (eg driven by fuel pressure).

Bei dem in 2 dargestellten Ventil 10 sind der Ventilsitz 14 und der Anschlagring 16 über das nicht dargestellte Injektorgehäuse mit der Fahrzeugmasse verbunden, wohingegen die Ventilnadel 12 in an sich bekannter Weise davon isoliert im Injektorgehäuse geführt ist und beispielsweise über eine Stösselanordnung elektrisch kontaktiert ist, die sich durch eine zentrale Durchgangsöffnung 18 des Anschlagrings 16 hindurch erstreckt. Diese elektrische Kontaktierung der Ventilnadel 12 führt über den Auskoppelkondensator C4 (1) an den masseseitigen Steueranschluss des Piezoaktuators. Die Anpassung des im Rahmen der Erfindung zu verwendenden Injektors gegenüber einem herkömmlichen Injektor besteht im Wesentlichen lediglich darin, den Ventilkörper über einen geeigneten Impedanzpfad, enthaltend wenigstens einen Kondensator, mit dem masseseitigen Anschluss des Ventilaktuators zu verbinden.At the in 2 illustrated valve 10 are the valve seat 14 and the stop ring 16 connected via the injector housing, not shown, with the vehicle mass, whereas the valve needle 12 isolated in the injector in a known manner thereof and is electrically contacted, for example via a plunger assembly extending through a central passage opening 18 of the stop ring 16 extends through. This electrical contact of the valve needle 12 leads via the decoupling capacitor C4 ( 1 ) to the ground-side control terminal of the piezo actuator. The adaptation of the injector to be used in the context of the invention over a conventional injector essentially consists merely of connecting the valve body to the ground-side connection of the valve actuator via a suitable impedance path containing at least one condenser.

3 zeigt auf einer gemeinsamen Zeitachse (Zeit t) einen typischen Verlauf des Verstellwegs s (3 oben) der Ventilnadel 12 für einen Einspritzvorgang sowie die dabei an dem Schaltungsknoten K3 zu messende Amplitude A (3 unten) des eingekoppelten Wechselspannung-Messsignals. 3 shows on a common time axis (time t) a typical course of the adjustment path s ( 3 above) of the valve needle 12 for an injection process as well as the amplitude A to be measured at the circuit node K3 ( 3 below) of the coupled AC voltage measurement signal.

Zu einem Zeitpunkt t1, welcher von der im Steuergerät befindlichen Motorsteuerung kurz vor der Aktivierung des Aktuators liegend festgelegt wird, wird der Messspannungaktivierungsschalter S4 geschlossen und somit die Messspannung auf die Masseleitung PL2 eingekoppelt. Das Kraftstoffventil 10 ist hierbei noch geschlossen (s=0), so dass der Ventilsitzschalter S5 geschlossen ist. Über den Schalter S5 wird somit das Messsignal im Bereich des Injektors wieder stark ausgekoppelt, so dass die am Knoten K3 gemessene Signalamplitude A einen relativ kleinen Wert annimmt. Hierbei ist der Auswahlschalter S3 bereits geschlossen.At a point in time t1, which is set by the motor controller located in the control unit shortly before the activation of the actuator, the measuring voltage activation switch S4 is closed, and thus the measuring voltage is coupled to the ground line PL2. The fuel valve 10 is still closed (s = 0), so that the valve seat switch S5 is closed. Thus, the measuring signal in the region of the injector is strongly decoupled again via the switch S5, so that the signal amplitude A measured at the node K3 assumes a relatively small value. In this case, the selection switch S3 is already closed.

Nun wird, zu einem Zeitpunkt t2, der Piezoaktuator über das Ansteuerleitungspaar PL1, PL2 aktiviert, um die Öffnungsbewe gung der Ventilnadel 12 einzuleiten. Daraufhin hebt die Ventilnadel 12 vom Ventilsitz 14 ab, so dass der Schalter S5 öffnet. Dies führt zu einem sprunghaften Anstieg der Signalamplitude A. Die Erfassung dieses sprunghaften Anstiegs gestattet die genaue Bestimmung desjenigen Zeitpunkts (etwa t2), zu welchem das Ventil 10 öffnet.Now, at a time t2, the piezo actuator via the Ansteuerleitungspaar PL1, PL2 activated to the Öffnungsbewe movement of the valve needle 12 initiate. Then the valve needle lifts 12 from the valve seat 14 from, so that the switch S5 opens. This leads to a sudden increase in the signal amplitude A. The detection of this sudden increase allows the exact determination of the time (about t2), to which the valve 10 opens.

Zu einem Zeitpunkt t3 gelangt das Ventil 10 in dessen Maximalöffnungsstellung (s maximal), d. h. das obere Ende der Ventilnadel 12 schlägt an dem Anschlagring 16 an. Dies bedeutet, dass der Anschlagschalter S6 nun geschlossen wird und die Signalamplitude A wieder sprunghaft auf einen relativ kleinen Wert sinkt. Abhängig von den Eigenschaften der Kontaktschalteranordnung, insbesondere der ohmschen Übergangswiderstände der Kontaktschalter S5, S6, kann dieser Wert von dem Wert der Amplitude A während des Intervalls von t1 bis t2 abweichen.At a time t3, the valve passes 10 in its maximum open position (s maximum), ie the upper end of the valve needle 12 hits the stop ring 16 at. This means that the stop switch S6 is now closed and the signal amplitude A drops abruptly to a relatively small value. Depending on the properties of the contact switch arrangement, in particular the ohmic contact resistances of the contact switches S5, S6, this value may deviate from the value of the amplitude A during the interval from t1 to t2.

Zu einem Zeitpunkt t4 wird der Piezoaktuator deaktiviert, um den Ventilschließvorgang einzuleiten. Daraufhin öffnet der Schalter S6 wieder, so dass die Amplitude A nochmals auf einen relativ großen Wert ansteigt.To At time t4, the piezoactuator is deactivated to complete the valve closing operation initiate. Thereupon opens the switch S6 again, so that the amplitude A again to a relatively large Value increases.

Zu einem Zeitpunkt t5 gelangt die Spitze der Ventilnadel 12 wieder in Kontakt mit dem Ventilsitz 14, so dass der Schalter S5 schließt und die Amplitude A wieder auf einen relativ kleinen Wert absinkt.At a time t5, the tip of the valve needle passes 12 again in contact with the valve seat 14 , so that the switch S5 closes and the amplitude A decreases again to a relatively small value.

Die Auswertung des zeitlichen Verlaufs der Signalamplitude A gestattet somit die Bestimmung einer Mehrzahl von Zeitpunkten (t2, t3, t4 und t5), aus welchen sich der Verlauf der Ventilkörperbewegung sehr gut rekonstruieren lässt. Demzufolge können sehr genaue Aussagen über den zeitlichen Verlauf der Ein spritzrate sowie der Einspritzmenge gemacht werden, welche im Rahmen der Motorsteuerung zur Optimierung von Betriebseigenschaften der Brennkraftmaschine herangezogen werden können.The Evaluation of the time course of the signal amplitude A allowed thus determining a plurality of times (t2, t3, t4 and t5), from which the course of the valve body movement is very good reconstruct. Consequently, very accurate statements about the time course of the injection rate and the injection quantity made in the context of engine control for optimization be used by operating characteristics of the internal combustion engine can.

Um die Messspannung nicht unnötig lange einzukoppeln bzw. deren nachteilige Wirkung auf die Kontaktschalter S5, S6 zu begrenzen, wird schließlich zu einem Zeitpunkt t6 der Schalter S4 wieder geöffnet. Die Festlegung dieses Zeitpunkts t6 kann beispielsweise basierend auf der Erfassung des Zeitpunkts t5 erfolgen, insbesondere kurz nach diesem Zeitpunkt T5 liegend festgelegt werden.Around the measuring voltage is not unnecessary long to couple or their adverse effect on the contact switch Finally, S5, S6, becomes at a time t6 the switch S4 opened again. The determination of this time t6 can be based, for example take place on the detection of the time t5, in particular briefly be determined after this time T5 lying.

Das beschriebene Ausführungsbeispiel realisiert eine einfache und kostengünstige Art zur Detektion der Ventilnadelstellung. Insbesondere ist am Injektor kein weiterer Anschluss zur Messsignalankopplung erforderlich. Es kann eine aufwändige und kostenintensive Anpassung der Verkabelung zwischen einem Steuergerät und der Injektoranordnung vermieden werden. Die Verwendung einer Wechselspannung als Messsignal minimiert hierbei die Gefahr einer elektrolytischen Korrosion an den Kontaktstellen des Ventilkörpers. Durch eine genügend hohe Messsignalfrequenz kann zudem die Forderung nach einer ausreichend kurzen Antwortzeit der Detektion erfüllt werden. Durch die Verwendung des Ventilkörpers und Abschnitten eines Inektorgehäuses als Kontaktschalter ist die Konstruktion des Injektors sehr einfach. Insbesondere sind keine besonderen, zusätzlichen Bauteile nötig, welche die Dichtheit des Ventil nachteilig beeinflussen könnten.The described embodiment realizes a simple and inexpensive way of detecting the Valve needle position. In particular, the injector is no further Connection for measuring signal coupling required. It can be a time-consuming and costly one Adaptation of the wiring between a control unit and the Injector arrangement can be avoided. The use of an AC voltage as a measuring signal minimizes the risk of electrolytic Corrosion at the contact points of the valve body. Due to a sufficiently high measuring signal frequency may also call for a sufficiently short response time fulfilled the detection become. By using the valve body and sections of a Inektorgehäuses As a contact switch, the construction of the injector is very simple. In particular, no special, additional components are needed which could affect the tightness of the valve adversely.

In relativ einfacher Weise können aus den gewonnenen Informationen betreffend Einspritzbeginn, Einspritzverlauf und Einspritzende der Einspritzverlauf und die Gesamteinspritzmenge bestimmt werden. Eine bevorzugte Anwendung der Erfindung liegt im Bereich von Dieseleinspritzsystemen mit Piezo-Injektoren. Die Erfindung erlaubt den Aufbau einer Regelung von Einspriztzeitpunkten und Einspritzmengen und eignet sich insbesondere auch für Einspritzsysteme, bei welchen unter bestimmten Betriebsbedingungen sehr kleine Einspritzmengen vorgesehen werden sollen.In relatively simple way from the information obtained regarding the start of injection, course of injection and injection end of the injection course and the total injection amount be determined. A preferred application of the invention is in Range of diesel injection systems with piezo injectors. The invention allows the Structure of a control of Einspriztzeitpunkten and injection quantities and is particularly suitable for injection systems in which under certain operating conditions very small injection quantities provided should be.

Claims

Circuit arrangement for operating an injector arrangement for injecting fuel in an internal combustion engine of a motor vehicle, wherein the injector arrangement comprises one or more injectors, each of an electrically controllable actuator (Cpiezo, Rpiezo) and an actuatable by means of the actuator fuel valve ( 10 ) are formed, each fuel valve ( 10 ) has at least one contact switch (S5, S6), the switching state of which is the position of a valve body ( 12 ) relative to a valve seat ( 14 ), wherein the circuit arrangement is adapted to selectively supply each of the injectors a drive voltage for driving the actuator (Cpiezo, Rpiezo) via a line pair consisting of a first line (PL1) and a second line (PL2), wherein the second line at least is connected during the activation of the respective actuator with a ground (GND) of the motor vehicle, wherein the circuit arrangement is adapted to selectively supply each of the injectors a measuring voltage for detecting the switching state of the contact switch (S5, S6), wherein in the second line (PL2 ) a coil (L3) with a ground-side coil terminal and an injector-side coil terminal (K3) is arranged, wherein an AC voltage source (Vrf) is arranged in series with a coupling capacitor (C3) between the motor vehicle ground (GND) and the injector-side coil terminal (K3) around an alternating voltage serving as the measuring voltage at a coil through the injector side coupled Einkoppelpunkt coupled to the second line (PL2), and wherein a decoupling capacitor (C4) in series with the contact switch (S5, S6) between the injector-side end (K2) of the second line (PL2) and the motor vehicle ground (GND) is arranged for coupling out the AC voltage at a decoupling point formed by the injector-side end (K2) of the second line (PL2) from the second line in dependence on the switching state of the contact switch (S5, S6).

Circuit arrangement according to claim 1, formed as a control unit with a line arrangement (PL1, PL2) for connecting a motor vehicle of the control unit arranged away injector, wherein the Einkoppelpunkt (K3) in the area of the control unit and the decoupling point (K2) arranged in the region of the injector is.

Circuit arrangement according to claim 1 or 2, wherein the injectors are designed as piezoinjectors.

Circuit arrangement according to claim 1, 2 or 3, wherein contacts of the contact switch (S5) are formed by the valve body ( 12 ) and the valve seat ( 14 ) of the respective fuel valve ( 10 ).

Circuit arrangement according to one of claims 1 to 4, wherein contacts of the contact switch (S6) are formed by the valve body ( 12 ) and one of the valve seat ( 14 ) remotely located valve body stop ( 16 ) of the respective fuel valve ( 10 ).

Circuit arrangement according to one of claims 1 to 5, where for each injector a separate line pair (PL1, PL2) provided is.

Circuit arrangement according to one of claims 1 to 6, for operating an injector assembly with multiple injectors, being for each injector a separate second line (PL2) is provided and between the coupling point (K3) and the coupling-out point (K2) the second lines (PL2) each have an injector selector switch (S3) is arranged, by means of which optionally each of the second Lines (PL2) can be interrupted.

Circuit arrangement according to one of claims 1 to 7, designed for the selective coupling of the AC voltage in predetermined periods (t1 to t6), in which a change (t2, t3, t4, t5) of the switching state is to be expected.

Circuit arrangement according to one of claims 1 to 8, wherein the frequency of the AC voltage at least ten times the maximum drive frequency expected for each injector during operation of the injector assembly is.

Circuit arrangement according to one of claims 1 to 9, wherein the frequency of the AC voltage at least 10 KHz, in particular at least 100 KHz.

Circuit arrangement according to one of claims 1 to 10, wherein the AC voltage is substantially sinusoidal.

Method for operating an injector arrangement for injecting fuel in an internal combustion engine of a motor vehicle, wherein the injector arrangement comprises one or more injectors, each consisting of an electrically controllable actuator (Cpiezo, Rpiezo) and an actuatable by means of the actuator fuel valve ( 10 ) are formed, each fuel valve ( 10 ) has at least one contact switch (S5, S6), the switching state of which is the position of a valve body ( 12 ) relative to a valve seat ( 14 ), wherein optionally each of the injectors a drive voltage for driving the actuator (Cpiezo, Rpiezo) via a line pair consisting of a first line (PL1) and a second line (PL2) is supplied, wherein the second line at least during the control of the respective Actuator is connected to a ground (GND) of the motor vehicle, wherein each of the injectors, a measuring voltage for detecting the switching state of the contact switch is supplied, wherein the supply of the driving voltage via a in the second line (PL2) arranged coil (L3) with a ground side coil terminal and an injector-side coil terminal (K3), wherein an AC voltage serving as the measurement voltage is coupled to the second line (PL2) at a coupling point formed by the injector-side coil terminal (K3) using an AC voltage source (Vrf) connected in series with a coupling capacitor (C3) between the vehicle ground (GND) and the injector-side coil terminal (K3) is arranged, and wherein the AC voltage at a coupling point formed by the injector-side end (K2) of the second line (PL2) of the second line in dependence on the switching state of the contact switch (S5, S6) is coupled out via a decoupling capacitor (C4), which is arranged in series with the contact switch (S5, S6) between the injector-side end (C4) of the second line (PL2) and the vehicle ground (GND).

Injector for injecting fuel in an internal combustion engine of a motor vehicle, wherein the injector of an electrically controllable actuator and actuated by means of the actuator ble fuel valve ( 10 ), wherein the fuel valve has at least one contact switch (S5, S6) whose switching state corresponds to the position of a valve body (S5, S6) 12 ) relative to a valve seat ( 14 ), wherein the injector has a terminal pair for supplying a drive voltage for driving the actuator, characterized in that the contact switch (S5, S6) on the one hand with a ground terminal of the injector and on the other hand via a capacitor (C4) with one of the two drive terminals of the injector is electrically connected to allow the coupling of a voltage applied to this terminal AC voltage in response to the switching state of the contact switch (S5, S6).