EP1508690B1 - Verfahren und Vorrichtung zum Positionieren eines piezoelektrischen Aktors - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Positionieren eines piezoelektrischen Aktors Download PDF

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EP1508690B1
EP1508690B1 EP20040103543 EP04103543A EP1508690B1 EP 1508690 B1 EP1508690 B1 EP 1508690B1 EP 20040103543 EP20040103543 EP 20040103543 EP 04103543 A EP04103543 A EP 04103543A EP 1508690 B1 EP1508690 B1 EP 1508690B1
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EP
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actuator
voltage
injection valve
actuating element
piezoelectric
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Christopher Kurz
Stefan Lehmann
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Siemens AG
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Siemens AG
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Publication date
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    • F02M61/167—Means for compensating clearance or thermal expansion

Definitions

  • the invention relates to a method for positioning a piezoelectric actuator with respect to an actuator of an injection valve according to the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to a device for positioning a piezoelectric actuator with respect to an actuator of an injection valve according to the preamble of patent claim.
  • injection valves The production of modern injection valves is usually carried out by means of a two-stage production process.
  • a first process section the individual components of the injection valves are assembled as part of a pre-assembly and bolted together, for example.
  • the preassembled injection valve is set to function.
  • Modern injectors operate with a piezoelectric actuator, which actuates either an injection needle directly or via a servo valve or is operatively connected via a lever element to the servo valve or the injection needle. By applying an electrical voltage to the piezoelectric actuator, the actuator elongates and thus actuates the lever element, the servo valve or directly the injection needle. By actuating the actuator, the injection process of the injection valve is controlled.
  • the distance between the piezoelectric actuator in the rest position and the actuator to be actuated is precisely adjusted. Especially with multiple injections, the distance between the actuator and the actuator must be set very precisely.
  • an adjustment is used, with which the actuator is displaceable relative to the actuator. In this way, an adjustment of the piezoelectric actuator relative to the actuator can be achieved to within a few microns accurate.
  • a generic method and a generic device for automatically adjusting injection valves is known.
  • the adjustment is made by a precise adjustment of the distance between the actuator and a lever element.
  • the injection valve is initially provided in the correct position in a measuring and setting station and coupled via a high-pressure connection with a pressure generating device and an electrical connection device with an electrical signal generating device. Thereafter, the adjusting element of the injection valve is rotated such that the injection valve starts an injection process at a certain position of the adjusting element.
  • all injectors are adjusted with the same adjustment parameters.
  • the object of the invention is to provide a method and a device with which a more accurate adjustment of the distance between the actuator and the actuator of the injection valve is possible.
  • the object of the invention is achieved by the method according to claim 1 and by the device according to claim 4.
  • An advantage of the method is that the piezoelectric actuators are independent of different elongation characteristics as a function of the applied voltage be positioned at the same distance to the actuator. Thus, the idle stroke is set the same for all piezoelectric actuators. Thus, it is ensured that no actuation of the actuator is possible by an elongation of the piezoelectric actuator by temperature changes.
  • a constant, defined injection behavior of the injection valves is determined by the constant idle strokes of the various injection valves.
  • the constant distances between the piezoelectric actuators and the actuators are adjusted by the fact that during the adjustment of a piezoelectric actuator individual elongation characteristics for the piezoelectric actuator is detected and depending on an individual voltage for positioning of the piezoelectric actuator is used.
  • a distance measurement between the piezoelectric actuator and the actuator could be made.
  • FIG. 1 shows the structure of an adjusting device 100, which is used for automatically adjusting injection valves.
  • the adjusting device 100 has a first handling device 102, which comprises a first holder 103 and a second holder 104.
  • the two brackets 103, 104 serve to hold a preassembled injection valve 101, in which the distance between the piezoelectric actuator and an actuator of the piezoelectric actuator is to be adjusted.
  • a closing member of a servo valve is arranged in this embodiment, which controls a sequence of a control chamber.
  • the control chamber is connected to an inlet. Depending on the position of the closing member, the pressure in the control chamber is adjusted.
  • the injection needle Adjacent to the control chamber, the injection needle, so that the injection needle is movable in response to the pressure in the control chamber in an open position or in a closed position. In the open position, the injection needle releases injection holes for dispensing fuel. In the closed position, the injection needle closes the injection holes and no fuel is discharged from the injection valve.
  • the two brackets 103, 104 are attached to a turntable 102a, which can be rotated by a drive 105.
  • the injection valve 101 can be brought by a 180 ° rotation of the turntable 102 a to a position at which the injection valve is transferred to a second handling device 106.
  • the second handling device 106 has a second turntable 106a, which has a first injection valve receptacle 107 and a second injection valve receptacle 108.
  • the second handling device 106 further comprises a rotary unit 109, with which the second turntable 106a can be rotated.
  • the adjusting device 100 further has a holding device 114, a high-pressure connection 110, an electrical connection device 111 and a screwing device 112. With the holding device 114, an injection valve 111 provided in the correct position can be fixed in its position and thus an accidental slippage of the injection valve 101 can be prevented.
  • the high pressure port 110 is used the coupling of the injector 101 provided in the correct position with a pressure generating device, not shown.
  • the electrical connection device 111 is used for the electrical coupling of the piezoelectric actuator of the correct position provided injection valve 101 with a control unit 200.
  • the electrical contact is made via contact tongues, which are formed in a plug housing of the injection valve 101.
  • the high pressure port 110 and the electrical connection device 111 are slidably mounted along its longitudinal axis and can be moved by means of a not shown pneumatic drive along the longitudinal direction.
  • the holding device 114 which fixes the injection valve 101 provided in the correct position in the position, is coupled to a drive 115. With the drive 115, the holding device 114, which has a wrench according to the embodiment shown here, are moved in the direction of the injection valve 101.
  • the screwing device 112 is coupled to a torque measuring device 113, which has a torque measuring disk according to the exemplary embodiment shown here.
  • the screwing device 112 and the torque measuring device 113 can be moved together by means of a vertical drive 120 in the vertical direction.
  • the screwing device 112 can be brought up to an injection valve 101 provided in the correct position.
  • the actual adjustment of the adjusting element of the injection valve is effected in that the torque measuring device 113 and the screwing device 112 are rotated together about an axis which is parallel to the longitudinal direction of the injection valve.
  • the rotation of the screwing device 112 takes place via a drive 119, which is coupled via a gear 118, a rack 117 with a gear 116 which is connected to the torque measuring device 113.
  • the adjusting device 100 further comprises a number of plates and structures, which for the cohesion, for the statics and are required for the mechanical stability of the entire adjustment device. These include, for example, a base plate 130, a base plate assembly 131, and a structure 132 for the first handling device 105.
  • An injection valve 101 preassembled and pre-screwed on a production line is transferred, for example, from a conveyor belt to the first handling device 102.
  • the injection valve 101 is brought to a position at which the injection valve is taken over by the second handling device 106.
  • the injection valve 101 is provided in the correct position in the measuring and adjusting station. Thereafter, the injection valve 101 is fixed by the holding device 114 is moved laterally to the injection valve 101 and blocked.
  • the holding device 114 has, according to the embodiment of the invention shown here on an open-end wrench, with which the injection valve 101 is fixed in a lower portion.
  • the injection valve 101 is further fixed with a not shown in the figure 1 gripping device, which also has the shape of a fork wrench and engages an upper portion of the injection valve 101. Both by the holding device 114 and by the gripping device, not shown, the torque occurring during an adjustment of the adjusting element of the injection valve 101 can be compensated.
  • both the high-pressure port 110 and the electrical connection device 111 are moved up to the injection valve 101.
  • the injection valve 101 is coupled to a pressure generating device, not shown, and with fuel at a pressure supplied by about 40 bar.
  • the piezoelectric actuator 210 of the injection valve is coupled to the electrical connection device 111.
  • the screwing device 112 which has a centrally mounted on the injection valve 101 open-end wrench, pneumatically driven by the vertical drive 120 down.
  • the wrench is looking for the key surfaces of the adjusting element 220 ( Figure 2), which is in the form of a hollow screw or a nut and the injection valve 101 surrounds.
  • the screwing device 112 is driven by a toothed drive comprising the drive 119, the gear 118, the rack 117 and the gear 116.
  • the torque acting on the adjusting element, the voltage applied to the piezoelectric actuator and the instantaneous angular position of the screwing device are detected during the entire screwing movement.
  • the torque applied to the adjusting member is detected by the torque measuring device 113.
  • the voltage applied to the piezoelectric actuator is specified by the control unit 200 and is therefore also known.
  • the control unit 200 is connected to a memory 260 in which the voltages are stored.
  • the adjustment of the injection valve 101 is adjusted so long, ie the actuator 210 moves closer to the actuator 230, until at a certain position of the adjusting member 220, which corresponds to a certain distance between a non-energized actuator 210 and the actuator 230, the injection valve 101 a Injection process starts.
  • the pressure applied to the injection valve via the high-pressure port 110 drops.
  • the pressure drop is recorded and stored together with the values for the torque applied to the adjusting element, for the voltage applied to the piezoelectric actuator and for the angular position of the adjusting element in the memory 260 of the control device 200.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a detail of the injection valve 101, in which the position of the piezoelectric actuator 210 with respect to the actuator 230 is shown.
  • the piezoelectric actuator 210 is displaced in the direction of the actuator 230.
  • FIG. 2 shows the piezoelectric actuator 210 in the de-energized state. If the piezoelectric actuator 210 is supplied with a voltage, then the piezoelectric actuator, i. the actuator expands, moving a lower actuating surface 240 facing the actuator 230 toward the actuator 230. Depending on the applied voltage, the actuator moves the actuator 230 downward. The movement of the actuator controls the injection process.
  • the distance between the piezoelectric actuator 210 in the de-energized state and the actuator 230 for the described method uses individual voltage values.
  • FIG. 3 shows a schematic diagram in which change in length curves (stroke) in ⁇ m are shown as a function of the applied voltage in volts for two different piezoelectric actuators P1, P2. From the diagram of Figure 3 it can be seen that the change in length (stroke) of the first piezoelectric actuator P1 per voltage applied voltage is greater than the change in length (stroke) of the second piezoelectric actuator P2.
  • a first voltage U1 must be applied to the first piezoelectric element P1 and a second voltage U2 to the second piezoelectric element P2.
  • the first voltage U1 is smaller than the second voltage U2.
  • the first voltage U1 and the second voltage U2 are read from the detected measurement diagram and used for the described adjustment of the piezoelectric actuators for setting a desired idle stroke.
  • the third voltage U3 is applied to the first piezoelectric actuator P1 and a third change in length S3 is detected. Due to the applied third voltage U3 and the detected third change in length S3, the change in length in microns per volt is calculated via a linear relationship and the voltage to be applied is calculated for the distance to be set between actuator and actuator.
  • the third voltage U3 is applied to the second piezoelectric actuator P2 and the resultant fourth change in length S4 is detected. From the third voltage and the fourth change in length S4 is in a linear approach calculates the change in length in microns per volt and calculates the voltage required to achieve the second change in length S2. Thus, the individual voltage required for a more precise positioning of the piezoelectric actuator can be determined based on a single measurement point. Thus, it is not necessary to detect the entire characteristic curve shown in Figure 3 for the piezoelectric actuators.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Positionieren eines piezoelektrischen Aktors in Bezug auf ein Stellglied eines Einspritzventils gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Positionieren eines piezoelektrischen Aktors im Bezug auf ein Stellglied eines Einspritzventils gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 4.
  • Die Herstellung von modernen Einspritzventilen erfolgt üblicherweise mittels eines zweistufigen Herstellungsprozesses. In einem ersten Prozessabschnitt werden die einzelnen Bestandteile der Einspritzventile im Rahmen einer Vormontage zusammengebaut und beispielsweise miteinander verschraubt. In einem zweiten Prozessabschnitt wird das vormontierte Einspritzventil funktionstauglich eingestellt. Moderne Einspritzventile arbeiten mit einem piezoelektrischen Aktor, der entweder direkt oder über ein Servoventil eine Einspritznadel betätigt oder über ein Hebelelement mit dem Servoventil oder der Einspritznadel in Wirkverbindung steht. Durch Anlegen einer elektrischen Spannung an den piezoelektrischen Aktor längt sich der Aktor und betätigt damit das Hebelelement, das Servoventil oder direkt die Einspritznadel. Durch die Betätigung des Aktors wird der Einspritzvorgang des Einspritzventils gesteuert. Um die Lebensdauer des Einspritzventils und das Einspritzverhalten des Einspritzventils zu optimieren, wird der Abstand zwischen dem piezoelektrischen Aktor in der Ruheposition und dem zu betätigenden Stellglied präzise eingestellt. Insbesondere bei mehrfach Einspritzungen muss der Abstand zwischen dem Aktor und dem Stellglied sehr präzise eingestellt sein.
  • Zur Einstellung des Abstandes wird ein Einstellelement verwendet, mit dem der Aktor relativ zu dem Stellglied verschiebbar ist. Auf diese Weise kann eine Justierung des piezoelektrischen Aktors relativ zu dem Stellglied bis auf einige Mikrometer genau erreicht werden.
  • Aus DE 101 50 786 A1 ist ein gattungsgemäßes Verfahren und eine gattungsgemäße Vorrichtung zum automatischen Einstellen von Einspritzventilen bekannt. Die Einstellung erfolgt über eine genaue Justierung des Abstandes zwischen dem Aktor und einem Hebelelement. Dabei wird das Einspritzventil zunächst lagerichtig in einer Mess- und Einstellstation bereit gestellt und über einen Hochdruckanschluss mit einer Druckerzeugungseinrichtung und über eine elektrische Anschlussvorrichtung mit einer elektrischen Signalerzeugungseinrichtung gekoppelt. Danach wird das Einstellelement des Einspritzventils derart verdreht, dass das Einspritzventil bei einer bestimmten Stellung des Einstellelementes einen Einspritzvorgang beginnt. Bei dem beschriebenen Verfahren und der beschriebenen Vorrichtung werden alle Einspritzventile mit den gleichen Einstellparametern eingestellt.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereit zu stellen, mit der eine genauere Anpassung des Abstandes zwischen Aktor und Stellglied des Einspritzventils möglich ist.
  • Die Aufgabe der Erfindung wird durch das Verfahren gemäß Patentanspruch 1 und durch die Vorrichtung gemäß Patentanspruch 4 gelöst.
  • Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Ein Vorteil des Verfahrens besteht darin, dass die piezoelektrischen Aktoren unabhängig von unterschiedlichen Längungscharakteristiken in Abhängigkeit von der angelegten Spannung auf den gleichen Abstand zum Stellglied positioniert werden. Damit wird der Leerhub für alle piezoelektrische Aktoren gleich eingestellt. Somit wird sicher gestellt, dass keine Betätigung des Stellgliedes durch eine Längung des piezoelektrischen Aktors durch Temperaturänderungen möglich ist. Außerdem wird durch die konstanten Leerhübe der verschiedenen Einspritzventile ein konstantes, definiertes Einspritzverhalten der Einspritzventile festgelegt.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform werden die konstanten Abstände zwischen den piezoelektrischen Aktoren und den Stellgliedern dadurch eingestellt, dass bei der Justierung eines piezoelektrischen Aktors eine für den piezoelektrischen Aktor individuelle Längungscharakterisik erfasst wird und abhängig davon eine individuelle Spannung zur Positionierung des piezoelektrischen Aktors verwendet wird. Anstelle der Spannung könnte beispielsweise auch eine Abstandsmessung zwischen dem piezoelektrischen Aktor und dem Stellglied vorgenommen werden.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen
    • Figur 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Einstellen eines Abstandes zwischen einem piezoelektrischen Aktor und einem Stellglied eines Einspritzventils;
    • Figur 2 eine Detailansicht eines Aktors und eines Stellgliedes; und
    • Figur 3 ein Messdiagramm der Längendehnung zweier piezoelektrischer Aktoren in Abhängigkeit von der angelegten Spannung.
  • Figur 1 zeigt den Aufbau einer Einstellvorrichtung 100, die zum automatischen Einstellen von Einspritzventilen verwendet wird. Die Einstellvorrichtung 100 weist eine erste Handhabungsvorrichtung 102 auf, die eine erste Halterung 103 und eine zweite Halterung 104 umfasst. Die beiden Halterungen 103, 104 dienen zum Halten eines vormontierten Einspritzventils 101, bei dem der Abstand zwischen dem piezoelektrischen Aktor und einem Stellglied des piezoelektrischen Aktors eingestellt werden soll. Als Stellglied des piezoelektrischen Aktors ist in diesem Ausführungsbeispiel ein Schließglied eines Servoventils angeordnet, das einen Ablauf einer Steuerkammer steuert. Die Steuerkammer ist mit einem Zulauf verbunden. Abhängig von der Position des Schließgliedes wird der Druck in der Steuerkammer eingestellt. An die Steuerkammer grenzt die Einspritznadel an, so dass die Einspritznadel in Abhängigkeit vom Druck in der Steuerkammer in eine Offenposition oder in eine Schließposition bewegbar ist. In der Offenposition gibt die Einspritznadel Einspritzlöcher zum Abgeben von Kraftstoff frei. In der Schließposition verschließt die Einspritznadel die Einspritzlöcher und es wird kein Kraftstoff vom Einspritzventil abgegeben.
  • Die beiden Halterungen 103, 104 sind an einem Drehtisch 102a befestigt, der mit einem Antrieb 105 gedreht werden kann. Auf diese Weise kann das Einspritzventil 101 durch eine 180° Drehung des Drehtisches 102a an eine Stelle gebracht werden, an der das Einspritzventil an eine zweite Handhabungsvorrichtung 106 übergeben wird. Die zweite Handhabungsvorrichtung 106 weist einen zweiten Drehtisch 106a auf, der eine erste Einspritzventilaufnahme 107 und eine zweite Einspritzventilaufnahme 108 aufweist. Die zweite Handhabungsvorrichtung 106 weist ferner eine Dreheinheit 109 auf, mit der der zweite Drehtisch 106a gedreht werden kann. Bei einer 180° Drehung des zweiten Drehtisches 106a wird ein zuvor an die zweite Handhabungsvorrichtung 106 übergebenes Einspritzventil lagerichtig in der Mess- und Einstellstation bereit gestellt. Die Einstellvorrichtung 100 weist ferner eine Haltevorrichtung 114, einen Hochdruckanschluss 110, eine elektrische Anschlussvorrichtung 111 sowie eine Schraubvorrichtung 112 auf. Mit der Haltevorrichtung 114 kann ein lagerichtig bereitgestelltes Einspritzventil 111 in seiner Position fixiert werden und somit ein versehentliches Rutschen des Einspritzventils 101 verhindert werden. Der Hochdruckanschluss 110 dient der Kopplung des lagerichtig bereitgestellten Einspritzventils 101 mit einer nicht dargestellten Druckerzeugungseinrichtung. Die elektrische Anschlussvorrichtung 111 dient der elektrischen Kopplung des piezoelektrischen Aktors des lagerichtig bereitgestellten Einspritzventils 101 mit einem Steuergerät 200. Der elektrische Kontakt erfolgt dabei über Kontaktzungen, die in einem Steckergehäuse des Einspritzventils 101 ausgebildet sind. Der Hochdruckanschluss 110 und die elektrische Anschlussvorrichtung 111 sind entlang ihrer Längsachse verschiebbar gelagert und können mittels eines nichtdargestellten pneumatischen Antriebs entlang der Längsrichtung bewegt werden. Die Haltevorrichtung 114, die das lagerichtig bereitgestellte Einspritzventil 101 in der Lage fixiert, ist mit einem Antrieb 115 gekoppelt. Mit dem Antrieb 115 kann die Haltevorrichtung 114, die gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel einen Gabelschlüssel aufweist, in Richtung des Einspritzventils 101 verschoben werden.
  • Die Schraubvorrichtung 112 ist mit einer Drehmomentmessvorrichtung 113 gekoppelt, die gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel eine Drehmomentmessscheibe aufweist. Die Schraubvorrichtung 112 und die Drehmomentmessvorrichtung 113 können gemeinsam mittels eines Vertikalantriebs 120 in vertikaler Richtung bewegt werden. Somit kann die Schraubvorrichtung 112 oben an ein lagerichtig bereitgestelltes Einspritzventil 101 herangeführt werden. Das eigentliche Verstellen des Einstellelementes des Einspritzventils erfolgt dadurch, dass die Drehmomentmessvorrichtung 113 und die Schraubvorrichtung 112 gemeinsam um eine Achse gedreht werden, die parallel zur Längsrichtung des Einspritzventils verläuft. Die Drehung der Schraubvorrichtung 112 erfolgt dabei über einen Antrieb 119, der über ein Getriebe 118, eine Zahnstange 117 mit einem Zahnrad 116 gekoppelt ist, das mit der Drehmomentmessvorrichtung 113 verbunden ist.
  • Die Einstellvorrichtung 100 weist ferner eine Reihe von Platten und Aufbauten auf, die für den Zusammenhalt, für die Statik und für die mechanische Stabilität der gesamten Einstellvorrichtung erforderlich sind. Dazu zählen beispielsweise eine Grundplatte 130, ein Grundplattenaufbau 131 und ein Aufbau 132 für die erste Handhabungsvorrichtung 105.
  • Im Folgenden wird das Verfahren zum automatischen Einstellen von Einspritzventilen 101 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung und anhand der in der Figur 1 dargestellten Einstellvorrichtung 100 näher erläutert. Ein auf einer Fertigungslinie vormontiertes und vorverschraubtes Einspritzventil 101 wird beispielsweise von einem Förderband an die erste Handhabungsvorrichtung 102 übergeben. Durch eine 180° Drehung der ersten Handhabungsvorrichtung 102 wird das Einspritzventil 101 an eine Position gebracht, an der das Einspritzventil von der zweiten Handhabungsvorrichtung 106 übernommen wird. Nach einer weiteren 180° Drehung durch die zweite Handhabungsvorrichtung 106 ist das Einspritzventil 101 lagerichtig in der Mess- und Einstellstation bereitgestellt. Danach wird das Einspritzventil 101 fixiert, indem die Haltevorrichtung 114 seitlich an das Einspritzventil 101 herangefahren und verblockt wird. Die Haltevorrichtung 114 weist gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung einen nicht dargestellten Gabelschlüssel auf, mit dem das Einspritzventil 101 in einem unteren Teilabschnitt fixiert wird. Das Einspritzventil 101 wird ferner mit einer in der Figur 1 nicht dargestellte Greifvorrichtung fixiert, die ebenfalls die Form eines Gabelschlüssels aufweist und an einem oberen Teilabschnitt des Einspritzventils 101 angreift. Sowohl durch die Haltevorrichtung 114 als auch durch die nicht dargestellte Greifvorrichtung kann das bei einem Verstellen des Einstellelementes des Einspritzventils 101 auftretende Drehmoment kompensiert werden. Nach der Fixierung des Einspritzventils 101 wird sowohl der Hochdruckanschluss 110 als auch die elektrische Anschlussvorrichtung 111 an das Einspritzventil 101 herangefahren. Über den Hochdruckanschluss 110 wird das Einspritzventil 101 mit einer nicht dargestellten Druckerzeugungseinrichtung gekoppelt und mit Kraftstoff mit einem Druck von ca. 40 bar versorgt. Mit der elektrischen Anschlussvorrichtung 101 wird der piezoelektrische Aktor 210 des Einspritzventils mit der elektrischen Anschlussvorrichtung 111 gekoppelt.
  • Anschließend wird die Schraubvorrichtung 112, die einen zentrisch über dem Einspritzventil 101 gelagerten Gabelschlüssel aufweist, pneumatisch mittels des Vertikalantriebs 120 nach unten gefahren. Dabei sucht sich der Gabelschlüssel die Schlüsselflächen des Einstellelementes 220 (Figur 2), das in Form einer Hohlschraube oder einer Mutter ausgebildet ist und das Einspritzventil 101 umgibt. Anschließend wird die Schraubvorrichtung 112 über einen Zahnantrieb angetrieben, der den Antrieb 119, das Getriebe 118, die Zahnstange 117 und das Zahnrad 116 umfasst. Beim Schraubvorgang werden während der gesamten Schraubbewegung das an dem Einstellelement angreifende Drehmoment, die an dem piezoelektrischen Aktor anliegende Spannung und die momentane Winkelposition der Schraubvorrichtung erfasst. Das an dem Einstellelement angreifende Drehmoment wird durch die Drehmomentmessvorrichtung 113 erfasst. Die an dem piezoelektrischen Aktor anliegende Spannung wird von dem Steuergerät 200 vorgegeben und ist deshalb ebenfalls bekannt. Das Steuergerät 200 ist mit einem Speicher 260 verbunden, in dem die Spannungen abgelegt sind. Das Einstellelement des Einspritzventils 101 wird solange verstellt, d. h. der Aktor 210 näher an das Stellglied 230 heran bewegt, bis bei einer bestimmten Stellung des Einstellelements 220, die einem bestimmten Abstand zwischen einem nicht bestromten Aktor 210 und dem Stellglied 230 entspricht, das Einspritzventil 101 einen Einspritzvorgang startet. Dabei fällt der über den Hochdruckanschluss 110 an das Einspritzventil angelegte Druck ab. Der Druckabfall wird erfasst und zusammen mit den Werten für das am Einstellelement anliegende Drehmoment, für die an dem piezoelektrischen Aktor anliegenden Spannung und für die Winkelstellung des Einstellelementes im Speicher 260 des Steuergeräts 200 abgespeichert.
  • Figur 2 zeigt in einer schematischen Darstellung einen Ausschnitt des Einspritzventils 101, bei dem die Position des piezoelektrischen Aktors 210 in Bezug auf das Stellglied 230 dargestellt ist. Durch die Drehung des Einstellelementes 220, das an einer seitlich auskragenden Ringfläche des Aktors drehbar befestigt und über ein Schraubgewinde mit einem Aktorgehäuse 250 verbunden ist, wird der piezoelektrische Aktor 210 in Richtung auf das Stellglied 230 verschoben. Figur 2 zeigt den piezoelektrischen Aktor 210 im unbestromten Zustand. Wird nun der piezoelektrische Aktor 210 mit einer Spannung versorgt, so längt sich der piezoelektrische Aktor, d.h. der Aktor dehnt sich aus, und bewegt damit eine untere Betätigungsfläche 240 die dem Stellglied 230 zugewandt ist, in Richtung auf das Stellglied 230. Abhängig von der angelegten Spannung bewegt der Aktor das Stellglied 230 nach unten. Durch die Bewegung des Stellgliedes wird der Einspritzvorgang gesteuert.
  • Für verschiedene piezoelektrische Aktoren 210 werden für die Einstellung des Leerhubes, d. h. den Abstand zwischen dem piezoelektrischen Aktor 210 im unbestromten Zustand und dem Stellglied 230 für das beschriebene Verfahren individuelle Spannungswerte verwendet.
  • Versuche haben ergeben, dass die Spannungswerte für die piezoelektrischen Aktoren in großen Bereichen variieren. Somit ist es erforderlich, um präzise den gleichen Abstand für verschiedene piezoelektrische Aktoren einstellen zu können, unterschiedliche Spannungen zur Anregung des piezoelektrischen Aktors für den beschriebenen Einstellvorgang zu verwenden. Hat ein Aktor einen größeren Ausdehnungskoeffizienten bei angelegter Spannung, so muss eine kleinere Spannung zum Einstellen des gleichen Abstandes zu dem Stellglied angelegt werden, als bei einem piezoelektrischen Aktor mit einem kleineren Ausdehnungskoeffizienten.
  • Die verschiedenen Spannungen können auf verschiedene Arten ermittelt oder berechnet werden. Figur 3 zeigt ein schematisches Diagramm, in dem Längenänderungskurven (Hub) in µm in Abhängigkeit von der angelegten Spannung in Volt für zwei verschiedene piezoelektrischen Aktoren P1, P2 dargestellt sind. Aus dem Diagramm der Figur 3 ist ersichtlich, dass die Längenänderung (Hub) des ersten piezoelektrischen Aktors P1 pro angelegter Volt Spannung größer ist als die Längenänderung (Hub) des zweiten piezoelektrischen Aktors P2. Somit muss für die Erreichung eines zweiten Hubes S2 eine erste Spannung U1 an das erste piezoelektrische Element P1 und eine zweite Spannung U2 an das zweite piezoelektrische Element P2 angelegt werden. Die erste Spannung U1 ist kleiner als die zweite Spannung U2. Die erste Spannung U1 und die zweite Spannung U2 werden aus dem erfassten Messdiagramm ausgelesen und für den beschriebenen Justiervorgang der piezoelektrischen Aktoren zur Einstellung eines gewünschten Leerhubes verwendet.
  • Je nach Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann auch anstelle einer gesamten Messkurve für die Erfassung der Längenänderungen der piezoelektrischen Aktoren in Abhängigkeit von der angelegten Spannung auch nur ein einzelner Spannungswert angelegt werden und die sich daraus ergebene Längenänderung erfasst werden. In Figur 3 wird für den ersten piezoelektrischen Aktor P1 die dritte Spannung U3 angelegt und dabei wird eine dritte Längenänderung S3 erfasst. Aufgrund der angelegten dritten Spannung U3 und der erfassten dritten Längenänderung S3 wird über einen linearen Zusammenhang die Längenänderung in µm pro Volt berechnet und die anzulegende Spannung für den einzustellenden Abstand zwischen Aktor und Stellglied berechnet.
  • Ebenso wird für den zweiten piezoelektrischen Aktor P2 die dritte Spannung U3 angelegt und die sich dabei ergebene vierte Längenänderung S4 erfasst. Aus der dritten Spannung und der vierten Längenänderung S4 wird in einem linearen Ansatz die Längenänderung in µm pro Volt berechnet und die zu Erreichung der zweiten Längenänderung S2 benötigte Spannung berechnet. Somit kann die für eine präzisere Positionierung des piezoelektrischen Aktors benötigte individuelle Spannung aufgrund eines einzelnen Messpunktes ermittelt werden. Damit ist es nicht erforderlich, die in Figur 3 dargestellte gesamte Kennlinie für die piezoelektrischen Aktoren zu erfassen.
  • Mit dem beschriebenen Verfahren und mit der beschrieben Vorrichtung ist es möglich, einen annähernd gleich großen Leerhub, d. h. Abstand zwischen dem unbestromten piezoelektrischen Aktor 210 und dem Stellglied 230 unabhängig von unterschiedlichen Längenausdehnungskoeffizienten in Abhängigkeit von der angelegten Spannung der piezoelektrischen Aktoren einzustellen.

Claims (4)

  1. Verfahren zum Einstellen eines Abstandes zwischen einem piezoelektrischen Aktor (210) und einem Stellglied (230) eines Einspritzventils (101), insbesondere einem Stellglied (230) zur Steuerung der Einspritzung, wobei der piezoelektrische Aktor (210) mit einer definierten Spannung angesteuert wird, wobei der Aktor (210) so weit an das Stellglied (230) angenähert und in dieser Position befestigt wird, bis der Aktor (210) im bestromten Zustand das Stellglied (230) in eine Zielposition bewegt,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Aktor (210) abhängig von seiner individuellen spannungsabhängigen Längungscharakteristik mit einer für den piezoelektrischen Aktor (210) individuellen Spannung beaufschlagt wird, um für verschiedene Aktoren einen annähernd gleichen Abstand im unbestromten Zustand des Aktors (210) zwischen dem Aktor (210) und dem Stellglied (230) einzustellen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für den Aktor (210) eine Längenänderungskurve in Abhängigkeit von der angelegten Spannung erfasst wird, und dass aus der Längenänderungskurve die Spannung ermittelt wird, die für eine Längung des Aktors (210) um den Abstand benötigt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für den Aktor (210) eine Längenänderung in Abhängigkeit von einer Spannung erfasst wird, dass die Spannung so gewählt ist, dass sich der Aktor annähernd so lang ausdehnt, wie für den einzustellenden Abstand zwischen Aktor (210) und Stellglied (230) benötigt wird, dass die Längenänderung gemessen wird, und dass abhängig von der Längenänderung und der angelegten Spannung die für den Aktor (210) und die für eine Längung des Aktors (210) um den Abstand benötigte Spannung berechnet wird.
  4. Vorrichtung zum Positionieren eines piezoelektrischen Aktors (210) auf einen vorgegebenen Abstand zu einem Stellglied (230) eines Einspritzventils (101), wobei eine Halterung (114) zum Halten des Einspritzventils (101) vorgesehen ist, wobei ein Anschluss (110) für eine Kraftstoffleitung des Einspritzventils vorgesehen ist, wobei ein zweiter Anschluss (111) und ein Steuergerät (200) zum Ansteuern des piezoelektrischen Aktors (210) vorgesehen ist, wobei das Steuergerät (210) mit einem Speicher (260) verbunden ist, wobei eine Erfassungseinheit zum Erfassen eines Einspritzvorganges vorgesehen ist, wobei ein Einstellmittel (220) zum Positionieren des Aktors (210) in Bezug auf das Stellglied (230) des Einspritzventils (101) vorgesehen ist, wobei mit dem Einstellmittel (220) der Aktor (210) in Richtung auf das Stellglied (230) bewegbar ist, wobei der Aktor (210) mit einer Spannung vom Steuergerät (200) beaufschlagbar ist, wobei eine Einstellposition des Aktors (210) erreicht ist, wenn der mit der angelegten Spannung bestromte Aktor (210) das Stellglied (230) in eine Zielposition bewegt, dadurch gekennzeichnet,
    dass im Speicher (260) für verschiedene piezoelektrische Aktoren (210) unterschiedliche Spannungen zum Ansteuern der Aktoren (210) abgelegt sind, und dass das Steuergerät (200) die Aktoren (210) mit der zugeordneten Spannung beaufschlägt.
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