EP1439297A2 - Method for determining the linear expansion of a piezoelectric actuator - Google Patents

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EP1439297A2
EP1439297A2 EP03104715A EP03104715A EP1439297A2 EP 1439297 A2 EP1439297 A2 EP 1439297A2 EP 03104715 A EP03104715 A EP 03104715A EP 03104715 A EP03104715 A EP 03104715A EP 1439297 A2 EP1439297 A2 EP 1439297A2
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EP
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actuator
force
linear expansion
schwell
acting
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EP03104715A
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Johannes-Joerg Rueger
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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    • F02D2041/2051—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils characterised by the control of the circuit using voltage control

Definitions

  • the invention relates to a method for determining the linear expansion of a piezoelectric Actuator of an injection valve of an internal combustion engine of the type of the main claim.
  • 32 802 A1 is an injection valve for the Fuel injection into the combustion chamber of an internal combustion engine with a High-pressure system (common rail system) known.
  • This injector has two Valve seats against which a valve closing element is actuated by a piezo actuator is moved.
  • the valve closing member is initially in a closed position on the first valve seat, it can be moved to an intermediate position using the piezo actuator between the valve seats and then into a second closed position on the second Valve seat.
  • the piezoelectric actuator is set to a control voltage loaded, which depends on the pressure in the common rail system. Because of the created The actuator expands tension in the longitudinal direction and thereby moves the closing element towards the second valve seat. To reverse the movement of the valve closing member the actuator is discharged in the direction of the first valve seat.
  • valve closing member Due to the movement of the valve closing member from one valve seat to the other is a short-term relief of a high pressure valve control room reached, via the pressure level the control of a valve needle in an opening or Closed position.
  • the valve closing member is in an intermediate position A fuel injection takes place between the two valve seats. In this way can also be fueled twice by a single charge and discharge, e.g. a pre-injection and a main injection can be realized.
  • the control the valve member is done in these injectors by means of a hydraulic ratio in a hydraulic coupler.
  • the piezoelectric actuator is charged to a certain voltage.
  • the elongation of the actuator associated with a high force depends approximately linearly from the applied voltage.
  • a proper functioning of a fuel injection system actuated with piezoelectric actuators now depends significantly on the linear expansion of the piezoelectric actuators. The same applies for the force acting on or exerted by the actuator. It is now problematic the linear expansion as well as that acting on the actuator or that of to determine this exerted force.
  • the invention is therefore based on the object of conveying a method which with reasonable effort a determination of the linear expansion of the actuators and to determine the force exerted by it.
  • This task is accomplished by a method for determining the linear expansion of a Piezoelectric actuator of an injection valve with the features of claim 1 solved.
  • the inventive method for determining the linear expansion of a Piezoelectric actuator of an injection valve has the advantage that the linear expansion of the actuator and the force acting on it can be determined without additional sensors are required for this.
  • the detection of the actuator voltage as well the actuator is charged anyway, e.g. for voltage regulation or determination the temperature prevailing at the actuator.
  • the measures listed in the dependent claims are advantageous Developments and improvements to the method specified in the main claim possible.
  • the length extension and the one acting on the actuator are thus advantageous Force compared with predefinable threshold values and then when the determined Force from the threshold for the force and the determined linear expansion of that Threshold for the linear expansion deviate due to a malfunction of the injection valve closed.
  • Such a malfunction can occur, for example, with a hydraulic coupler having injection valve when the hydraulic coupler is insufficient is filled.
  • the hydraulic coupler is malfunctioning when the force acting on the actuator is smaller than the threshold value for the force and at the same time the linear expansion of the actuator is greater than the threshold value for the linear expansion of the actuator.
  • the voltage and the amount of charge applied to the actuator preferably determined immediately before the actuator is discharged. For this, for example checked whether there is a discharge command in an engine control unit. If this if so, the voltage and charge are measured.
  • the charge is preferably determined by integrating the charge current.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of an injection valve known from the prior art 1 with a central hole.
  • an adjusting piston 3 with a piezoelectric actuator 2 is introduced into the central bore, the actuating piston 3 is firmly connected to the actuator 2.
  • the actuating piston 3 closes a hydraulic one at the top Coupler 4 off while opening an opening with a connecting channel to a first seat 6 is provided, in which a piston 5 with a valve closing member 12 is arranged.
  • the valve closing member 12 is a double closing control valve educated. It closes the first seat 6 when the actuator 2 is at rest.
  • the actuator 2 When actuated of the actuator 2, that is to say when a control voltage Ua is applied to the terminals +, -, the actuator 2 actuates the actuating piston 3 and presses the hydraulic one Coupler 4 the piston 5 with the closing member 12 in the direction of a second seat 7.
  • a nozzle needle 11 Below the second seat is a nozzle needle 11 in a corresponding channel arranged, which closes the outlet in a high-pressure channel (common rail pressure) 13 or opens, depending on which control voltage Ua is present.
  • the high pressure will through the medium to be injected, for example fuel for an internal combustion engine, fed via an inlet 9, via an inlet throttle 8 and an outlet throttle 10 is the inflow amount of the medium in the direction of the nozzle needle 11 and the hydraulic Coupler 4 controlled.
  • the hydraulic coupler 4 has the task, on the one hand to increase the stroke of the piston 5 and on the other hand the control valve from the static Decouple thermal expansion of the actuator 2. The refilling of the Coupler 4 is not shown here.
  • P 1 denotes the so-called coupler pressure as measured in the hydraulic coupler 4. Without control Ua, a stationary pressure P 1 is set in the coupler, which is, for example, 1/10 of the pressure in the high-pressure part. After the actuator 2 has been discharged, the coupler pressure P 1 is approximately 0 and is raised again by refilling.
  • the subject of the present invention is now the elongation of the actuator 2 and thus estimate the force F acting on it without additional sensor means use.
  • the invention takes advantage of the fact that the actuator 2 can be characterized by the two parameters of voltage and applied amount of charge.
  • the actuator is first charged to a target voltage U 1 and then electrically isolated (point P1).
  • a certain amount of charge Q is thus applied to the actuator 2, which no longer changes in the second phase, that is to say remains constant.
  • the actuator 2 is exposed to changing forces, for example in that the hydraulic coupler 4 empties to a certain extent due to the leakage gaps and thus the force F on the actuator 2 decreases, so that the voltage Ua at the actuator 2 does not remain constant, but instead usually drops to a value U 2 (point P2) due to the backward forces on actuator 2.
  • U 2 point P2
  • step S 10 An exemplary embodiment of a method according to the invention is described below with Figures 3, 4 and 5 explained in more detail.
  • step S 10 a load command is issued.
  • the charging current is integrated in a step S15. It is then in step S20 checked whether a target voltage has been reached. If this is not the case, the charging current further integrated. When the target voltage is reached, the charging process and the integration ends in step S25.
  • step S30 a wait for an unload command. Whether such an unload command is present is determined in step S35 checked. If it is not present, the system continues to wait (step S30). If it is against a predeterminable time t1 before the new discharge is applied to the actuator 2 The voltage U and the charge Q are measured (step S40). Calculating the on that Control valve acting force and the actuator expansion from the measured values of the Voltage U and the charge Q take place in step S45. Then in step S50 Evaluation of the values for the force F_x and the stroke s_x made the following is described in more detail in connection with FIG. 5.
  • the actuator stroke s_x determined in this way is assigned a threshold value for the actuator stroke s_schwell compared. Furthermore, in a circuit unit 80 the value of the force F_x acting on the valve with a threshold value for the Force F_schwell compared, it is checked whether the force acting on the valve F_x is less than the threshold value for the force F_schwell. If both the on the valve acting force F_x is less than the threshold value for the force F_schwell and the actuator stroke s_x is greater than the threshold value for the actuator stroke s_schwell, which in one Circuit unit 90 is checked, an error message is output, for example the error message that the hydraulic coupler 4 is insufficiently filled.

Abstract

An amount of charge attached to a piezoelectric actuator (2) is determined in the actuator's operating points along with the voltage applied on the actuator. Lengthwise stretch in the actuator and force acting on the actuator are compared with preset threshold values.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Längenausdehnung eines piezoelektrischen Aktors eines Einspritzventils einer Brennkraftmaschine nach der Gattung des Hauptanspruchs.The invention relates to a method for determining the linear expansion of a piezoelectric Actuator of an injection valve of an internal combustion engine of the type of the main claim.

Aus der DE 100 32 022 A1 sowie der DE 197 32 802 A1 ist ein Einspritzventil für die Kraftstoffeinspritzung in den Verbrennungsraum eines Verbrennungsmotors mit einem Hochdrucksystem (Common-Rail-System) bekannt. Dieses Einspritzventil weist zwei Ventilsitze auf, gegen die ein Ventilschließglied bei Betätigung durch einen Piezo-Antrieb bewegt wird. Befindet sich das Ventilschließglied anfänglich in einer Schließstellung an dem ersten Ventilsitz, kann es mithilfe des Piezo-Antriebs in eine Zwischenstellung zwischen den Ventilsitzen und dann in eine zweite Schließstellung am zweiten Ventilsitz gelangen. Hierzu wird der piezoelektrische Aktor auf eine Ansteuerspannung geladen, die vom Druck im Common-Rail-System abhängt. Aufgrund der angelegten Spannung dehnt sich der Aktor in Längsrichtung aus und bewegt dadurch das Schließglied in Richtung des zweiten Ventilsitzes. Zur Umkehrung der Bewegung des Ventilschließgliedes in Richtung des ersten Ventilsitzes wird der Aktor wieder entladen. From DE 100 32 022 A1 and DE 197 32 802 A1 is an injection valve for the Fuel injection into the combustion chamber of an internal combustion engine with a High-pressure system (common rail system) known. This injector has two Valve seats against which a valve closing element is actuated by a piezo actuator is moved. The valve closing member is initially in a closed position on the first valve seat, it can be moved to an intermediate position using the piezo actuator between the valve seats and then into a second closed position on the second Valve seat. For this purpose, the piezoelectric actuator is set to a control voltage loaded, which depends on the pressure in the common rail system. Because of the created The actuator expands tension in the longitudinal direction and thereby moves the closing element towards the second valve seat. To reverse the movement of the valve closing member the actuator is discharged in the direction of the first valve seat.

Durch den Bewegungsablauf des Ventilschließgliedes vom einen zum anderen Ventilsitz wird eine kurzzeitige Entlastung eines unter Hochdruck stehenden Ventilsteuerraums erreicht, über dessen Druckniveau die Steuerung einer Ventilnadel in eine Öffnungs- bzw. Schließstellung erfolgt. Befindet sich das Ventilschließglied in einer Zwischenstellung zwischen den beiden Ventilsitzen, erfolgt eine Kraftstoffeinspritzung. Auf diese Weise kann durch ein einmaliges Auf- und Entladen auch eine zweifache Kraftstoffeinspritzung, z.B. eine Voreinspritzung und eine Haupteinspritzung realisiert werden. Die Ansteuerung des Ventilgliedes erfolgt bei diesen Einspritzventilen mittels einer hydraulischen Übersetzung in einem hydraulischen Koppler.Due to the movement of the valve closing member from one valve seat to the other is a short-term relief of a high pressure valve control room reached, via the pressure level the control of a valve needle in an opening or Closed position. The valve closing member is in an intermediate position A fuel injection takes place between the two valve seats. In this way can also be fueled twice by a single charge and discharge, e.g. a pre-injection and a main injection can be realized. The control the valve member is done in these injectors by means of a hydraulic ratio in a hydraulic coupler.

Neben dieser indirekten Kopplung über den hydraulischen Koppler existieren auch Systeme, beispielsweise Benzindirekteinspritzsysteme bei denen eine Düsennadel direkt über einen Piezo-Aktor bewegt wird, um eine gewünschte Einspritzmenge zu dosieren.In addition to this indirect coupling via the hydraulic coupler, there are also systems For example, gasoline direct injection systems where a nozzle needle is directly above a piezo actuator is moved to meter a desired injection quantity.

In jedem Falle wird der piezoelektrische Aktor auf eine gewisse Spannung aufgeladen. Die mit einer hohen Kraft verbundene Längendehnung des Aktors hängt dabei näherungsweise linear von der angelegten Spannung ab. Eine ordnungsgemäße Funktion eines mit piezoelektrischen Aktoren betätigten Kraftstoffeinspritzsystems hängt nun wesentlich von der Längenausdehnung der piezoelektrischen Aktoren ab. Entsprechendes gilt auch für die auf den Aktor wirkende bzw. von diesem aufgebrachte Kraft. Es ist nun problematisch die Längenausdehnung wie auch die auf den Aktor einwirkende oder die von diesem ausgeübte Kraft zu bestimmen.In any case, the piezoelectric actuator is charged to a certain voltage. The elongation of the actuator associated with a high force depends approximately linearly from the applied voltage. A proper functioning of a fuel injection system actuated with piezoelectric actuators now depends significantly on the linear expansion of the piezoelectric actuators. The same applies for the force acting on or exerted by the actuator. It is now problematic the linear expansion as well as that acting on the actuator or that of to determine this exerted force.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu vermitteln, welches mit vertretbarem Aufwand eine Bestimmung der Längenausdehnung der Aktoren sowie die von diesem aufgebrachte Kraft zu ermitteln.The invention is therefore based on the object of conveying a method which with reasonable effort a determination of the linear expansion of the actuators and to determine the force exerted by it.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Bestimmung der Längenausdehnung eines piezoelektrischen Aktors eines Einspritzventils mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung der Längenausdehnung eines piezoelektrischen Aktors eines Einspritzventils hat den Vorteil, daß die Längenausdehnung des Aktors sowie die auf ihn wirkende Kraft bestimmt werden können, ohne daß hierfür zusätzliche Sensoren benötigt werden. Die Erfassung der Aktorspannung sowie der Aktorladung erfolgt nämlich ohnehin z.B. für die Spannungsregelung bzw. die Bestimmung der an dem Aktor herrschenden Temperatur. Diese Werte liegen daher bereits in einem Motorsteuergerät vor.This task is accomplished by a method for determining the linear expansion of a Piezoelectric actuator of an injection valve with the features of claim 1 solved. The inventive method for determining the linear expansion of a Piezoelectric actuator of an injection valve has the advantage that the linear expansion of the actuator and the force acting on it can be determined without additional sensors are required for this. The detection of the actuator voltage as well the actuator is charged anyway, e.g. for voltage regulation or determination the temperature prevailing at the actuator. These values are therefore already there in an engine control unit.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Verfahrens möglich. So wird vorteilhafterweise die Längenausdehnung und die auf den Aktor wirkende Kraft mit vorgebbaren Schwellwerten verglichen und dann, wenn die ermittelte Kraft von dem Schwellwert für die Kraft und die ermittelte Längenausdehnung von dem Schwellwert für die Längenausdehnung abweichen, auf eine Fehlfunktion des Einspritzventils geschlossen.The measures listed in the dependent claims are advantageous Developments and improvements to the method specified in the main claim possible. The length extension and the one acting on the actuator are thus advantageous Force compared with predefinable threshold values and then when the determined Force from the threshold for the force and the determined linear expansion of that Threshold for the linear expansion deviate due to a malfunction of the injection valve closed.

Eine solche Fehlfunktion kann beispielsweise bei einem einen hydraulischen Koppler aufweisenden Einspritzventil dann vorliegen, wenn der hydraulische Koppler nur unzureichend befüllt ist. In diesem Falle sieht eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens vor, daß auf eine Fehlfunktion des Hydraulikkopplers dann geschlossen wird, wenn die auf den Aktor wirkende Kraft kleiner als der Schwellwert für die Kraft und gleichzeitig die Längenausdehnung des Aktors größer als der Schwellwert für die Längenausdehnung des Aktors ist. Die Spannung und die auf den Aktor aufgebrachte Ladungsmenge werden vorzugsweise unmittelbar vor einer Entladung des Aktors bestimmt. Hierzu wird beispielsweise geprüft, ob in einem Motorsteuergerät ein Entladebefehl vorliegt. Wenn dies der Fall ist, werden die Spannung und die Ladung gemessen.Such a malfunction can occur, for example, with a hydraulic coupler having injection valve when the hydraulic coupler is insufficient is filled. In this case, there is an advantageous embodiment of the method before that it is concluded that the hydraulic coupler is malfunctioning when the force acting on the actuator is smaller than the threshold value for the force and at the same time the linear expansion of the actuator is greater than the threshold value for the linear expansion of the actuator. The voltage and the amount of charge applied to the actuator preferably determined immediately before the actuator is discharged. For this, for example checked whether there is a discharge command in an engine control unit. If this if so, the voltage and charge are measured.

Die Bestimmung der Ladung erfolgt vorzugsweise durch Integration des Ladestroms.The charge is preferably determined by integrating the charge current.

Zeichnungdrawing

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung sowie der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen der Erfindung. Further advantages and features of the invention are the subject of the following description and the graphic representation of exemplary embodiments of the invention.

Es zeigen:

Fig. 1
den schematischen Aufbau eines aus dem Stand der Technik bekannten Einspritzventils;
Fig. 2
schematisch die Beziehung zwischen Ladungsmenge und Spannung und Kraft und Aktorhub eines Aktors;
Fig. 3
ein Flußdiagramm des Verfahrensablaufs gemäß der Erfmdung;
Fig. 4
schematisch die an dem Piezo-Aktor anliegende Spannung, den Strom und die Ladung über der Zeit und
Fig. 5
ein Ausführungsbeispiel zur Auswertung der Kraft und des Aktorhubs.
Show it:
Fig. 1
the schematic structure of an injection valve known from the prior art;
Fig. 2
schematically the relationship between the amount of charge and voltage and force and actuator stroke of an actuator;
Fig. 3
a flowchart of the process flow according to the invention;
Fig. 4
schematically the voltage applied to the piezo actuator, the current and the charge over time and
Fig. 5
an embodiment for evaluating the force and the actuator stroke.

Beschreibungdescription

Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung ein aus dem Stand der Technik bekanntes Einspritzventil 1 mit einer zentralen Bohrung. Im oberen Teil ist ein Stellkolben 3 mit einem piezoelektrischen Aktor 2 in die zentrale Bohrung eingebracht, wobei der Stellkolben 3 mit dem Aktor 2 fest verbunden ist. Der Stellkolben 3 schließt nach obenhin einen hydraulischen Koppler 4 ab, während nach unten eine Öffnung mit einem Verbindungskanal zu einem ersten Sitz 6 vorgesehen ist, in dem ein Kolben 5 mit einem Ventilschließglied 12 angeordnet ist. Das Ventilschließglied 12 ist als doppelt schließendes Steuerventil ausgebildet. Es verschließt den ersten Sitz 6, wenn der Aktor 2 in Ruhephase ist. Bei Betätigung des Aktors 2, das heißt beim Anlegen einer Ansteuerspannung Ua an den Klemmen +, -, betätigt der Aktor 2 den Stellkolben 3 und drückt über den hydraulischen Koppler 4 den Kolben 5 mit dem Verschließglied 12 in Richtung auf einen zweiten Sitz 7. Unterhalb des zweiten Sitzes ist in einem entsprechenden Kanal eine Düsennadel 11 angeordnet, die den Auslauf in einem Hochdruckkanal (Common-Rail-Druck) 13 schließt oder öffnet, je nachdem, welche Ansteuerspannung Ua anliegt. Der Hochdruck wird durch das einzuspritzende Medium, beispielsweise Kraftstoff für einen Verbrennungsmotor, über einen Zulauf 9 zugefiihrt, über eine Zulaufdrossel 8 und eine Ablaufdrossel 10 wird die Zuflußmenge des Mediums in Richtung auf die Düsennadel 11 und den hydraulischen Koppler 4 gesteuert. Der hydraulische Koppler 4 hat dabei die Aufgabe, einerseits den Hub des Kolbens 5 zu verstärken und andererseits das Steuerventil von der statischen Temperaturdehnung des Aktors 2 zu entkoppeln. Die Wiederbefüllung des Kopplers 4 ist hier nicht dargestellt.1 shows a schematic illustration of an injection valve known from the prior art 1 with a central hole. In the upper part there is an adjusting piston 3 with a piezoelectric actuator 2 is introduced into the central bore, the actuating piston 3 is firmly connected to the actuator 2. The actuating piston 3 closes a hydraulic one at the top Coupler 4 off while opening an opening with a connecting channel to a first seat 6 is provided, in which a piston 5 with a valve closing member 12 is arranged. The valve closing member 12 is a double closing control valve educated. It closes the first seat 6 when the actuator 2 is at rest. When actuated of the actuator 2, that is to say when a control voltage Ua is applied to the terminals +, -, the actuator 2 actuates the actuating piston 3 and presses the hydraulic one Coupler 4 the piston 5 with the closing member 12 in the direction of a second seat 7. Below the second seat is a nozzle needle 11 in a corresponding channel arranged, which closes the outlet in a high-pressure channel (common rail pressure) 13 or opens, depending on which control voltage Ua is present. The high pressure will through the medium to be injected, for example fuel for an internal combustion engine, fed via an inlet 9, via an inlet throttle 8 and an outlet throttle 10 is the inflow amount of the medium in the direction of the nozzle needle 11 and the hydraulic Coupler 4 controlled. The hydraulic coupler 4 has the task, on the one hand to increase the stroke of the piston 5 and on the other hand the control valve from the static Decouple thermal expansion of the actuator 2. The refilling of the Coupler 4 is not shown here.

Nachfolgend wird die Funktionsweise dieses Einspritzventils näher erläutert. Bei jeder Ansteuerung des Aktors 2 wird der Stellkolben 3 in Richtung des hydraulischen Kopplers 4 bewegt. Dabei bewegt sich auch der Kolben 5 mit dem Verschließglied 12 in Richtung auf den zweiten Sitz 7 zu. Über Leckspalte wird dabei ein Teil des im hydraulischen Kopplers 4 befindlichen Mediums, beispielsweise der Kraftstoff, herausgedrückt. Zwischen zwei Einspritzungen muß daher der hydraulische Koppler 4 wiederbefüllt werden, um seine Funktionssicherheit zu erhalten.The mode of operation of this injection valve is explained in more detail below. With everyone Actuator 2 is actuated by actuating piston 3 in the direction of the hydraulic coupler 4 moves. The piston 5 with the closing member 12 also moves in the direction towards the second seat 7. Part of the hydraulic Coupler 4 located medium, for example the fuel, pressed out. Between two injections, the hydraulic coupler 4 must therefore be refilled, to maintain its functional reliability.

Über den Zulaufkanal 9 herrscht ein hoher Druck, der beim Common-Rail-System beispielsweise zwischen 200 und 2000 bar betragen kann. Dieser Druck wirkt gegen die Düsennadel 11 und hält sie geschlossen, so daß kein Kraftstoff austreten kann. Wird nun infolge der Ansteuerspannung Ua der Aktor 2 betätigt und damit das Verschlußglied 12 in Richtung des zweiten Sitzes bewegt wird, baut sich der Druck im Hochdruckbereich ab und die Düsennadel 11 gibt den Einspritzkanal frei. Mit P1 ist der sogenannte Kopplerdruck bezeichnet, wie er im hydraulischen Koppler 4 gemessen wird. Im Koppler stellt sich ohne Ansteuerung Ua ein stationärer Druck P1 ein, der beispielsweise 1/10 des Drucks im Hochdruckteil ist. Nach dem Entladen des Aktors 2 ist der Kopplerdruck P1 näherungsweise 0 und wird durch Wiederbefüllung wieder angehoben.A high pressure prevails over the inlet channel 9, which in the common rail system can be, for example, between 200 and 2000 bar. This pressure acts against the nozzle needle 11 and keeps it closed so that no fuel can escape. If, as a result of the control voltage Ua, the actuator 2 is actuated and the closure member 12 is thus moved in the direction of the second seat, the pressure in the high pressure area is reduced and the nozzle needle 11 releases the injection channel. P 1 denotes the so-called coupler pressure as measured in the hydraulic coupler 4. Without control Ua, a stationary pressure P 1 is set in the coupler, which is, for example, 1/10 of the pressure in the high-pressure part. After the actuator 2 has been discharged, the coupler pressure P 1 is approximately 0 and is raised again by refilling.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es nun, die Längendehnung des Aktors 2 und somit die auf ihn wirkende Kraft F abzuschätzen, ohne hierfür zusätzliche Sensormittel einzusetzen.The subject of the present invention is now the elongation of the actuator 2 and thus estimate the force F acting on it without additional sensor means use.

Die Erfindung nutzt dabei aus, daß der Aktor 2 durch die beiden Parameter Spannung und aufgebrachte Ladungsmenge charakterisiert werden kann. Wie in Fig. 2 schematisch dargestellt, wird der Aktor zunächst auf eine Zielspannung U1 aufgeladen und anschließend elektrisch isoliert (Punkt P1). Damit wird in der ersten Phase eine gewisse Ladungsmenge Q auf den Aktor 2 aufgebracht, die sich in der zweiten Phase nicht mehr ändert, also konstant bleibt. Der Aktor 2 ist allerdings wechselnden Kräften ausgesetzt, beispielsweise dadurch, daß sich der hydraulische Koppler 4 aufgrund der Leckspalte in einem gewissen Maße entleert und damit die Kraft F auf den Aktor 2 abnimmt, so daß die Spannung Ua am Aktor 2 nicht konstant bleibt, sondern in der Regel aufgrund zurückgehender Kräfte auf den Aktor 2 auf einen Wert U2 absinkt (Punkt P2). Wie in Fig. 4 schematisch dargestellt, dehnt sich dabei der Aktor 2 in dem Maße aus, wie die Kraft F auf ihn zurückgeht. Wird nun die Ladungsmenge, die auf den Aktor aufgebracht wurde, gemessen, so ist die Kennlinie Q=const. bekannt. Nicht bekannt hingegen ist, wie groß die auf den Aktor 2 wirkende Kraft F_x und damit seine Ausdehnung s_x sind. Diese Ausdehnung wird durch Messung der Aktorspannung U ermittelt. Wenn nämlich gleichzeitig die Aktorspannung U gemessen wird, so erhält man eine zweite Kennlinie U=const., die das Aktorverhalten charakterisiert. Der Schnittpunkt der beiden Kennlinien gibt nun an, wie groß die auf den Aktor wirkende Kraft, beziehungsweise die von ihm aufgebrachte Kraft F_x und seine Ausdehnung s_x sind. Auf diese Weise kann auf besonders vorteilhafte Weise daher die Aktordehnung während seines Betriebs abgeschätzt werden und damit auf eine korrekte Funktion des Einspritzsystems geschlossen werden.The invention takes advantage of the fact that the actuator 2 can be characterized by the two parameters of voltage and applied amount of charge. As shown schematically in FIG. 2, the actuator is first charged to a target voltage U 1 and then electrically isolated (point P1). In the first phase, a certain amount of charge Q is thus applied to the actuator 2, which no longer changes in the second phase, that is to say remains constant. However, the actuator 2 is exposed to changing forces, for example in that the hydraulic coupler 4 empties to a certain extent due to the leakage gaps and thus the force F on the actuator 2 decreases, so that the voltage Ua at the actuator 2 does not remain constant, but instead usually drops to a value U 2 (point P2) due to the backward forces on actuator 2. As shown schematically in FIG. 4, the actuator 2 expands to the extent that the force F is due to it. If the amount of charge that has been applied to the actuator is now measured, the characteristic curve Q = const. known. However, it is not known how large the force F_x acting on the actuator 2 and thus its extent s_x are. This expansion is determined by measuring the actuator voltage U. If the actuator voltage U is measured at the same time, a second characteristic curve U = const. Is obtained which characterizes the actuator behavior. The intersection of the two characteristic curves now indicates how large the force acting on the actuator, or the force F_x applied by it, and its extent s_x are. In this way, the actuator expansion during its operation can be estimated in a particularly advantageous manner, and a conclusion can be drawn that the injection system is functioning correctly.

Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens wird nachfolgend in Verbindung mit den Figuren 3, 4 und 5 näher erläutert. In einem Schritt S 10 erfolgt ein Ladebefehl. In einem Schritt S15 wird der Ladestrom integriert. Es wird sodann in Schritt S20 geprüft, ob eine Sollspannung erreicht ist. Wenn dies nicht der Fall ist, wird der Ladestrom weiter integriert. Wenn die Sollspannung erreicht wird, werden der Ladevorgang und die Integration in Schritt S25 beendet.An exemplary embodiment of a method according to the invention is described below with Figures 3, 4 and 5 explained in more detail. In step S 10, a load command is issued. The charging current is integrated in a step S15. It is then in step S20 checked whether a target voltage has been reached. If this is not the case, the charging current further integrated. When the target voltage is reached, the charging process and the integration ends in step S25.

Nach Beendigung des Ladevorgangs liegt am Aktor 2 eine zur Ladungsmenge proportionale Spannung U an, die in Fig. 4 schematisch dargestellt ist. In Schritt S30 erfolgt nun ein Warten auf einen Entladebefehl. Ob ein solcher Entladebefehl vorliegt, wird in Schritt S35 geprüft. Liegt er nicht vor, wird weiter gewartet (Schritt S30). Liegt er dagegen vor, werden eine vorgebbare Zeit t1 vor dem erneuten Entladen die an dem Aktor 2 anliegende Spannung U sowie die Ladung Q gemessen (Schritt S40). Die Berechnung der auf das Steuerventil wirkenden Kraft und die Aktordehnung aus den so gemessenen Werten der Spannung U sowie der Ladung Q erfolgt in Schritt S45. In Schritt S50 wird dann die Auswertung der Werte für die Kraft F_x sowie den Hub s_x vorgenommen, die nachfolgend in Verbindung mit Fig. 5 näher beschrieben wird. After the charging process has ended, the actuator 2 is proportional to the amount of charge Voltage U on, which is shown schematically in Fig. 4. Now takes place in step S30 a wait for an unload command. Whether such an unload command is present is determined in step S35 checked. If it is not present, the system continues to wait (step S30). If it is against a predeterminable time t1 before the new discharge is applied to the actuator 2 The voltage U and the charge Q are measured (step S40). Calculating the on that Control valve acting force and the actuator expansion from the measured values of the Voltage U and the charge Q take place in step S45. Then in step S50 Evaluation of the values for the force F_x and the stroke s_x made the following is described in more detail in connection with FIG. 5.

In einer Schaltungseinheit 70 wird der so bestimmte Aktorhub s_x mit einem Schwellwert für den Aktorhub s_schwell verglichen. Des weiteren wird in einer Schaltungseinheit 80 der Wert der auf das Ventil wirkenden Kraft F_x mit einem Schwellwert für die Kraft F_schwell verglichen, wobei geprüft wird, ob die auf das Ventil wirkende Kraft F_x kleiner ist als der Schwellwert für die Kraft F_schwell. Wenn sowohl die auf das Ventil wirkende Kraft F_x kleiner ist als der Schwellwert für die Kraft F_schwell und der Aktorhub s_x größer ist als der Schwellwert für den Aktorhub s_schwell, was in einer Schaltungseinheit 90 geprüft wird, wird eine Fehlermeldung ausgegeben, beispielsweise die Fehlermeldung, daß der hydraulische Koppler 4 unzureichend befüllt ist. Dieser Fehler liegt nämlich immer dann vor, wenn die Kraft F_x kleiner als der zugehörige Schwellwert für die Kraft ist, der Hub s_x jedoch größer. In diesem Fall hat der Aktor 2 eine im Vergleich zum korrekten Betrieb zu geringe Gegenkraft erfahren und dehnt sich daher stärker aus. Aus der Bestimmung der Spannung allein ließe sich ein solcher Fehler nicht bestimmen, da die Spannung geregelt wird. Durch Hinzunahme der Ladungsmessung gelingt eine eindeutige Fehlerzuordnung.In a circuit unit 70, the actuator stroke s_x determined in this way is assigned a threshold value for the actuator stroke s_schwell compared. Furthermore, in a circuit unit 80 the value of the force F_x acting on the valve with a threshold value for the Force F_schwell compared, it is checked whether the force acting on the valve F_x is less than the threshold value for the force F_schwell. If both the on the valve acting force F_x is less than the threshold value for the force F_schwell and the actuator stroke s_x is greater than the threshold value for the actuator stroke s_schwell, which in one Circuit unit 90 is checked, an error message is output, for example the error message that the hydraulic coupler 4 is insufficiently filled. This mistake is always present when the force F_x is smaller than the associated one The threshold value for the force is, but the stroke s_x is greater. In this case, the actuator has 2 a counterforce that is too low compared to correct operation and expands therefore stronger. Such a mistake could be made by determining the voltage alone do not determine since the voltage is regulated. By adding the charge measurement a clear error assignment succeeds.

Claims (5)

Verfahren zur Bestimmung der Längenausdehnung eines piezoelektrischen Aktors (2) eines Kraftstoffeinspritzventils (1) einer Brennkraftmaschine sowie der auf diesen während eines Einspritzvorgangs wirkenden Kraft, wobei in wenigstens einem Betriebspunkt des Aktors (2) die auf den Aktor (2) aufgebrachte Ladungsmenge und die am Aktor (2) anliegende Spannung ermittelt werden und hieraus auf die Längenausdehnung (s_x) des Aktors (2) und die auf den Aktor (2) wirkende Kraft (F_x) geschlossen wird.Method for determining the linear expansion of a piezoelectric actuator (2) of a fuel injection valve (1) of an internal combustion engine and of the latter force acting during an injection process, at at least one operating point of the actuator (2), the amount of charge applied to the actuator (2) and the voltage applied to the actuator (2) can be determined and from this to the linear expansion (s_x) of the actuator (2) and the force (F_x) acting on the actuator (2) are closed becomes. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Längenausdehnung (s_x) des Aktors (2) und die auf den Aktor (2) wirkende Kraft (F_x) mit vorgebbaren Schwellwerten (s_schwell, F_schwell) verglichen werden und auf eine Fehlfunktion des Einspritzventils geschlossen wird, wenn die auf den Aktor (2) wirkende Kraft (F_x) von dem Schwellwert für die Kraft (F_schwell) und die Längenausdehnung des Aktors (2) von dem Schwellwert für die Längenausdehnung (s_schwell) abweichen.Method according to Claim 1, characterized in that the linear expansion (s_x) of the actuator (2) and the force (F_x) acting on the actuator (2) are compared with predefinable threshold values (s_schwell, F_schwell) and a conclusion is drawn about a malfunction of the injection valve , if the force (F_x) acting on the actuator (2) deviates from the threshold value for the force (F_schwell) and the linear expansion of the actuator (2) from the threshold value for the linear expansion (s_schwell). Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Einspritzventil mit einem Hydraulikkoppler (4) auf eine Fehlfunktion des Hydraulikkopplers (4) geschlossen wird, wenn die auf den Aktor (2) wirkende Kraft (F_x) kleiner als der Schwellwert für die Kraft (F_schwell) und die Längenausdehnung des Aktors (2) größer als der Schwellwert für die Längenausdehnung (s_schwell) des Aktors (2) ist.Method according to Claim 2, characterized in that, in the case of an injection valve with a hydraulic coupler (4), it is concluded that the hydraulic coupler (4) is malfunctioning if the force (F_x) acting on the actuator (2) is less than the threshold value for the force ( F_schwell) and the linear expansion of the actuator (2) is greater than the threshold value for the linear expansion (s_schwell) of the actuator (2). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die an dem Aktor (2) anliegende Spannung (Ua) und die auf den Aktor (2) aufgebrachte Ladung (Q) unmittelbar vor einer Entladung des Aktors (2) bestimmt, insbesondere gemessen werden.Method according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the voltage (Ua) applied to the actuator (2) and the charge (Q) applied to the actuator (2) are determined, in particular, immediately before the actuator (2) is discharged be measured. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die auf den Aktor (2) aufgebrachte Ladung (Q) durch Integration des Ladestroms bestimmt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the charge (Q) applied to the actuator (2) is determined by integrating the charging current.
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