EP1397592B1 - Injektor mit piezo-aktuator - Google Patents

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EP1397592B1 EP02767152A EP02767152A EP1397592B1 EP 1397592 B1 EP1397592 B1 EP 1397592B1 EP 02767152 A EP02767152 A EP 02767152A EP 02767152 A EP02767152 A EP 02767152A EP 1397592 B1 EP1397592 B1 EP 1397592B1
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Definitions

  • the invention relates to an injector for an injection system of an internal combustion engine a piezo actuator, a control valve, a nozzle needle and a detection means for Detection of the presence or opening of the piezo actuator on the control valve.
  • the injector with piezo actuator shown therein additionally has a detection means. This consists of an electrical contact and a compensator circuit.
  • the Electrical contact arises from the contact surfaces of the piezo actuator and the Control valve.
  • a Closed circuit from the piezo actuator / control valve to the compensator circuit.
  • the invention has for its object in an injector with a piezo actuator To determine the opening and closing times more reliably.
  • the detection means comprises a piezo element. This is preferably integrated in the piezo actuator.
  • One element of the piezo actuator is used for force measurement.
  • the injector In the initial state there is a gap between the piezo actuator and the control valve provided. Changes in length of the piezo actuator Due to the temperature, the injector does not necessarily open.
  • the presence / opening of the piezo actuator is recognized by the fact that one on the piezo element applied measuring voltage exceeds a limit value.
  • the determined measuring voltage is then set as decisive for the further control of the injector.
  • Alternative is provided that from a predeterminable number of determined measurement voltages weighted measuring voltage is determined and this is decisive for the further Control of the injector is set.
  • the invention offers the advantage of a corresponding durability of the injector. Due to the exact, reproducible, Knowledge of the opening behavior of the injector is a cylinder-specific regulation of the Injection possible. As a follow-up reaction, the moment contributions and the Peak pressure of the individual cylinders can be adjusted to each other.
  • the injector 1 shows a sectional view of an injector.
  • the injector 1 consists of a Base body 7, a nozzle 5 and a union nut 6. Inside the nozzle 5 is one Nozzle needle 9 arranged.
  • a piezo actuator is located within the base body 7 2 and a control valve 8 with a valve body 10. Via the electrical control of the Piezo actuator is the state of the nozzle needle 9, that is the time of injection and the Injection quantity, determined.
  • a piezo element 3 of the piezo actuator 2 is used here Force measurement used. Instead of a piezo actuator, one can of course also mechanically or electromagnetically activated actuating device used become.
  • a measuring voltage Um of the piezo element 3 is generated by an electronic Control unit (EDC) 4 evaluated.
  • EDC electronic Control unit
  • the level of the measuring voltage Um changes.
  • the electronic control unit will 4 recognized.
  • This measuring voltage is then used as the further control of the injector significantly set.
  • a weighted measuring voltage is determined. This can e.g. B. arithmetic averaging. The weighted measuring voltage is then used as decisive for the further operation of the injector.
  • Figure 2 shows a schematic diagram for a mechanical translation in the injector 1.
  • Die Mechanical translation is exemplary as lever 11 with sections A and B. shown.
  • a valve 13 counteracts the force a locking device 12 opened.
  • the pressure level p des Fuel At the valve 13 is the pressure level p des Fuel.
  • the lever 11 is shown in dashed lines in the open position.
  • the piezo actuator 2 is deactivated, the valve 13 is opened via the closing device 12 closed again.
  • the use of a mechanical translation offers the advantage that the piezo actuator can be made shorter. Via the locking device 12 the injector is securely closed even if the electronic control fails.
  • the invention offers the advantage that it is easy to carry out.
  • About the Wear-free determination of the presence of the piezo actuator is a corresponding one Durability of the injector given. This enables a cylinder-specific regulation the injection can be realized.

Description

Die Erfindung betrifft einen Injektor für ein Einspritzsystem einer Brennkraftmaschine, der einen Piezo-Aktuator, ein Steuerventil, eine Düsennadel und ein Erkennungsmittel zum Erkennen des Anliegens oder Öffnens des Piezo-Aktuators am Steuerventil aufweist.
Bei der Verwendung eines Injektors mit Piezo-Aktuator tritt in der Praxis das Problem auf, dass sich die Länge des Piezo-Aktuators über der Temperatur verändert. Diese temperaturabhängige Längenänderung des Piezo-Aktuators verursacht ein uneinheitliches Öffnungs- bzw. Schließverhalten des Injektors und bewirkt einen nicht reproduzierbaren Einspritzzeitpunkt und Einspritzverlauf.
Eine Lösung für die beschriebene Problematik ist aus der DE 199 29 589 A1 bekannt. Der darin dargestellte Injektor mit Piezo-Aktuator besitzt zusätzlich ein Erkennungsmittel. Dieses besteht aus einem elektrischen Kontakt und einer Kompensatorschaltung. Der elektrische Kontakt entsteht durch die Berührungsflächen des Piezo-Aktuators und des Steuerventils. Bei Anliegen des Piezo-Aktuators am Steuerventil entsteht somit ein geschlossener Stromkreis von Piezo-Aktuator/Steuerventil zur Kompensatorschaltung. Problematisch bei dieser Lösung ist die Isolation des Piezo-Aktuators innerhalb des Injektors sowie der sich verändernde Übergangswiderstand auf Grund von Ablagerungen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde bei einem Injektor mit Piezo-Aktuator den Öffnungs- bzw. Schließzeitpunkt sicherer zu bestimmen.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des ersten Anspruchs gelöst. Die Ausgestaltung hierzu sind in den Unteransprüchen dargestellt.
Die Erfindung sieht vor, dass das Erkennungsmittel ein Piezo-Element umfasst. Vorzugsweise ist dieses im Piezo-Aktuator integriert. Ein Element des Piezo-Aktuators wird also zur Kraftmessung verwendet. Im Ausgangszustand ist ein Spalt zwischen dem Piezo-Aktuator und dem Steuerventil vorgesehen. Längenänderungen des Piezo-Aktuators aufgrund der Temperatur führen somit nicht zwangsweise zu einem Öffnen des Injektors. Das Anliegen/Öffnen des Piezo-Aktuators wird daran erkannt, dass eine am Piezo-Element anliegende Messspannung einen Grenzwert übersteigt. Die ermittelte Messspannung wird sodann als maßgeblich für die weitere Ansteuerung des Injektors gesetzt. Alternativ ist vorgesehen, dass aus einer vorgebbaren Anzahl von ermittelten Messspannungen eine gewichtete Messspannung bestimmt wird und diese als maßgeblich für die weitere Ansteuerung des Injektors gesetzt wird. Die Erfindung bietet den Vorteil einer entsprechenden Dauerhaltbarkeit des Injektors. Durch die genaue, reproduzierbare, Kenntnis des Öffnungsverhaltens des Injektors ist eine zylinderindividuelle Regelung der Einspritzung möglich. Als Folgereaktion können die Momenten-Beiträge und der Spitzendruck der einzelnen Zylinder einander angepasst werden.
In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt. Es zeigt:
Figur 1
ein Schnittbild des Injektors
Figur 2
eine Prinzipdarstellung für die mechanische Übersetzung
In der Figur 1 ist ein Schnittbild eines Injektors dargestellt. Die allgemeine Funktion des Injektors wird im folgenden als bekannt vorausgesetzt. Der Injektor 1 besteht aus einem Grundkörper 7, einer Düse 5 und einer Überwurfmutter 6. Innerhalb der Düse 5 ist eine Düsennadel 9 angeordnet. Innerhalb des Grundkörpers 7 befindet sich ein Piezo-Aktuator 2 und ein Steuerventil 8 mit einem Ventilkörper 10. Über die elektrische Ansteuerung des Piezo-Aktuators wird der Zustand der Düsennadel 9, also der Einspritzzeitpunkt und die Einspritzmenge, bestimmt. Ein Piezo-Element 3 des Piezo-Aktuators 2 wird hierbei zur Kraftmessung verwendet. Anstelle eines Piezo-Aktuators kann selbstverständlich auch ein mechanisch oder elektromagnetisch aktivierbare Betätigungseinrichtung verwendet werden. Eine Messspannung Um des Piezo-Elements 3 wird von einem elektronischen Steuergerät (EDC) 4 ausgewertet. Im Ausgangszustand besteht zwischen dem Steuerventil 8 und dem Piezo-Element 3 ein Spalt s, siehe hierzu Ansicht x. Über diesen Spalt s werden Längenänderungen des Piezo-Aktuators 2 ausgeglichen. Wenn das Piezo-Element 3 am Steuerventil 8 zur Anlage kommt, ändert sich der Pegel der Messspannung Um. Wenn die Messspannung Um einen Grenzwert übersteigt, wird dies vom elektronischen Steuergerät 4 erkannt. Für die weitere Ansteuerung des Injektors wird sodann diese Messspannung als maßgeblich gesetzt. Als Alternative ist vorgesehen, dass aus einer vorgebbaren Anzahl von ermittelten Messspannungen eine gewichtete Messspannung bestimmt wird. Dies kann z. B. über arithmetische Mittelwertbildung erfolgen. Die gewichtete Messspannung wird sodann als maßgeblich für den weiteren Betrieb des Injektors verwendet.
Figur 2 zeigt eine Prinzipdarstellung für eine mechanische Übersetzung im Injektor 1. Die mechanische Übersetzung ist exemplarisch als Hebel 11 mit den Abschnitten A und B dargestellt. Bei Aktivierung des Piezo-Aktuators 2 wird ein Ventil 13 entgegen der Kraft einer Schließeinrichtung 12 geöffnet. An dem Ventil 13 steht das Druckniveau p des Kraftstoffs an. In Figur 2 ist der Hebel 11 in der geöffneten Stellung gestrichelt dargestellt. Bei Deaktivierung des Piezo-Aktuators 2 wird über die Schließeinrichtung 12 das Ventil 13 wieder geschlossen. Die Verwendung einer mechanischen Übersetzung bietet den Vorteil, dass der Piezo-Aktuator kürzer ausgeführt werden kann. Über die Schließeinrichtung 12 wird der Injektor auch bei Ausfall der elektronischen Ansteuerung sicher geschlossen.
Die Erfindung bietet den Vorteil, dass diese einfach auszuführen ist. Über die verschleißfreie Bestimmung des Anliegens des Piezo-Aktuators ist eine entsprechende Dauerhaltbarkeit des Injektors gegeben. Hierdurch kann eine zylinderindividuelle Regelung der Einspritzung realisiert werden.
Bezugszeichenliste
1
Injektor
2
Piezo-Aktuator
3
Piezo-Element
4
elektronisches Steuergerät (EDC)
5
Düse
6
Überwurfmutter
7
Grundkörper
8
Steuerventil
9
Düsennadel
10
Ventilkörper
11
Hebel
12
Schließvorrichtung
13
Ventil

Claims (5)

  1. Injektor für ein Einspritzsystem einer Brennkraftmaschine, der einen Piezo-Aktuator, ein Steuerventil, eine Düsennadel und ein Erkennungsmittel zum Erkennen des Anliegens oder Öffnens des Piezo-Aktuators am Steuerventil aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Erkennungsmittel ein Piezo-Element (3) umfasst, wobei das Piezo-Element (3) im Piezo-Aktuator (2) integriert wird.
  2. Injektor (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Anliegen/Öffnen des Piezo-Aktuators (2) erkannt wird, wenn eine am Piezo-Element (3) anliegende Messspannung (Um) einen Grenzwert (GW) übersteigt (Um>GW).
  3. Injektor (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelte Messspannung (Um) als maßgeblich für die weitere Ansteuerung des Injektors (1) gesetzt wird.
  4. Injektor (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass aus einer vorgebbare Anzahl (i) von ermittelten Messspannungen (Um(i)) eine gewichtete Messspannung (Um(MW)) bestimmt wird und als maßgeblich für die weitere Ansteuerung des Injektors (1) gesetzt wird.
  5. Injektor (1) nach einem der vorausgegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Injektor (1) eine mechanische Übersetzung angeordnet wird mittels der ein Wirkhub des Piezo-Aktuators (2) auf eine Schließvorrichtung (12) übersetzt wird.
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