DE10349307B3 - Diagnostic procedure for an electromechanical actuator - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Diagnoseverfahren für einen elektromechanischen Aktor, insbesondere für einen Piezoaktor eines Injektors einer Einspritzanlage, mit den folgenden Schritten: Ermittlung mindestens einer elektrischen Betriebsgröße des Aktors und Ermittlung einer Kenngröße des Aktors in Abhängigkeit von der elektrischen Betriebsgröße, wobei die Kenngröße von der auf den Aktor wirkenden Kraft abhängig ist. Es wird vorgeschlagen, dass die elektrische Betriebsgröße der effektive elektrische Widerstand des Aktors ist.The invention relates to a diagnostic method for an electromechanical actuator, in particular for a piezoelectric actuator of an injector of an injection system, comprising the following steps: determining at least one electrical operating variable of the actuator and determining a characteristic of the actuator in dependence on the electrical operating variable, the characteristic of the on the actor acting force is dependent. It is proposed that the electrical operating variable is the effective electrical resistance of the actuator.

Description

Die Erfindung betrifft ein Diagnoseverfahren für einen elektromechanischen Aktor, insbesondere für einen Piezoaktor eines Injektors einer Einspritzanlage, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention relates to a diagnostic method for an electromechanical Actuator, especially for a piezoelectric actuator of an injector of an injection system, according to the preamble of claim 1.

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 als Wandler 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 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 sein darf, so dass der Aktor einen Leerhub aufweist, der einer fertigungs- und alterungsbedingten Bauteilstreuung unterliegt. Diese Toleranz des Leerhubs verringert jedoch die Mengengenauigkeit bei der Einspritzung und führt zu unerwünschten Abweichungen zwischen den einzelnen 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, wherein for controlling the injectors as a converter For example, piezoelectric actuators are used. The actual controller the fuel injection takes place here by a valve needle, which is slidably mounted in the injector and the piezoelectric actuator via a Servo valve is controlled. The problem with such a Injector is the fact that the power transmission from the piezoelectric actuator on the servo valve for controlling the valve needle not clearance may be, so that the actuator has a Leerhub, a manufacturing and aging-related component scattering is subject. This tolerance of However, idling strokes reduces the accuracy of the injection and leads too unwanted Deviations between the individual injectors of the internal combustion engine, if they 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. Es wurde deshalb bereits labormäßig 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.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. It was because of that already lab-based trying to detect the idle stroke of an injector by adjusting the voltage or current characteristic of the piezoelectric actuator is evaluated. This is The physical knowledge exploited that the effective capacity of a Piezoactuator dependent on the force is that acts on the piezoelectric actuator. This is important since in operation the piezoelectric actuator a sudden increase in force occurs when the idle stroke exceeded and the piezoelectric actuator on the servo valve or other power transmission elements between the piezoelectric actuator and the servo valve impinges, resulting in a corresponding abrupt change the effective capacity of the piezo actuator leads. This change the effective capacity of the piezo actuator when exceeding the idle stroke expresses itself in the voltage or current curve in a kink, so that the idle stroke of the injector by an evaluation of the voltage or current profile can be determined.

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.The Evaluation of the voltage or current curve of the piezoelectric actuator for However, determining the idle stroke of the injector is difficult as it is This is a highly dynamic process in which several Overlay effects.

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.Furthermore it is possible, that due to elastic deformations under hydraulic pressure possibly no real idle stroke in the strict sense exists, so that the idle stroke to be measured from an overcoming of elastic deformations, which after the above known measuring principle at low rail pressure but very high demands to the evaluations of the voltage or current curve represents not the valve spring of the injector the essential force component generated, but the hydraulic pressure at the closed valve.

Nachteilig an dem vorstehend beschriebenen bekannten Verfahren zur Ermittlung des Leerhubs eines Injektors ist also die schwierige und aufwändige Auswertung des Spannungs- oder Stromverlaufs, was bisher nur eine labormäßige Bestimmung des Leerhubs erlaubte, wohingegen auch während des normalen Ein spritzbetriebs eine Bestimmung des Leerhubs wünschenswert ist.adversely in the known method of detection described above the idle stroke of an injector is therefore the difficult and expensive evaluation the voltage or current curve, which so far only a laboratory determination of the idle stroke allowed, whereas during normal injection operation a determination of the idle stroke desirable is.

Weiter ist Verfahren zum Ansteuern eines piezobetriebenen Kraftstoffeinspritzventils bekannt ( DE 101 43 501 C1 ), bei dem mittels des dem Piezoaktor zugeführten Stroms und der über dem Aktor abfallenden Spannung unter Zuhilfenahme eines nicht linearen Modells der Verlauf der Längenänderung und die vom Aktor ausgeübte Kraft berechnet wird.Furthermore, a method for driving a piezo-operated fuel injection valve is known (US Pat. DE 101 43 501 C1 ), in which by means of the piezoelectric actuator supplied current and the voltage drop across the actuator with the aid of a non-linear model of the course of the change in length and the force exerted by the actuator force is calculated.

Auch ist ein Verfahren zur Ansteuerung eines piezoelektrischen betriebenen Kraftstoffeinspritzventils bekannt ( DE 100 12 607 A1 ). Dort soll über die Lebensdauer des piezoelektrischen Stellglieds der Leerhub des piezoelektrischen Aktors konstant gehalten werden. Hierzu wird der Leerhub aus der Kapazität des Aktors ermittelt.A method for driving a piezoelectric fuel injection valve is also known (US Pat. DE 100 12 607 A1 ). There is to be kept constant over the life of the piezoelectric actuator, the idle stroke of the piezoelectric actuator. For this purpose, the idle stroke is determined from the capacity of the actuator.

Bei einem weiteren bekannten Verfahren zur Detektion des Einschlagzeitpunktes der Ventilnadel eines piezoelektrisch betriebenen Kraftstoffeinspritzventils (WO 03/081007 A1), ist ein Verfahren bekannt, bei dem die Detektion des Einschlagzeitpunktes der Ventilnadel durch Auswertung der Piezospannung und/oder des Piezostromes erfolgt.at Another known method for detecting the impact time the valve needle of a piezoelectrically operated fuel injection valve (WO 03/081007 A1), a method is known in which the detection the impact time of the valve needle by evaluation of the piezo voltage and / or the piezostream occurs.

Weiter ist ein Verfahren bekannt (WO 02/092985 A1), bei dem der Leerhub eines piezoelektrischen Aktors aus der gemessenen Kapazität des Aktors ermittelt wird.Further is a method known (WO 02/092985 A1), in which the idle stroke a piezoelectric actuator from the measured capacitance of the actuator is determined.

Auch diese Verfahren erfordern eine aufwändige Auswertung des Spannungs- und Stromverlaufs.These methods also require a complex evaluation of the voltage and current Ver run.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Diagnoseverfahren für einen Piezoaktor anzugeben, das mit möglichst geringem Aufwand und großer Genauigkeit die Bestimmung des Leerhubs auch während des normalen Einspritzbetriebs ermöglicht.Of the The invention is therefore based on the object, a diagnostic method for one Specify piezoelectric actuator with the possible little effort and big Accuracy allows the determination of the idle stroke even during normal injection operation.

Diese Aufgabe wird, ausgehend von dem vorstehend beschriebenen bekannten Diagnoseverfahrens gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.These Task is, starting from the above-described known Diagnostic method according to the preamble of claim 1, by the characterizing features of the claim 1 solved.

Die Erfindung umfasst die allgemeine technische Lehre, zur Bestimmung des Leerhubs des Piezoaktors nicht die Strom- oder Spannungsverläufe auf eine Knickstelle hin zu untersuchen, sondern stattdessen zunächst den effektiven elektrischen Widerstand des Aktors zu ermitteln und dann den Verlauf des effektiven elektrischen Widerstands auf eine Diskontinuität hin zu untersuchen, um daraus dann Rückschlüsse auf die auf den Aktor wirkende Kraft zu beziehen.The The invention comprises the general technical teaching for the determination the idle stroke of the piezoelectric actuator does not affect the current or voltage characteristics to examine a kink, but instead first the determine the effective electrical resistance of the actuator and then the course of the effective electrical resistance to a discontinuity towards to draw conclusions from it to refer to the force acting on the actuator.

Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Verwendung im Zusammenhang mit einem Piezoaktor beschränkt, sondern grundsätzlich auch mit anderen Typen von elektromechanischen Aktoren realisierbar, die ein entsprechendes Verhalten aufweisen.The However, the invention is not related to use limited to a piezoactuator, but basically also feasible with other types of electromechanical actuators, the have a corresponding behavior.

Darüber hinaus ist die Erfindung nicht auf die Ermittlung des Leerhubs eines Piezoaktors für einen Injektor einer Einspritzanlage beschränkt. Vielmehr kann im Rahmen des erfindungsgemäßen Diagnoseverfahrens auch eine andere Kenngröße des Aktors ermittelt werden, die von der auf den Aktor wirkenden Kraft abhängig ist. Vorzugsweise wird im Rahmen des erfindungsgemäßen Diagnoseverfahrens jedoch als Kenngröße des Aktors der Leerhub oder das Ventilspiel eines von dem Aktor angesteuerten Einspritzventils ermittelt.Furthermore the invention is not based on the determination of the idle stroke of a piezoelectric actuator for an injector an injection system limited. Rather, in the context of the diagnostic method according to the invention also determined another characteristic of the actuator which depends on the force acting on the actuator. Preferably, however, in the context of the diagnostic method according to the invention as Characteristic of the actuator the idle stroke or the valve clearance of a controlled by the actuator Injection valve determined.

Bei der Ermittlung des effektiven elektrischen Widerstands des Aktors kann im Rahmen des erfindungsgemäßen Diagnoseverfahrens wahlweise die Impedanz oder der Ohmsche Widerstand des Aktors ermittelt werden, um daraus die Kenngröße (z.B. Leerhub) abzuleiten.at the determination of the effective electrical resistance of the actuator can in the context of the diagnostic method according to the invention optionally determines the impedance or the ohmic resistance of the actuator in order to derive the characteristic (eg idle stroke). derive.

Vorzugsweise wird die als Grundlage zur Bestimmung der interessierenden Kenngröße des Aktors dienende elektrische Betriebsgröße des Aktors nicht nur in einem Betriebspunkt gemessen, sondern für eine Vielzahl von Betriebspunkten. Dies wird vorzugsweise dadurch erreicht, dass der Aktor nacheinander mit unterschiedlichen Werten eines elektrischen Steuersignals angesteuert wird, das eine entsprechende Stellbewegung des Aktors erzeugt. Während der Stellbewegung des Aktors wird die interessierende elektrische Betriebsgröße des Aktors dann bei verschiedenen Werten des Steuersignals ermittelt. Der Verlauf der ermittelten elektrischen Betriebsgröße während der Stellbewegung des Aktors wird dann auf eine Diskontinuität (z.B. Knickstelle) hin untersucht, um die interessierende Kenngröße des Aktors dann aus der Lage der Diskontinuität und/oder dem zugehörigen Steuersignal abzuleiten.Preferably becomes the basis for determining the characteristic of interest of the actuator serving electrical operating variable of the actuator is not measured only at one operating point, but for a variety of operating points. This is preferably achieved by the actuator successively controlled with different values of an electrical control signal is, which generates a corresponding actuating movement of the actuator. During the Actuating the actuator is the interesting electrical operating variable of the actuator then determined at different values of the control signal. The history the determined electrical operating variable during the adjusting movement of Actor is then examined for a discontinuity (e.g., kink), to the characteristic of interest of the actuator then from the location of the discontinuity and / or the associated control signal derive.

Beispielsweise kann während der Stellbewegung des Aktors laufend oder zu bestimmten Abtastzeitpunkten die Spannung über dem Aktor sowie der durch den Aktor fließende Strom gemessen werden, um daraus für verschiedene Spannungswerte den effektiven elektrischen Widerstand des Aktors zu berechnen. Wenn man dann den Verlauf des effektiven elektrischen Widerstands des Aktors über der Spannung betrachtet, so tritt bei einer bestimmten Spannung eine Knickstelle im Verlauf des effektiven elektrischen Widerstands auf, wobei die Lage der Knickstelle den Leerhub wiedergibt. Aus der zugehörigen elektrischen Spannung an der Knickstelle kann dann aus den bekannten Aktorgleichungen der Leerhub direkt ermittelt werden.For example can while the actuating movement of the actuator continuously or at certain sampling times the tension over the actuator and the current flowing through the actuator are measured to from it for different voltage values the effective electrical resistance of the actuator. If one then the course of the effective electrical Resistance of the actuator over Considering the voltage, so occurs at a certain voltage a kink in the course of the effective electrical resistance on, wherein the position of the kink represents the idle stroke. Out the associated electrical Stress at the kink can then be calculated from the known actuator equations the idle stroke can be determined directly.

Bei der Diskontinuität im Verlauf des elektrischen Widerstands kann es sich beispielsweise um eine Knickstelle oder aber auch um eine Sprungstelle handeln.at the discontinuity in the course of the electrical resistance may be, for example to act as a kink or as a jump.

Vorzugsweise wird der als Grundlage für die Bestimmung des Leerhubs dienende effektive elektrische Widerstands des Aktors während eines Entladevorgangs erfasst, was zu einer genaueren Bestimmung führt. Es ist jedoch grundsätzlich auch möglich, den effektiven elektrischen Widerstand des Aktors während eines Ladevorgangs zu ermitteln, da der Leerhub sowohl während des Ladevorgangs als auch während des Entladevorgangs zu der vorstehend erwähnten Diskontinuität im Verlauf des effektiven Widerstands führt.Preferably is the basis for the determination of the idle stroke effective electrical resistance of the actor during unloading process, resulting in a more accurate determination leads. It is, however, basically also possible, the effective electrical resistance of the actuator during charging Detect, as the idle stroke both during the charging process as well while the discharging operation to the above-mentioned discontinuity in the course of effective resistance leads.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird dem Aktor ein vorgegebener Strom als elektrisches Steuersignal aufgeprägt, was die Berechnung des effektiven elektrischen Widerstands erleichtert. Es ist jedoch alternativ auch möglich, dass dem Aktor eine vorgegebene Spannung als elektrisches Steuersignal aufgeprägt wird, wobei die Berechnung des effektiven elektrischen Widerstands des Aktors ebenfalls leicht möglich ist.In a preferred embodiment of Invention, the actuator is a given current as electrical Control signal imprinted, which facilitates the calculation of the effective electrical resistance. However, it is also possible as an alternative that the actuator a predetermined voltage as an electrical control signal imprinted , wherein the calculation of the effective electrical resistance of the Actors also easily possible is.

Bei den beiden vorstehend beschriebenen Varianten mit einem eingeprägten elektrischen Steuersignal ist vorzugsweise der zeitliche Verlauf des Steuersignals als Zeitfunktion vorgegeben, wobei die interessierende Kenngröße (z.B. Leerhub des Aktors) in Abhängigkeit von der vorgegebenen Zeitfunktion berechnet wird.In the two variants described above with an impressed electrical control signal, the time profile of the control signal is preferably predetermined as a function of time, wherein the parameter of interest (eg idle stroke of the Ak gate) is calculated as a function of the predetermined time function.

Das vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Diagnoseverfahren eignet sich nicht nur für eine labormäßige Bestimmung des Leerhubs oder anderer interessierender Kenngrößen des Aktors, sondern kann auch während des normalen Einspritzbetriebs einer Einspritzanlage durchgeführt werden.The The diagnostic method according to the invention described above is suitable not just for one laboratory determination the idle stroke or other characteristics of interest Actors, but can also during the normal injection operation of an injection system to be performed.

Ferner ist noch zu erwähnen, dass der effektive elektrische Widerstand des Aktors vorzugsweise als Großsignalgröße erfasst wird.Further is still to be mentioned that the effective electrical resistance of the actuator is preferably as Large signal size detected becomes.

Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet oder werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:Other advantageous developments of the invention are characterized in the subclaims or will be discussed below together with the description of the preferred Embodiment of Invention with reference to the figures explained. Show it:

1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Ansteuerung von Piezoaktoren und zur Bestimmung der Leerhubs der Piezoaktoren, 1 a device according to the invention for controlling piezoactuators and for determining the idle strokes of the piezoactuators,

2 das erfindungsgemäße Diagnoseverfahren in Form eines Flussdiagramms sowie 2 the diagnostic method according to the invention in the form of a flow chart and

3 den Verlauf des effektiven elektrischen Widerstands eines Piezoaktors der Vorrichtung aus 1 in Abhängigkeit von der an dem Piezoaktor anliegenden elektrischen Spannung. 3 the course of the effective electrical resistance of a piezoelectric actuator of the device 1 as a function of the voltage applied to 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 SLEER 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 S EMPTY 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 er reichen 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 reach the desired positioning movement of the piezo actuators P1-P4 to it, thereby achieving 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. Dabei ermöglicht die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Leerhubdetektion, um den bauteil-, temperatur- und alterungsabhängigen Leerhub bei der Ansteuerung berücksichtigen zu können.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. It 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 ein Strommessgerät 3 auf, das den durch den jeweiligen Piezoaktor P1, P2, P3 bzw. P4 fließenden elektrischen Strom misst.For this purpose, the device according to the invention comprises a current measuring device 3 on, which measures the current flowing through the respective piezoelectric actuator P1, P2, P3 and P4 electric current.

Weiterhin ist ein Spannungsmessgerät 4 vorgesehen, das die über dem jeweiligen Piezoaktor P1, P2, P3 bzw. P4 abfallende elektrische Spannung misst.Furthermore, a voltage measuring device 4 provided that measures the voltage drop across the respective piezoelectric actuator P1, P2, P3 and P4 voltage.

Das Strommessgerät 3 und das Spannungsmessgerät 4 sind ausgangsseitig mit einer Auswertungseinheit 5 verbunden, die entsprechend dem nachfolgend beschriebenen erfindungsgemäßen Diagnoseverfahren den Leerhub SLEER berechnet.The electricity meter 3 and the voltmeter 4 are output side with an evaluation unit 5 connected, which calculates the idle stroke S EMPTY in accordance with the diagnostic method of the invention described below.

Im folgenden wird nun das erfindungsgemäße Diagnoseverfahren unter Bezugnahme auf das in 2 dargestellte Flussdiagramm beschrieben.In the following, the diagnostic method according to the invention will now be described with reference to FIG 2 illustrated flowchart described.

Zunächst ist zu bemerken, dass die Bestimmung des Leerhubs sLEER jeweils während eines Entladevorgangs erfolgt, was zu einer genaueren Bestimmung des Leerhubs sLEER führt, wie Vergleichsmessungen ergeben haben.First of all, it should be noted that the determination of the idle stroke s EMPTY occurs in each case during a discharge process, which leads to a more accurate determination of the idle stroke s EMPTY , as comparative measurements have shown.

Während des Entladevorgangs erfasst die Auswertungseinheit 5 dann mittels des Strommessgeräts 3 und des Spannungsmessgeräts 4 mehrere Strom- bzw. Spannungswerte und berechnet jeweils aus diesen den effektiven elektrischen Widerstand Reff des jeweiligen Aktors P1, P2, P3 bzw. P4.During the unloading process, the evaluation unit detects 5 then by means of the ammeter 3 and the voltmeter 4 a plurality of current or voltage values and calculated in each case from these the effective electrical resistance R eff of the respective actuator P1, P2, P3 and P4.

Aus dieser Messung ergibt sich dann die in 3 dargestellte Kurve, welche die Abhängigkeit des effektiven elektrischen Widerstands Reff von der an dem jeweiligen Piezoaktor P1, P2, P3 bzw. P4 anliegenden elektrischen Spannung U wiedergibt.From this measurement, the in 3 illustrated curve, which represents the dependence of the effective electrical resistance R eff of the voltage applied to the respective piezoelectric actuator P1, P2, P3 and P4 voltage U.

Die Auswertungseinheit 5 untersucht dann die in 3 dargestellte Kurve auf eine Diskontinuität in Form einer Knickstelle, die in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel bei einer Spannung UKNICK ≈ 33 liegt. Entsprechend der bekannten Aktorgleichung berechnet die Auswertungseinheit 5 dann den Leerhub SLEER aus der Spannung UKNICK und der piezoelektrischen Ladungskonstante d des jeweiligen Piezoaktors P1, P2, P3 bzw. P4.The evaluation unit 5 then examine the in 3 illustrated curve on a discontinuity in the form of a kink, which is in the present embodiment at a voltage U KNICK ≈ 33. The evaluation unit calculates according to the known actuator equation 5 then the idle stroke SLEER from the voltage U KNICK and the piezoelectric charge constant d of the respective piezoelectric actuator P1, P2, P3 and P4.

Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene bevorzugte Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen möglich, die ebenfalls von dem Erfindungsgedanken Gebrauch machen und deshalb in den Schutzbereich fallen.The The invention is not limited to the preferred embodiment described above limited. Rather, a variety of variants and modifications is possible, the also make use of the idea of the invention and therefore in fall within the scope of protection.

Claims (11)

Diagnoseverfahren für einen elektromechanischen Aktor (P1–P4), insbesondere für einen Piezoaktor eines Injektors einer Einspritzanlage, mit den folgenden Schritten: – Ermittlung mindestens einer elektrischen Betriebsgröße (Reff) des Aktors (P1–P4), – Ermittlung einer Kenngröße (SLEER) des Aktors (P1–P4) in Abhängigkeit von der elektrischen Betriebsgröße, wobei die Kenngröße (SLEER) von der auf den Aktor (P1–P4) wirkenden Kraft abhängig ist, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Betriebsgröße der effektive elektrische Widerstand (Reff) des Aktors (P1–P4) ist.Diagnostic method for an electromechanical actuator (P1-P4), in particular for a piezoelectric actuator of an injector of an injection system, comprising the following steps: - determining at least one electrical operating variable (R eff ) of the actuator (P1-P4), - determining a parameter (S EMPTY ) of the actuator (P1-P4) as a function of the electrical operating variable, wherein the characteristic (S EMPTY ) of the force acting on the actuator (P1-P4) force is dependent, characterized in that the electrical operating variable of the effective electrical resistance (R eff ) of the actuator (P1-P4). Diagnoseverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelte Kenngröße (sLEER) des Aktors (P1–P4) der Leerhub des Aktors (P1–P4) oder das Ventilspiel eines von dem Aktor (P1–P4) angesteuerten Einspritzventils ist.Diagnostic method according to claim 1, characterized in that the determined parameter (s EMPTY ) of the actuator (P1-P4) is the idle stroke of the actuator (P1-P4) or the valve clearance of a of the actuator (P1-P4) controlled injection valve. Diagnoseverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Betriebsgröße (Reff) für die Bestimmung der Kenngröße (sLEER) die Impedanz oder der ohmsche Widerstand des Aktors (P1–P4) ist.Diagnostic method according to one of the preceding claims, characterized in that the electrical operating variable (R eff ) for the determination of the parameter (s LEER ) is the impedance or the ohmic resistance of the actuator (P1-P4). Diagnoseverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende Schritte: – Ansteuerung des Aktors (P1–P4) mit einem elektrischen Steuersignal zur Erzeugung einer entsprechenden Stellbewegung des Aktors (P1–P4), – Ermittlung des effektiven elektrischen Widerstands (Reff) des Aktors (P1–P4) bei verschiedenen Werten des Steuersignals, – Ermittlung einer Diskontinuität (UKNICK) des effektiven elektrischen Widerstands (Reff) des Aktors (P1–P4) bei der Ansteuerung mit dem Steuersignal, – Bestimmung der Kenngröße (SLEER) des Aktors (P1–P4) in Abhängigkeit von der Lage der Diskontinuität (UKNICK) und/oder dem zugehörigen Steuersignal.Diagnostic method according to one of the preceding claims, characterized by the following steps: - Actuation of the actuator (P1-P4) with an electrical control signal for generating a corresponding actuating movement of the actuator (P1-P4), - Determining the effective electrical resistance (R eff ) of the actuator (P1-P4) at different values of the control signal, - Determining a discontinuity (U KNICK ) of the effective electrical resistance (R eff ) of the actuator (P1-P4) when driving with the control signal, - Determining the characteristic (S EMPTY ) of Actuator (P1-P4) depending on the position of the discontinuity (U KNICK ) and / or the associated control signal. Diagnoseverfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Diskontinuität (UKNICK) eine Knickstelle im Verlauf des effektiven elektrischen Widerstands (Reff) des Aktors (P1–P4) ist.Diagnostic method according to claim 4, characterized in that the discontinuity (U KNICK ) is a kink in the course of the effective electrical resistance (R eff ) of the actuator (P1-P4). Diagnoseverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der effektive elektrische Widerstand (Reff) des Aktors (P1–P4) während eines Entladevorgangs erfasst wird, um daraus die Kenngröße (SLEER) zu bestimmen.Diagnostic method according to one of the preceding claims, characterized in that the effective electrical resistance (R eff ) of the actuator (P1-P4) is detected during a discharge process in order to determine therefrom the parameter (S EMERGENCY ). Diagnoseverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Aktor (P1–P4) ein vorgegebener Strom als elektrisches Steuersignal aufgeprägt wird.Diagnostic method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the actuator (P1-P4) a predetermined current is impressed as electrical control signal. Diagnoseverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass dem Aktor (P1–P4) eine vorgegebene Spannung als elektrisches Steuersignal aufgeprägt wird.Diagnostic method according to one of claims 1 to 6, characterized in that the actuator (P1-P4) has a predetermined voltage is impressed as electrical control signal. Diagnoseverfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der zeitliche Verlauf des dem Aktor (P1–P4) eingeprägten Stroms bzw. der Spannung durch eine Zeitfunktion vorgegeben ist, wobei die Kenngröße (SLEER) in Abhängigkeit von der Zeitfunktion berechnet wird.Diagnostic method according to claim 7 or 8, characterized in that the time profile of the actuator (P1-P4) impressed current or the voltage is predetermined by a time function, wherein the characteristic (S EMPTY ) is calculated in dependence on the time function. Diagnoseverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung des effektiven elektrischen Widerstands (Reff) des Aktors (P1–P4) für die nachfolgende Bestimmung der Kenngröße (SLEER) während des normalen Einspritzbetriebs des Aktors erfolgt.Diagnostic method according to one of the preceding claims, characterized in that the determination of the effective electrical resistance (R eff ) of the actuator (P1-P4) for the subsequent determination of the characteristic (S EMPTY ) takes place during the normal injection operation of the actuator. Diagnoseverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der effektive elektrische Widerstand (Reff) des Aktors (P1–P4) als Großsignalgröße ermittelt wird.Diagnostic method according to one of vorherge Henden claims, characterized in that the effective electrical resistance (R eff ) of the actuator (P1-P4) is determined as a large signal size.
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