EP2100020B1 - Method for operating an injection valve - Google Patents

Method for operating an injection valve Download PDF

Info

Publication number
EP2100020B1
EP2100020B1 EP07822494.6A EP07822494A EP2100020B1 EP 2100020 B1 EP2100020 B1 EP 2100020B1 EP 07822494 A EP07822494 A EP 07822494A EP 2100020 B1 EP2100020 B1 EP 2100020B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
actuator
voltage
injection valve
time
valve
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Not-in-force
Application number
EP07822494.6A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP2100020A1 (en
Inventor
Hans-Peter Lehr
Erik Tonner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP2100020A1 publication Critical patent/EP2100020A1/en
Application granted granted Critical
Publication of EP2100020B1 publication Critical patent/EP2100020B1/en
Not-in-force legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/20Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils
    • F02D41/2096Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils for controlling piezoelectric injectors
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/20Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils
    • F02D2041/202Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils characterised by the control of the circuit
    • F02D2041/2051Output 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 operating an injection valve, in particular a fuel injection valve of an internal combustion engine of a motor vehicle, wherein the injection valve has a piezoelectric actuator for driving a with the actuator, preferably hydraulically coupled valve needle.
  • WO 2005/026516 is a method for operating an injection valve, in particular a fuel injection valve of an internal combustion engine, known.
  • This piezoelectric actuator has a switching valve, via which the movement of the valve needle is controlled.
  • the actuator voltage increases and the piezoelectric actuator changes its length. If the voltage reaches the value Uab, the charging process of the piezo actuator is terminated. Due to electrical effects, the voltage at the piezoelectric actuator still slightly increases to the value Umax. After reaching the value U max , the voltage drops to an undefined value. This waste is due to hydraulic effects. Subsequently, the piezoelectric actuator slowly discharges until it has reached the voltage U rule . The difference in voltage between the end of the charging process and the end of the injection process is regulated.
  • Injectors and methods of this type are known and usually include presetting an actuator voltage to which the piezoelectric actuator is to be loaded or reloaded to move the valve needle of the injector to a desired position or to put the injector in a desired operating condition , Due to aging effects, in particular of the piezoelectric actuator itself and the mechanical and hydraulic components contained in the injection valve, however, changes in the corresponding electrical or mechanical parameters of the injection valve result, so that, for example, the precise metering of an amount of fuel to be injected using the known methods in the long run is not possible.
  • the actuator starting from a first operating state of the injector corresponding output voltage by a predetermined voltage swing reloaded to a second operating state of the injector corresponding target voltage, d. H. charged or discharged, will. It was recognized that the valve needle during the opening of the injection valve and before reaching a Nadelhubanschlags corresponding to a fully open state of the injection valve, a reaction on the actuator exerts, which increases the actuator voltage by a reaction voltage. It is advantageously provided that the voltage swing is selected so that there is a desired feedback voltage.
  • valve needle The reaction of the valve needle to the actuator is caused by the fact that the valve needle, after one end of the energization of the actuator, initially moves toward the actuator and exerts a corresponding force on the actuator, which is essentially at rest after the end of the energization piezoelectric effect corresponding to the feedback voltage leads.
  • the specification according to the invention of the voltage lift used to open the injection valve allows a conclusion on the voltage stroke corresponding Aktorhub and thus also on the traversed by the valve needle path during the opening process of the injector or during the energization of the actuator.
  • valve needle With a relatively large voltage swing used for discharging the actuator or for opening the injection valve, the valve needle has already covered a corresponding, relatively large path away from its valve seat on its Nadelhubanschlag during actuation of the actuator, so that they subsequently only a relatively small way must travel back to their Nadelhubanschlag and this causes a correspondingly relatively low feedback voltage. With a comparatively small selected voltage stroke for the opening process of the injection valve, the valve needle accordingly has a longer path up to its needle stroke stop after the end of the energization, so that a comparatively large reaction voltage also occurs.
  • the inventive method can also be advantageously used to equalize the time of reaching the respective Nadelhubanschlags by the valve needles of a plurality of injectors to adjust their injection behavior or the injected through them fluid quantities to each other.
  • an actuator stroke caused by the piezoelectric actuator is approximately proportional to a corresponding voltage swing of the actuator voltage, regardless of aging effects of the piezoelectric actuator or, for example, a temperature-related change in the electrical capacitance of the piezoelectric actuator.
  • the actuator can be reloaded in a predefinable recharging time with a charge-dependent charging current. This ensures that the same predefinable recharging time is required for each transshipment, while the Umladestrom required for reloading the actuator can be selected accordingly.
  • a multiplicity of possible movement profiles of the valve needle during the transfer from a first operating state to a second operating state can be advantageously set. For example, hereby also characteristic working or lifting positions of the valve needle can be regulated or even equalized among several injection valves.
  • the voltage stroke is selected such that the valve needle reaches the valve seat and / or a needle stroke stop, when the current supply to the actuator is terminated.
  • the voltage swing for driving the actuator is selected so that an amount of the first time derivative of the actuator voltage is minimal between one end of the current supply of the actuator and a first change of sign of the first time derivative of the actuator voltage since the end of the energization of the actuator, the above described configuration in which the achievement of a valve seat or the Nadelhubanschlags takes place simultaneously with the end of the energization of the actuator, particularly precisely realized.
  • a recharging time which is required for the transfer of the injection valve from its open state to its closed state, regulated, thereby ensuring a precise adherence to the recharging even with changing properties of the injection valve and the piezoelectric actuator is.
  • the recharging time of a further variant of the invention can be selected as a function of a desired closing time, within which the valve needle moves from an initial position to its valve seat.
  • the regulation of the voltage stroke according to the invention is preferably carried out for each operating cycle of the injection valve, so that a particularly high accuracy in the control is achieved. Also, the above-mentioned recharging time can be controlled according to the invention advantageously for each operating cycle of the injector.
  • the regulation of the feedback voltage and / or the regulation of the first time derivative of the actuator voltage between one end of the current supply of the actuator and a first change of sign of the first time derivative of the actuator voltage since the end of energization of the actuator and / or the control of the closing time is carried out according to the invention advantageously in every n-th operating cycle of the injector, where n> 1, so that corresponding steps of the respective control method not in each Operating cycle of the injector must be performed, which in particular resources of the control method exporting processing unit can be spared, which is integrated, for example, in a control valve controlling the injection valve.
  • the computer program may be stored, for example, on an electronic storage medium, wherein the storage medium in turn may be contained for example in the control unit.
  • FIG. 1 a fuel injection valve 10 designed as an injection valve of an internal combustion engine of a motor vehicle is shown, which is provided with a piezoelectric actuator 12.
  • the piezoelectric actuator 12 is as in FIG. 1 indicated by the arrow driven by a control unit 20.
  • the fuel injection valve 10 has a valve needle 13, which can sit on a valve seat 14 a in the interior of the housing of the fuel injection valve 10.
  • a fully opened state of the fuel injection valve 10 is characterized in that the valve needle 13 is arranged on a needle stroke stop arranged in the region 14b and not shown, which prevents further movement of the valve needle 13 away from its valve seat 14a, ie towards the actuator 12 , If the valve needle 13 is seated on the valve seat 14a, the fuel injection valve 10 is closed. That is, the whole, according to the picture FIG. 1 vertically extending stroke, which the valve needle 13 can travel, is limited on the one hand by the valve seat 14a (closed position) and on the other hand by the Nadelhubanschlag in the area 14b (opening position).
  • the transition from the closed to the open state is effected by means of the piezoelectric actuator 12.
  • a voltage referred to below as the actuator voltage U is applied to the actuator 12, which causes a change in length of a arranged in the actuator 12 piezo stack, which in turn is used to open or close the fuel injection valve 10.
  • the fuel injection valve 10 further includes a hydraulic coupler 15.
  • the hydraulic coupler 15 is disposed within the fuel injection valve 10 and has a coupler housing 16 in which two pistons 17, 18 are guided.
  • the piston 17 is connected to the actuator 12 and the piston 18 is connected to the valve needle 13.
  • a volume 19 is included, which accomplishes the transmission of the force exerted by the actuator 12 on the valve needle 13.
  • the coupler 15 is surrounded by pressurized fuel 11.
  • the volume 19 is also filled with fuel. Via the guide gaps between the two pistons 17, 18 and the coupler housing 16, the volume 19 can be adapted over a longer period of time to the respectively existing length of the actuator 12. For short-term changes in the length of the actuator 12, however, the volume 19 remains virtually unchanged and the change in the length of the actuator 12 is transmitted to the valve needle 13.
  • FIG. 2a schematically shows the time course of the actuator voltage U for driving the piezoelectric actuator 12 of the injection valve 10 from FIG. 1 again.
  • the actuator voltage U is lowered from the time t 0 in the context of the inventive method, starting from an output voltage U 0 by a symbolized by the double arrow ⁇ U voltage swing to a corresponding target voltage U 1 , as well as from FIG. 2a can be seen at the time t 1 on the piezoelectric actuator 12 (FIG. FIG. 1 ) is present.
  • the time t 1 is also not one FIG. 2a apparent energization of the actuator 12, that is, an actuation of the actuator 12 with a voltage swing ⁇ U corresponding discharge current set.
  • the valve needle 13 continues to move towards its needle stroke stop 14 b located in the region of the coupler housing 16 and in this case exerts a corresponding force on the piezoelectric actuator 12.
  • This force is metrologically detected by the hereinafter also referred to as feedback voltage voltage .DELTA.U R , which is superimposed on the actual actuator voltage U of the actuator 12 and this changed.
  • the valve needle 13 has reached its Nadelhubanschlag 14 b and thus assumed its rest position corresponding to a fully open state of the injection valve 10. Accordingly, the valve needle 13 now exerts no further pressure on the actuator 12, and it turns from the time t 2 which is also referred to as the plateau voltage substantially time constant voltage U p .
  • the piezoelectric actuator 12 is driven again, in particular charged by a corresponding charging current, so that up to the time t 5, the actuator voltage U increases again to the value of the output voltage U 0 .
  • the actuator 12 undergoes the length change already described above, which moves the valve needle 13 from its rest position on the Nadelhubanschlag 14b again to its valve seat 14a, whereby the closed position of the injector 10 and its closed operating state is characterized.
  • the injection valve is ready for a new operating cycle.
  • FIG. 2b additionally shows a metrologically recorded, to the schematic representation FIG. 2a Comparable, time course of the actuator voltage U of the actuator 12 together with a time course of the charge / discharge current I, with which the actuator 12 during the intervals (t 0 ; t 1 ) or (t 3 ; t 5 ) ( FIG. 1 ) is applied.
  • a Hubverlauf h, ie the actually traversed by the valve needle 13 way is off FIG. 2b also visible.
  • the reloading of the actuator 12 according to the invention by triggering with a predefinable voltage swing .DELTA.U ( FIG. 2a ) or a corresponding charge-reversal l allows a particularly precise control of the valve needle 13 and thus, for example, a particularly precise metering of fuel through the injection valve 10.
  • a control method is used to implement the voltage to be applied during the discharge of the actuator 12 voltage ⁇ U, in which a Discharge current I E as a function of the voltage to be set ⁇ U should be set.
  • a corresponding controller structure is shown schematically in FIG FIG. 4a played.
  • the first part of R1 in FIG. 4a illustrated regulator receives as a target size to be set voltage deviation .DELTA.U soll , which is processed in a subtractor not specified in detail together with the actually occurring voltage swing .DELTA.U is to a corresponding control difference.
  • This control difference is fed to a function block 30, which may for example be formed as a characteristic curve and a transformation of the control difference in a discharge current I E , with which the piezoelectric actuator 12 is to be controlled in a subsequent control cycle to the control difference ⁇ U soll - ⁇ U is to minimize.
  • the discharge current I E is supplied to a function block representing the injection valve 10, and the quantities actuator voltage U and actuator current I resulting from the triggering with the discharge current I E , which are measured, for example, by the control unit 20 (FIG. FIG. 1 ), are supplied to an evaluation unit 25, which is preferably also implemented in the control unit 20.
  • the evaluation unit 25 determines, on the one hand, the actual voltage swing .DELTA.U from the measured quantities U, I supplied to it , for example by subtracting the instantaneous actuator voltage U from the output voltage U 0 . On the other hand, the evaluation unit 25 determines from the quantities U, I supplied to it also an actual quantity ⁇ U Rist to be described later.
  • control circuit R1 an efficient control of the desired voltage swing .DELTA.U during a discharging operation of the actuator 12 for opening the injection valve 10 is indicated.
  • a comparable voltage swing .DELTA.U can also be used, for example, to charge the actuator 12, in particular in order to shift the injection valve 10 from an open state to a closed state.
  • the regulator R1 described above can be used.
  • the regulation according to the invention of the voltage swing .DELTA.U always ensures that a desired actuator stroke h is established, independently of aging effects of the piezoelectric actuator 12 and / or of the further components of the injection valve 10.
  • the operating method according to the invention in addition to the above-described control of the voltage .DELTA.U also provides a regulation of the feedback voltage .DELTA.U R before.
  • the inventive specification of the voltage ⁇ U is - in addition to the defined reloading of the actuator 12 - advantageously determines which way the valve needle 13, starting from its closed position on the valve seat 14a during the intended for discharging Bestromungszeit t 0 to t 1 ( FIG. 2a ) covers. At the same time, this also defines the remaining path of the valve needle 13 as far as its needle stroke stop 14b, which it covers in the time t 1 to t 2 .
  • a regulation of the opening time t 2 -t 0 is by the invention, also in FIG. 4a illustrated additional loop R2 allows.
  • a set value ⁇ U Rsoll is set, which determines the desired feedback voltage ⁇ U R and, accordingly, also influences the time difference t 2 -t 1 and thus also t 2 itself.
  • a corresponding control difference ⁇ U Rsoll - ⁇ U Rist for the feedback voltage is again formed, which is fed to a function block 31 and thereby transformed into a corresponding desired value for the voltage deviation ⁇ U to be set according to the invention.
  • imaged inventive control circuits R1, R2 allows by their interaction the specification of the opening time t 2 -t 0 corresponding feedback voltage corresponding to the manner described above with a corresponding voltage swing .DELTA.U for the discharge of the actuator 12.
  • FIG. 3a gives a timing of the actuator voltage U for the actuator 12 in the time range between about t 1 and t 2 FIG. 2a again.
  • the in FIG. 3a The time designated by the reference symbol t BE indicates the end of a current supply of the actuator 12 and thus corresponds to the in FIG. 2a with the reference numeral t 1 designated time.
  • the first change in sign of the first time derivative U ⁇ of the actuator voltage U occurring after the lighting end t BE is evaluated and interpreted as a characteristic for the reaching of the needle stroke stop 14b by the valve needle 13, so that the time t 2 according to FIG FIG. 2a can be determined.
  • This first sign change of the first time derivative U ⁇ occurs in the scenario according to FIG. 3a at the time t VZW on.
  • a recharging time which is required for the transfer of the injection valve 10 from its open state into its closed state, is regulated.
  • the reloading time is out FIG. 2a as a time difference between the times t 3 and t 5 visible.
  • the inventive regulation of the recharging time allows a particularly precise closing of the injection valve 10 and can be advantageous by the in FIG. 4b imaged controller structure can be implemented.
  • a corresponding setpoint ⁇ t 35soll for this reloading time is the in FIG. 4b shown controller R3 and processed together with a corresponding, determined by the evaluation unit 25 actual size .DELTA.t 35ist processed in a conventional manner to a corresponding control difference, which is supplied to a downstream function block 32.
  • the function block 32 transforms the control difference into a charging current I L , with which the actuator 12 is to be charged during the recharging time t 5 -t 3 in order to maintain the desired recharging time ⁇ t 35soll .
  • I L charging current
  • FIG. 4a described also works in FIG.
  • Charging current I L shown on the injection valve symbolizing function block 10, which actually adjusting variables U, I can be detected in the manner already described by metrology by the evaluation unit 25 and processed.
  • a correction value K which is dependent on the control difference ⁇ U soll - ⁇ U and can be taken into account, for example, by the controller R1 ( FIG . FIG. 4a ).
  • the correction value K advantageously takes into account that the charging time for the reloading of the actuator 12 changes accordingly in the event of an enlarged voltage swing ⁇ U, for example.
  • the actuator 12 At the end t 5 ( FIG. 2a ) of the recharging time, the actuator 12 is charged again to its output voltage U 0 and ready for a renewed operating cycle, ie for a subsequent discharge.
  • valve needle 13 reaches its valve seat 14a during the transfer time t 5 -t 3 already at an earlier time t 4 (FIG. FIG. 1 ), ie the fully closed operating state of the injection valve 10 is already reached after a time subsequently referred to as the closing time t 4 - t 3 .
  • the valve needle 13 likewise exerts an already above in connection with the opening operation or reaching the stroke stop 14b described feedback effect on the actuator 12, which is detected as a change of the first time derivative U ⁇ , ie as a kink, the actuator voltage U.
  • a precise regulation of the actual closing time t 4 -t 3 is achieved according to the invention by presetting a value corresponding to the desired closing time ⁇ t 34soll for the reloading time ⁇ t 35soll . This is done by the likewise in FIG. 4b illustrated regulator R4, the corresponding control deviation .DELTA.t 34soll - .DELTA.t 34 is transformed in a function block 33 in the corresponding setpoint .DELTA.t 35soll for the Umladezeit.
  • Analogous to the controllers R1, R2 may also be the controller R3 preferably in each operating cycle of the injector 10, that is to be active during each charging of the actuator 12, while the controller R4 is preferably active only in each nth charging of the actuator 12.
  • the controller R3 preferably in each operating cycle of the injector 10, that is to be active during each charging of the actuator 12, while the controller R4 is preferably active only in each nth charging of the actuator 12.
  • FIG. 3b shows a detailed view of the time course of the second time derivative Ü of the actuator voltage U of the actuator 12.
  • the evaluation unit 25 of in FIG. 4b The controller structure shown accordingly evaluates the second time derivative Ü, determines the closing time tclose ( FIG. 3b ) and forms from this as in FIG. 4b represented the size At 34 is .
  • FIGS. 5a and 5b represent further time courses of the actuator voltage U, as they can occur during operation of the injection valve 10.
  • a particularly advantageous variant of the operating method according to the invention provides that the voltage swing .DELTA.U is selected such that the first time derivative U.sub.A of the actuator voltage U or the magnitude thereof becomes minimal between an end t BE (FIG. FIG. 3a ) of the energization of the actuator 12th and a first sign change t VZW ( FIG. 3a ) of the first time derivative U ⁇ of the actuator voltage U since the end t BE of the energization of the actuator 12th
  • the inventive method analyzes the first time derivative U ⁇ of the actuator voltage U of the actuator 12 and minimizes them in the time range in question t VZW - t BE , to which the valve needle 13 hits the valve seat 14a and the Nadelhubanschlag 14b.
  • the first time derivative of the actuator voltage U is determined, cf. the size U ⁇ is the regulator R5, R6 off FIG. 6 .
  • the value zero is set as desired value U ⁇ soll, and a corresponding control difference is supplied to the function block 26 of the regulator R6.
  • the function block 26 forms according to the invention a mean value of the control difference of the last example, three past cycles of operation of the injection valve 10. This average value is transformed by the downstream function block 35 in a target value for an inventively adjusted voltage swing .DELTA.U to which the minimization according to the invention of the first time derivative of U of Actuator voltage U causes the end of each reload.
  • a corresponding filtered variable can also be used in the method according to the invention.
  • Analogous to the averaging of the control difference by the function block 26 of the controller R6 can also be used with the controllers R2 ( FIG. 4a ), R4 ( FIG. 4b ) an averaging of the respective control difference may be provided in order to increase the stability of the respective controller.
  • the downstream controllers R1, R3 are preferably designed so that they operate faster than the higher-level controller R2, R4. As already described above, this can be achieved, for example, by a corresponding design of the cycle time for the higher-level controllers R2, R4, which are preferably activated only every nth operating cycle. In the sense of a particularly rapid control by the downstream controllers R1, R3, no averaging of the respective control difference is preferably provided here.
  • the regulators R1, .., R4 can have any suitable characteristic for the above operating purposes, wherein in particular a P (proportional) behavior and / or an I (integral) behavior is considered.
  • the inventive method allows by controlling the voltage .DELTA.U advantageously advantageous, for example, a precise constant holding the voltage .DELTA.U, so that the effects of temperature-induced changes in the properties of the actuator 12, resulting for example during operation, reduced to a fuel quantity actually injected or completely compensated , That is, by the inventive control of the voltage .DELTA.U to a predetermined, preferably constant, value can be achieved in conjunction with a certain corresponding discharge advantageously a temperature compensation of Einspritz stretchenschaften the fuel injection valve 10 and thus the injected fuel quantity.
  • Temperature-related changes of the actuator 12 such as a change in its electrical capacity also affect the Umladezeit .DELTA.t 35soll .
  • the inventive control of the recharge time .DELTA.t 35soll for realizing a temperature compensation, ie, for example, to keep constant a predetermined recharge time .DELTA.t 35soll can be used.
  • the use according to the invention of the voltage swing and the recharging time as a control variable also advantageously avoids the need for direct regulation of the corresponding currents I E , I L , which is disadvantageous due to a usually relatively low accuracy in the metrological detection of the currents.
  • the quantities required for the control according to the invention actuator voltage U and time t can be detected very precisely contrast and allow a correspondingly precise control.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Einspritzventils, insbesondere eines Kraftstoffeinspritzventils einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, wobei das Einspritzventil einen piezoelektrischen Aktor zum Antrieb einer mit dem Aktor, vorzugsweise hydraulisch, gekoppelten Ventilnadel aufweist.The invention relates to a method for operating an injection valve, in particular a fuel injection valve of an internal combustion engine of a motor vehicle, wherein the injection valve has a piezoelectric actuator for driving a with the actuator, preferably hydraulically coupled valve needle.

Aus der WO 2005/026516 ist ein Verfahren zum Betreiben eines Einspritzventils, insbesondere eines Kraftstoffeinspritzventils einer Brennkraftmaschine, bekannt. Dieser Piezoaktor weist ein Schaltventil ein, über den die Bewegung der Ventilnadel gesteuert wird. In einer ersten Phase des Einspritzvorgangs steigt die Aktorspannung an und der Piezoaktor verändert seine Länge. Erreicht die Spannung den Wert Uab wird der Ladevorgang des Piezoaktors beendet. Aufgrund von elektrischen Effekten steigt die Spannung am Piezoaktor noch leicht auf den Wert Umax an. Nach Erreichen des Wertes Umax fällt die Spannung auf einen nicht bezeichnete Wert ab. Dieser Abfall beruht auf hydraulischen Effekten. Anschließend entlädt sich der Piezoaktor langsam, bis er die Spannung URegel erreicht hat. Es wird die Differenz der Spannung zwischen dem Ende des Ladevorgangs und dem Ende des Einspritzvorgangs geregelt.From the WO 2005/026516 is a method for operating an injection valve, in particular a fuel injection valve of an internal combustion engine, known. This piezoelectric actuator has a switching valve, via which the movement of the valve needle is controlled. In a first phase of the injection process, the actuator voltage increases and the piezoelectric actuator changes its length. If the voltage reaches the value Uab, the charging process of the piezo actuator is terminated. Due to electrical effects, the voltage at the piezoelectric actuator still slightly increases to the value Umax. After reaching the value U max , the voltage drops to an undefined value. This waste is due to hydraulic effects. Subsequently, the piezoelectric actuator slowly discharges until it has reached the voltage U rule . The difference in voltage between the end of the charging process and the end of the injection process is regulated.

Einspritzventile und Verfahren dieser Art sind bekannt und umfassen üblicherweise das Vorgeben einer Aktorspannung, auf die der piezoelektrische Aktor auf- bzw. umgeladen werden soll, um die Ventilnadel des Einspritzventils an eine gewünschte Position zu bewegen bzw. um das Einspritzventil in einen gewünschten Betriebszustand zu versetzen. Aufgrund von Alterungseffekten insbesondere des piezoelektrischen Aktors selbst sowie der in dem Einspritzventil enthaltenen mechanischen und hydraulischen Komponenten ergeben sich jedoch Veränderungen der entsprechenden elektrischen bzw. mechanischen Parameter des Einspritzventils, so dass z.B. das präzise Zumessen einer einzuspritzenden Kraftstoffmenge unter Verwendung der bekannten Verfahren auf Dauer nicht möglich ist. Neben diesen Alterungseffekten bewirken insbesondere auch Temperaturschwankungen im Bereich des Einspritzventils eine Änderung der elektrischen Kapazität des piezoelektrischen Aktors, was zu weiteren Ungenauigkeiten bei der Zumessung von Kraftstoff oder sonstiger Fluids durch das Einspritzventil oder generell bei der Positionierung des Aktors führt. Darüber hinaus führen Stückstreuungen zwischen verschiedenen Einspritzventilen, die beispielsweise alle unterschiedlichen Zylindern einer bestimmten Brennkraftmaschine zugeordnet sind, zu zylinderindividuellen Abweichungen bei der Kraftstoffeinspritzung, die ebenfalls unerwünscht sind.Injectors and methods of this type are known and usually include presetting an actuator voltage to which the piezoelectric actuator is to be loaded or reloaded to move the valve needle of the injector to a desired position or to put the injector in a desired operating condition , Due to aging effects, in particular of the piezoelectric actuator itself and the mechanical and hydraulic components contained in the injection valve, however, changes in the corresponding electrical or mechanical parameters of the injection valve result, so that, for example, the precise metering of an amount of fuel to be injected using the known methods in the long run is not possible. In addition to these aging effects, in particular, temperature fluctuations in the region of the injection valve cause a change in the electrical capacity of the piezoelectric actuator, which leads to further inaccuracies in the metering of fuel or other fluids through the injection valve or generally in the positioning of the actuator. In addition, lead piece scatters between different injectors, which are assigned, for example, all the different cylinders of a particular internal combustion engine, to cylinder-individual deviations in the fuel injection, which are also undesirable.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Dementsprechend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass eine gesteigerte Präzision bei der Zumessung eines einzuspritzenden Fluids auch über einen längeren Zeitraum hinweg und zumindest eine teilweise Kompensation von alterungsbedingten Veränderungen des Einspritzventils gegeben ist.Accordingly, it is an object of the present invention to improve a method of the type mentioned in that increased precision in the metering of a fluid to be injected over a longer period of time and at least a partial compensation of aging-related changes of the injection valve is given.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Aktor ausgehend von einer einem ersten Betriebszustand des Einspritzventils entsprechenden Ausgangsspannung um einen vorgebbaren Spannungshub auf eine einem zweiten Betriebszustand des Einspritzventils entsprechende Zielspannung umgeladen, d. h. aufgeladen oder entladen, wird. Dabei wurde erkannt, dass die Ventilnadel während des Öffnens des Einspritzventils und vor dem Erreichen eines Nadelhubanschlags, der einem vollständig geöffneten Zustand des Einspritzventils entspricht, eine Rückwirkung auf den Aktor ausübt, die die Aktorspannung um eine Rückwirkungsspannung erhöht. Dabei ist vorteilhaft vorgesehen, dass der Spannungshub so gewählt wird, dass sich eine gewünschte Rückwirkungsspannung ergibt.This object is achieved in a method of the type mentioned in the present invention that the actuator, starting from a first operating state of the injector corresponding output voltage by a predetermined voltage swing reloaded to a second operating state of the injector corresponding target voltage, d. H. charged or discharged, will. It was recognized that the valve needle during the opening of the injection valve and before reaching a Nadelhubanschlags corresponding to a fully open state of the injection valve, a reaction on the actuator exerts, which increases the actuator voltage by a reaction voltage. It is advantageously provided that the voltage swing is selected so that there is a desired feedback voltage.

Die Rückwirkung der Ventilnadel auf den Aktor wird dadurch verursacht, dass sich die Ventilnadel auch nach einem Ende der Bestromung des Aktors zunächst weiter auf den Aktor zu bewegt und eine entsprechende Kraft auf den - nach dem Bestromungsende im wesentlichen ruhenden - Aktor ausübt, die dem piezoelektrischen Effekt entsprechend zu der Rückwirkungsspannung führt. Die erfindungsgemäße Vorgabe des zur Öffnung des Einspritzventils verwendeten Spannungshubs ermöglicht einen Rückschluss auf den dem Spannungshub entsprechenden Aktorhub und somit auch auf den von der Ventilnadel zurückgelegten Weg während des Öffnungsvorgangs des Einspritzventils bzw. während des Bestromens des Aktors. Bei einem verhältnismäßig großen zum Entladen des Aktors bzw. zum Öffnen des Einspritzventils verwendeten Spannungshub hat die Ventilnadel bereits während der Ansteuerung des Aktors einen entsprechenden, verhältnismäßigen großen Weg weg von ihrem Ventilsitz auf ihren Nadelhubanschlag zurückgelegt, so dass sie nachfolgend nur noch einen verhältnismäßig geringen Weg bis zu ihrem Nadelhubanschlag zurücklegen muss und hierbei eine dementsprechend verhältnismäßig geringe Rückwirkungsspannung bewirkt. Bei einem vergleichsweise klein gewählten Spannungshub für den Öffnungsvorgang des Einspritzventils ergibt sich dementsprechend für die Ventilnadel ein größerer Weg bis zu ihrem Nadelhubanschlag nach dem Bestromungsende, so dass auch eine vergleichsweise große Rückwirkungsspannung auftritt. Durch die erfindungsgemäße entsprechende Wahl des Spannungshubs ist es demnach vorteilhaft möglich, den nach dem Bestromungsende verbleibenden Weg der Ventilnadel bis zu ihrem Nadelhubanschlag und damit auch den Zeitpunkt des Auftreffens der Ventilnadel auf den Nadelhubanschlag festzulegen, wodurch beispielsweise auch über mehrere Betriebszyklen des Einspritzventils hinweg bzw. sogar über die gesamte Betriebsdauer eine präzise Einspritzung von Kraftstoff realisierbar ist. Das erfindungsgemäße Verfahren kann ferner vorteilhaft dazu verwendet werden, den Zeitpunkt des Erreichens des jeweiligen Nadelhubanschlags durch die Ventilnadeln mehrerer Einspritzventile gleichzustellen, um deren Einspritzverhalten bzw. die durch sie eingespritzten Fluidmengen einander anzugleichen.The reaction of the valve needle to the actuator is caused by the fact that the valve needle, after one end of the energization of the actuator, initially moves toward the actuator and exerts a corresponding force on the actuator, which is essentially at rest after the end of the energization piezoelectric effect corresponding to the feedback voltage leads. The specification according to the invention of the voltage lift used to open the injection valve allows a conclusion on the voltage stroke corresponding Aktorhub and thus also on the traversed by the valve needle path during the opening process of the injector or during the energization of the actuator. With a relatively large voltage swing used for discharging the actuator or for opening the injection valve, the valve needle has already covered a corresponding, relatively large path away from its valve seat on its Nadelhubanschlag during actuation of the actuator, so that they subsequently only a relatively small way must travel back to their Nadelhubanschlag and this causes a correspondingly relatively low feedback voltage. With a comparatively small selected voltage stroke for the opening process of the injection valve, the valve needle accordingly has a longer path up to its needle stroke stop after the end of the energization, so that a comparatively large reaction voltage also occurs. Due to the corresponding choice of the voltage stroke according to the invention, it is therefore advantageously possible to determine the remaining after the Bestromungsende path of the valve needle to her Nadelhubanschlag and thus the timing of impact of the valve needle on the Nadelhubanschlag, which, for example, over several operating cycles of the injector away or. even over the entire operating time a precise injection of fuel is feasible. The inventive method can also be advantageously used to equalize the time of reaching the respective Nadelhubanschlags by the valve needles of a plurality of injectors to adjust their injection behavior or the injected through them fluid quantities to each other.

Durch die entsprechende Auswahl der Rückwirkungsspannung und der Vorgabe eines entsprechenden Spannungshubs ist es vorteilhaft beispielsweise möglich, eine vorgebbare Zeit für den gesamten Öffnungsvorgang des Einspritzventils vorzugeben.By appropriate selection of the feedback voltage and the specification of a corresponding voltage stroke, it is advantageously possible, for example, to specify a predeterminable time for the entire opening process of the injection valve.

Im Gegensatz zu der herkömmlichen Ansteuerung piezoelektrischer Aktoren von Einspritzventilen, bei der ein einzustellender absoluter Spannungswert fest vorgegeben wird, ermöglicht die erfindungsgemäße Berücksichtigung des Spannungshubs, d. h. der Spannungsdifferenz zwischen einer Ausgangsspannung und der Zielspannung für den Aktor eine besonders präzise Einstellung eines gewünschten Betriebszustands des Einspritzventils insbesondere auch bei sich ändernden Eigenschaften des Einspritzventils bzw. dessen Komponenten. Erfindungsgemäß ist erkannt worden, dass ein von dem piezoelektrischen Aktor bewirkter Aktorhub näherungsweise proportional zu einem entsprechenden Spannungshub der Aktorspannung ist, unabhängig von Alterungseffekten des piezoelektrischen Aktors oder beispielsweise einer temperaturbedingten Änderung der elektrischen Kapazität des piezoelektrischen Aktors. Durch eine entsprechende Regelung des einem gewünschten Betriebszustand entsprechenden Spannungshubs kann demgemäß eine besonders präzise Ansteuerung des piezoelektrischen Aktors und damit ein präzises Erreichen des gewünschten Betriebszustands für das Einspritzventil erfolgen.In contrast to the conventional activation of piezoelectric actuators of injection valves, in which an absolute voltage value to be set is fixed, the inventive consideration of the voltage swing, ie the voltage difference between an output voltage and the target voltage for the actuator a particularly precise adjustment of a desired operating state of the injector, in particular with changing properties of the injector or its components. According to the invention, it has been recognized that an actuator stroke caused by the piezoelectric actuator is approximately proportional to a corresponding voltage swing of the actuator voltage, regardless of aging effects of the piezoelectric actuator or, for example, a temperature-related change in the electrical capacitance of the piezoelectric actuator. By a corresponding regulation of the voltage level corresponding to a desired operating state, accordingly, a particularly precise control of the piezoelectric actuator and thus a precise achievement of the desired operating state for the injection valve can take place.

Besonders vorteilhaft kann der Aktor einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zufolge in einer vorgebbaren Umladezeit mit einem von dem Spannungshub abhängigen Umladestrom umgeladen werden. Dadurch ist sichergestellt, dass für jeden Umladevorgang dieselbe vorgebbare Umladezeit benötigt wird, während der zum Umladen des Aktors erforderliche Umladestrom entsprechend gewählt werden kann. Durch eine Variation des Umladestroms während des Umladevorgangs kann ferner vorteilhaft eine Vielzahl von möglichen Bewegungsprofilen der Ventilnadel bei der Überführung von einem ersten Betriebszustand in einen zweiten Betriebszustand eingestellt werden. Beispielsweise können hiermit auch charakteristische Arbeits- bzw. Hubpositionen der Ventilnadel eingeregelt oder sogar unter mehreren Einspritzventilen gleichgestellt werden.Particularly advantageously, according to a further embodiment of the method according to the invention, the actuator can be reloaded in a predefinable recharging time with a charge-dependent charging current. This ensures that the same predefinable recharging time is required for each transshipment, while the Umladestrom required for reloading the actuator can be selected accordingly. By varying the recharging current during the reloading operation, a multiplicity of possible movement profiles of the valve needle during the transfer from a first operating state to a second operating state can be advantageously set. For example, hereby also characteristic working or lifting positions of the valve needle can be regulated or even equalized among several injection valves.

Bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei der die Ventilnadel in dem ersten Betriebszustand so auf einem Ventilsitz ruht, dass das Einspritzventil geschlossen ist, und bei der der Aktor bei der Ausgangsspannung eine erste Länge aufweist, ist vorgesehen, dass der Aktor um den vorgebbaren Spannungshub auf die Zielspannung entladen wird, wobei er sich auf eine zweite Länge, die kleiner ist als die erste Länge, verkürzt, um das Einspritzventil von seinem geschlossenen Zustand in seinen geöffneten Zustand zu überführen.In a further embodiment of the method according to the invention, in which the valve needle rests on a valve seat in the first operating state, that the injection valve is closed, and in which the actuator at the output voltage has a first length, it is provided that the actuator to the predeterminable Voltage stroke is discharged to the target voltage, wherein it is shortened to a second length which is smaller than the first length, to convert the injection valve from its closed state to its open state.

Bei einer weiteren, ganz besonders vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass der Spannungshub so gewählt ist, dass die Ventilnadel den Ventilsitz und/oder einen/den Nadelhubanschlag erreicht, wenn die Bestromung des Aktors beendet wird. Erfindungsgemäß ist erkannt worden, dass bei einer derartigen Konfiguration keine wesentliche Rückwirkung der Ventilnadel auf den Aktor eintritt, so dass beispielsweise die vorstehend beschriebenen Auswirkungen der Rückwirkungsspannung vorteilhaft nicht betrachten werden müssen, wodurch sich eine weitere Steigerung der Präzision bei der Ansteuerung des Aktors ergibt. Insbesondere ergibt sich bei verschwindender Rückwirkungsspannung auch ein größerer, zur Ansteuerung des Aktors verwendbarer Spannungsbereich, d.h. ein größerer effektiv nutzbarer Spannungshub.In a further, particularly advantageous embodiment of the method according to the invention, it is provided that the voltage stroke is selected such that the valve needle reaches the valve seat and / or a needle stroke stop, when the current supply to the actuator is terminated. According to the invention, it has been recognized that in such a configuration, there is no significant reaction of the valve needle to the actuator, so that, for example, the above-described effects of the feedback voltage need not be considered advantageous, resulting in a further increase in the precision in the control of the actuator. In particular, when the feedback voltage disappears, a larger voltage range which can be used to control the actuator, ie a larger effective voltage swing, also results.

Wenn der Spannungshub zur Ansteuerung des Aktors so gewählt ist, dass ein Betrag der ersten zeitlichen Ableitung der Aktorspannung minimal wird zwischen einem Ende der Bestromung des Aktors und einem ersten Vorzeichenwechsel der ersten zeitlichen Ableitung der Aktorspannung seit dem Ende der Bestromung des Aktors, ist die vorstehend beschriebene Konfiguration, bei der die Erreichung eines Ventilsitzes bzw. des Nadelhubanschlags gleichzeitig mit dem Ende der Bestromung des Aktors erfolgt, besonders präzise realisierbar.If the voltage swing for driving the actuator is selected so that an amount of the first time derivative of the actuator voltage is minimal between one end of the current supply of the actuator and a first change of sign of the first time derivative of the actuator voltage since the end of the energization of the actuator, the above described configuration in which the achievement of a valve seat or the Nadelhubanschlags takes place simultaneously with the end of the energization of the actuator, particularly precisely realized.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Umladezeit, die für das Überführen des Einspritzventils von seinem geöffneten Zustand in seinen geschlossenen Zustand erforderlich ist, geregelt, wodurch eine präzise Einhaltung der Umladezeit auch bei sich ändernden Eigenschaften des Einspritzventils bzw. des piezoelektrischen Aktors sichergestellt ist.In a further advantageous embodiment of the method according to the invention, a recharging time, which is required for the transfer of the injection valve from its open state to its closed state, regulated, thereby ensuring a precise adherence to the recharging even with changing properties of the injection valve and the piezoelectric actuator is.

Besonders vorteilhaft kann die Umladezeit einer weiteren Erfindungsvariante zufolge in Abhängigkeit einer gewünschten Schließzeit gewählt werden, innerhalb der sich die Ventilnadel von einer Ausgangsposition auf ihren Ventilsitz zu bewegt.Particularly advantageously, the recharging time of a further variant of the invention can be selected as a function of a desired closing time, within which the valve needle moves from an initial position to its valve seat.

Die erfindungsgemäße Regelung des Spannungshubs wird vorzugsweise für jeden Betriebszyklus des Einspritzventils vorgenommen, so dass eine besonders hohe Genauigkeit bei der Regelung erzielt wird. Auch die vorstehend erwähnte Umladezeit kann erfindungsgemäß vorteilhaft für jeden Betriebszyklus des Einspritzventils geregelt werden.The regulation of the voltage stroke according to the invention is preferably carried out for each operating cycle of the injection valve, so that a particularly high accuracy in the control is achieved. Also, the above-mentioned recharging time can be controlled according to the invention advantageously for each operating cycle of the injector.

Die Regelung der Rückwirkungsspannung und/oder die Regelung der ersten zeitlichen Ableitung der Aktorspannung zwischen einem Ende der Bestromung des Aktors und einem ersten Vorzeichenwechsel der ersten zeitlichen Ableitung der Aktorspannung seit dem Ende der Bestromung des Aktors und/oder die Regelung der Schließzeit erfolgt erfindungsgemäß vorteilhaft in jedem n-ten Betriebszyklus des Einspritzventils, wobei n > 1, so dass entsprechende Schritte der betreffenden Regelungsverfahren nicht in jedem Betriebszyklus des Einspritzventils ausgeführt werden müssen, wodurch insbesondere Ressourcen einer das Regelungsverfahren ausführenden Recheneinheit geschont werden, die beispielsweise in einem das Einspritzventil steuernden Steuergerät integriert ist.The regulation of the feedback voltage and / or the regulation of the first time derivative of the actuator voltage between one end of the current supply of the actuator and a first change of sign of the first time derivative of the actuator voltage since the end of energization of the actuator and / or the control of the closing time is carried out according to the invention advantageously in every n-th operating cycle of the injector, where n> 1, so that corresponding steps of the respective control method not in each Operating cycle of the injector must be performed, which in particular resources of the control method exporting processing unit can be spared, which is integrated, for example, in a control valve controlling the injection valve.

Von besonderer Bedeutung ist die Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens in Form eines Computerprogramms, das auf einem Computer beziehungsweise einer Recheneinheit eines Steuergeräts ablauffähig und zur Ausführung des Verfahrens geeignet ist. Das Computerprogramm kann beispielsweise auf einem elektronischen Speichermedium abgespeichert sein, wobei das Speichermedium seinerseits zum Beispiel in dem Steuergerät enthalten sein kann.Of particular importance is the realization of the method according to the invention in the form of a computer program executable on a computer or a computer unit of a control unit and suitable for carrying out the method. The computer program may be stored, for example, on an electronic storage medium, wherein the storage medium in turn may be contained for example in the control unit.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.Further advantages, features and details will become apparent from the following description in which, with reference to the drawings, various embodiments of the invention are shown. The features mentioned in the claims and in the description may each be essential to the invention individually or in any desired combination.

Kurze Beschreibung der ZeichnungShort description of the drawing

In der Zeichnung zeigt:

Figur 1
eine schematische Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines Kraftstoffeinspritzventils zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
Figur 2a
schematisch einen zeitlichen Verlauf einer Aktorspannung eines piezoelektrischen Aktors des Kraftstoffeinspritzventils aus Figur 1,
Figur 2b
einen zeitlichen Verlauf der Aktorspannung des piezoelektrischen Aktors zusammen mit einem zeitlichen Verlauf des Ansteuerstroms des piezoelektrischen Aktors und eines entsprechenden Aktorhubs,
Figur 3a
eine Detaildarstellung des zeitlichen Verlaufs der ersten zeitlichen Ableitung der Aktorspannung des piezoelektrischen Aktors,
Figur 3b
eine Detaildarstellung des zeitlichen Verlaufs der zweiten zeitlichen Ableitung der Aktorspannung des piezoelektrischen Aktors,
Figur 4a
schematisch ein Funktionsdiagramm einer Reglerstruktur zur Implementierung einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens,
Figur 4b
schematisch ein Funktionsdiagramm einer Reglerstruktur zur Implementierung einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens,
Figur 5a bis 5c
jeweils weitere Beispiele für einen zeitlichen Verlauf der Aktorspannung des piezoelektrischen Aktors, und
Figur 6
schematisch ein Funktionsdiagramm einer weiteren Reglerstruktur einer dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
In the drawing shows:
FIG. 1
FIG. 2 is a schematic sectional view of an exemplary embodiment of a fuel injection valve for carrying out the method according to the invention, FIG.
FIG. 2a
schematically a time course of an actuator voltage of a piezoelectric actuator of the fuel injection valve FIG. 1 .
FIG. 2b
a time profile of the actuator voltage of the piezoelectric actuator together with a time profile of the drive current of the piezoelectric actuator and a corresponding actuator stroke,
FIG. 3a
a detailed representation of the time profile of the first time derivative of the actuator voltage of the piezoelectric actuator,
FIG. 3b
a detailed representation of the time profile of the second time derivative of the actuator voltage of the piezoelectric actuator,
FIG. 4a
1 schematically a functional diagram of a controller structure for implementing a first embodiment of the method according to the invention;
FIG. 4b
1 schematically a functional diagram of a controller structure for implementing a further embodiment of the method according to the invention,
FIGS. 5a to 5c
in each case further examples of a time profile of the actuator voltage of the piezoelectric actuator, and
FIG. 6
schematically a functional diagram of another controller structure of a third embodiment of the method according to the invention.

Ausführungsform(en) der ErfindungEmbodiment (s) of the invention

In der Figur 1 ist ein als Kraftstoffeinspritzventil 10 ausgebildetes Einspritzventil einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs dargestellt, das mit einem piezoelektrischen Aktor 12 versehen ist. Der piezoelektrische Aktor 12 wird wie in Figur 1 durch den Pfeil angedeutet von einem Steuergerät 20 angesteuert. Weiterhin weist das Kraftstoffeinspritzventil 10 eine Ventilnadel 13 auf, die auf einem Ventilsitz 14a im Inneren des Gehäuses des Kraftstoffeinspritzventils 10 aufsitzen kann.In the FIG. 1 a fuel injection valve 10 designed as an injection valve of an internal combustion engine of a motor vehicle is shown, which is provided with a piezoelectric actuator 12. The piezoelectric actuator 12 is as in FIG. 1 indicated by the arrow driven by a control unit 20. Furthermore, the fuel injection valve 10 has a valve needle 13, which can sit on a valve seat 14 a in the interior of the housing of the fuel injection valve 10.

Ist die Ventilnadel 13 von dem Ventilsitz 14a abgehoben, so ist das Kraftstoffeinspritzventil 10 geöffnet und es wird Kraftstoff eingespritzt. Dieser Zustand ist in der Figur 1 dargestellt. Ein vollständig geöffneter Zustand des Kraftstoffeinspritzventils 10 ist dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilnadel 13 an einem in dem Bereich 14b angeordneten und nicht näher dargestellten Nadelhubanschlag anliegt, der eine weitere Bewegung der Ventilnadel 13 weg von ihrem Ventilsitz 14a, d.h. auf den Aktor 12 zu, verhindert. Sitzt die Ventilnadel 13 auf dem Ventilsitz 14a auf, so ist das Kraftstoffeinspritzventil 10 geschlossen. D.h., der gesamte, bei der Abbildung nach Figur 1 vertikal verlaufende, Hubweg, den die Ventilnadel 13 zurücklegen kann, ist einerseits durch den Ventilsitz 14a (Schließposition) und andererseits durch den Nadelhubanschlag in dem Bereich 14b (Öffnungsposition) begrenzt.When the valve needle 13 is lifted from the valve seat 14a, the fuel injection valve 10 is opened and fuel is injected. This condition is in the FIG. 1 shown. A fully opened state of the fuel injection valve 10 is characterized in that the valve needle 13 is arranged on a needle stroke stop arranged in the region 14b and not shown, which prevents further movement of the valve needle 13 away from its valve seat 14a, ie towards the actuator 12 , If the valve needle 13 is seated on the valve seat 14a, the fuel injection valve 10 is closed. That is, the whole, according to the picture FIG. 1 vertically extending stroke, which the valve needle 13 can travel, is limited on the one hand by the valve seat 14a (closed position) and on the other hand by the Nadelhubanschlag in the area 14b (opening position).

Der Übergang von dem geschlossenen in den geöffneten Zustand wird mithilfe des piezoelektrischen Aktors 12 bewirkt. Hierzu wird eine nachfolgend auch als Aktorspannung U bezeichnete elektrische Spannung an den Aktor 12 angelegt, die eine Längenänderung eines in dem Aktor 12 angeordneten Piezostapels hervorruft, welche ihrerseits zum Öffnen beziehungsweise Schließen des Kraftstoffeinspritzventils 10 ausgenutzt wird.The transition from the closed to the open state is effected by means of the piezoelectric actuator 12. For this purpose, a voltage referred to below as the actuator voltage U is applied to the actuator 12, which causes a change in length of a arranged in the actuator 12 piezo stack, which in turn is used to open or close the fuel injection valve 10.

Das Kraftstoffeinspritzventil 10 weist ferner einen hydraulischen Koppler 15 auf. Der hydraulische Koppler 15 ist innerhalb des Kraftstoffeinspritzventils 10 angeordnet und weist ein Kopplergehäuse 16 auf, in dem zwei Kolben 17, 18 geführt sind. Der Kolben 17 ist mit dem Aktor 12 und der Kolben 18 ist mit der Ventilnadel 13 verbunden. Zwischen den beiden Kolben 17, 18 ist ein Volumen 19 eingeschlossen, das die Übertragung der von dem Aktor 12 ausgeübten Kraft auf die Ventilnadel 13 bewerkstelligt.The fuel injection valve 10 further includes a hydraulic coupler 15. The hydraulic coupler 15 is disposed within the fuel injection valve 10 and has a coupler housing 16 in which two pistons 17, 18 are guided. The piston 17 is connected to the actuator 12 and the piston 18 is connected to the valve needle 13. Between the two pistons 17, 18, a volume 19 is included, which accomplishes the transmission of the force exerted by the actuator 12 on the valve needle 13.

Der Koppler 15 ist von unter Druck stehendem Kraftstoff 11 umgeben. Das Volumen 19 ist ebenfalls mit Kraftstoff gefüllt. Über die Führungsspalte zwischen den beiden Kolben 17, 18 und dem Kopplergehäuse 16 kann sich das Volumen 19 über einen längeren Zeitraum hinweg an die jeweils vorhandene Länge des Aktors 12 anpassen. Bei kurzzeitigen Änderungen der Länge des Aktors 12 bleibt das Volumen 19 jedoch nahezu unverändert und die Änderung der Länge des Aktors 12 wird auf die Ventilnadel 13 übertragen.The coupler 15 is surrounded by pressurized fuel 11. The volume 19 is also filled with fuel. Via the guide gaps between the two pistons 17, 18 and the coupler housing 16, the volume 19 can be adapted over a longer period of time to the respectively existing length of the actuator 12. For short-term changes in the length of the actuator 12, however, the volume 19 remains virtually unchanged and the change in the length of the actuator 12 is transmitted to the valve needle 13.

Figur 2a gibt schematisch den zeitlichen Verlauf der Aktorspannung U zur Ansteuerung des piezoelektrischen Aktors 12 des Einspritzventils 10 aus Figur 1 wieder. Wie aus Figur 2a ersichtlich, wird die Aktorspannung U ab dem Zeitpunkt t0 im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgehend von einer Ausgangsspannung U0 um einen durch den Doppelpfeil ΔU symbolisierten Spannungshub auf eine entsprechende Zielspannung U1 abgesenkt, die wie ebenfalls aus Figur 2a ersichtlich, zu dem Zeitpunkt t1 an dem piezoelektrischen Aktor 12 (Figur 1) anliegt. Zu dem Zeitpunkt t1 wird auch eine nicht aus Figur 2a ersichtliche Bestromung des Aktors 12, d. h. eine Beaufschlagung des Aktors 12 mit einem dem Spannungshub ΔU entsprechenden Entladestrom eingestellt. Allerdings bewegt sich zu diesem Zeitpunkt t1 die Ventilnadel 13 weiter auf ihren im Bereich des Kopplergehäuses 16 befindlichen Nadelhubanschlag 14b zu und übt hierbei eine entsprechende Kraft auf den piezoelektrischen Aktor 12 aus. Diese Kraft ist messtechnisch durch die nachfolgend auch als Rückwirkungsspannung bezeichnete Spannung ΔUR erfassbar, die sich der eigentlichen Aktorspannung U des Aktors 12 überlagert und diese damit verändert. Zu dem in Figur 2a dargestellten Zeitpunkt t2 hat die Ventilnadel 13 ihren Nadelhubanschlag 14b erreicht und damit ihre Ruhelage eingenommen, die einem vollständig geöffneten Zustand des Einspritzventils 10 entspricht. Dementsprechend übt die Ventilnadel 13 nun keinen weiteren Druck auf den Aktor 12 aus, und es stellt sich ab dem Zeitpunkt t2 die auch als Plateauspannung bezeichnete im Wesentlichen zeitlich konstante Spannung Up ein. FIG. 2a schematically shows the time course of the actuator voltage U for driving the piezoelectric actuator 12 of the injection valve 10 from FIG. 1 again. How out FIG. 2a can be seen, the actuator voltage U is lowered from the time t 0 in the context of the inventive method, starting from an output voltage U 0 by a symbolized by the double arrow ΔU voltage swing to a corresponding target voltage U 1 , as well as from FIG. 2a can be seen at the time t 1 on the piezoelectric actuator 12 (FIG. FIG. 1 ) is present. At the time t 1 is also not one FIG. 2a apparent energization of the actuator 12, that is, an actuation of the actuator 12 with a voltage swing ΔU corresponding discharge current set. However, at this point in time t 1, the valve needle 13 continues to move towards its needle stroke stop 14 b located in the region of the coupler housing 16 and in this case exerts a corresponding force on the piezoelectric actuator 12. This force is metrologically detected by the hereinafter also referred to as feedback voltage voltage .DELTA.U R , which is superimposed on the actual actuator voltage U of the actuator 12 and this changed. To the in FIG. 2a shown time t 2 , the valve needle 13 has reached its Nadelhubanschlag 14 b and thus assumed its rest position corresponding to a fully open state of the injection valve 10. Accordingly, the valve needle 13 now exerts no further pressure on the actuator 12, and it turns from the time t 2 which is also referred to as the plateau voltage substantially time constant voltage U p .

Ab einem darauffolgenden Zeitpunkt t3 wird der piezoelektrische Aktor 12 erneut angesteuert, insbesondere durch einen entsprechenden Ladestrom aufgeladen, so dass sich bis hin zu dem Zeitpunkt t5 die Aktorspannung U wieder auf den Wert der Ausgangsspannung U0 vergrößert. Während des Aufladens erfährt der Aktor 12 die vorstehend bereits beschriebene Längenänderung, die die Ventilnadel 13 aus ihrer Ruhelage an dem Nadelhubanschlag 14b wiederum auf ihren Ventilsitz 14a zu bewegt, wodurch die Schließposition des Einspritzventils 10 bzw. dessen geschlossener Betriebszustand gekennzeichnet ist. Nach dem Aufladen, d.h. ab dem Zeitpunkt t5 ist das Einspritzventil für einen neuen Betriebszyklus bereit.From a subsequent time t 3 , the piezoelectric actuator 12 is driven again, in particular charged by a corresponding charging current, so that up to the time t 5, the actuator voltage U increases again to the value of the output voltage U 0 . During charging, the actuator 12 undergoes the length change already described above, which moves the valve needle 13 from its rest position on the Nadelhubanschlag 14b again to its valve seat 14a, whereby the closed position of the injector 10 and its closed operating state is characterized. After charging, ie from time t 5 , the injection valve is ready for a new operating cycle.

Figur 2b zeigt ergänzend einen messtechnisch erfassten, zu der schematischen Darstellung aus Figur 2a vergleichbaren, Zeitverlauf der Aktorspannung U des Aktors 12 zusammen mit einem zeitlichen Verlauf des Lade-/Entladestroms I, mit dem der Aktor 12 während der Intervalle (t0; t1) bzw. (t3; t5) (Figur 1) beaufschlagt wird. Ein Hubverlauf h, d. h. der von der Ventilnadel 13 tatsächlich zurückgelegte Weg, ist aus Figur 2b ebenfalls ersichtlich. FIG. 2b additionally shows a metrologically recorded, to the schematic representation FIG. 2a Comparable, time course of the actuator voltage U of the actuator 12 together with a time course of the charge / discharge current I, with which the actuator 12 during the intervals (t 0 ; t 1 ) or (t 3 ; t 5 ) ( FIG. 1 ) is applied. A Hubverlauf h, ie the actually traversed by the valve needle 13 way is off FIG. 2b also visible.

Das erfindungsgemäße Umladen des Aktors 12 durch Ansteuerung mit einem vorgebbaren Spannungshub ΔU (Figur 2a) bzw. einem entsprechenden Umladestrom l ermöglicht eine besonders präzise Ansteuerung der Ventilnadel 13 und damit beispielsweise eine besonders präzise Zumessung von Kraftstoff durch das Einspritzventil 10. Erfindungsgemäß wird zur Realisierung des während des Entladevorgangs des Aktors 12 aufzubringenden Spannungshubs ΔU ein Regelungsverfahren eingesetzt, bei dem ein Entladestrom IE in Abhängigkeit des einzustellenden Spannungshubs ΔUsoll eingestellt wird. Eine entsprechende Reglerstruktur ist schematisch in Figur 4a wiedergegeben.The reloading of the actuator 12 according to the invention by triggering with a predefinable voltage swing .DELTA.U ( FIG. 2a ) or a corresponding charge-reversal l allows a particularly precise control of the valve needle 13 and thus, for example, a particularly precise metering of fuel through the injection valve 10. According to the invention, a control method is used to implement the voltage to be applied during the discharge of the actuator 12 voltage ΔU, in which a Discharge current I E as a function of the voltage to be set ΔU should be set. A corresponding controller structure is shown schematically in FIG FIG. 4a played.

Der erste Teil R1 des in Figur 4a veranschaulichten Reglers erhält als Sollgröße den einzustellenden Spannungshub ΔUsoll, der in einem nicht näher bezeichneten Subtrahierer zusammen mit dem tatsächlich auftretenden Spannungshub ΔUist zu einer entsprechenden Regeldifferenz verarbeitet wird. Diese Regeldifferenz wird einem Funktionsblock 30 zugeführt, der beispielsweise als Kennlinie bzw. Kennfeld ausgebildet sein kann und eine Transformation der Regeldifferenz in einen Entladestrom IE vornimmt, mit dem der piezoelektrische Aktor 12 in einem nachfolgenden Regelzyklus anzusteuern ist, um die Regeldifferenz ΔUsoll-ΔUist zu minimieren. Der Entladestrom IE wird einem das Einspritzventil 10 repräsentierenden Funktionsblock zugeführt, und die sich aus der Ansteuerung mit dem Entladestrom IE ergebenden Größen Aktorspannung U und Aktorstrom I, die beispielsweise messtechnisch von dem Steuergerät 20 (Figur 1) erfasst werden, werden einer vorzugsweise ebenfalls in dem Steuergerät 20 realisierten Auswerteeinheit 25 zugeführt.The first part of R1 in FIG. 4a illustrated regulator receives as a target size to be set voltage deviation .DELTA.U soll , which is processed in a subtractor not specified in detail together with the actually occurring voltage swing .DELTA.U is to a corresponding control difference. This control difference is fed to a function block 30, which may for example be formed as a characteristic curve and a transformation of the control difference in a discharge current I E , with which the piezoelectric actuator 12 is to be controlled in a subsequent control cycle to the control difference ΔU soll -ΔU is to minimize. The discharge current I E is supplied to a function block representing the injection valve 10, and the quantities actuator voltage U and actuator current I resulting from the triggering with the discharge current I E , which are measured, for example, by the control unit 20 (FIG. FIG. 1 ), are supplied to an evaluation unit 25, which is preferably also implemented in the control unit 20.

Die Auswerteeinheit 25 ermittelt einerseits aus den ihr zugeführten messtechnisch erfassten Größen U, I den tatsächlichen Spannungshub ΔUist, beispielsweise durch Subtraktion der momentanen Aktorspannung U von der Ausgangsspannung U0. Andererseits ermittelt die Auswerteeinheit 25 aus den ihr zugeführten Größen U, I auch eine später näher zu beschreibende Istgröße ΔURist.The evaluation unit 25 determines, on the one hand, the actual voltage swing .DELTA.U from the measured quantities U, I supplied to it , for example by subtracting the instantaneous actuator voltage U from the output voltage U 0 . On the other hand, the evaluation unit 25 determines from the quantities U, I supplied to it also an actual quantity ΔU Rist to be described later.

Durch den vorstehend beschriebenen Regelkreis R1 ist eine effiziente Regelung des gewünschten Spannungshubs ΔU während eines Entladevorgangs des Aktors 12 zum Öffnen des Einspritzventils 10 angegeben. Ein vergleichbarer Spannungshub ΔU kann beispielsweise auch zum Aufladen des Aktors 12 eingesetzt werden, insbesondere um das Einspritzventil 10 von einem geöffneten Zustand in einen geschlossenen Zustand zu versetzen. Auch hierbei kann der vorstehend beschriebene Regler R1 zum Einsatz kommen. Durch die erfindungsgemäße Regelung des Spannungshubs ΔU ist stets sichergestellt, dass sich ein gewünschter Aktorhub h einstellt, unabhängig von Alterungseffekten des piezoelektrischen Aktors 12 und/oder der weiteren Komponenten des Einspritzventils 10.By the above-described control circuit R1, an efficient control of the desired voltage swing .DELTA.U during a discharging operation of the actuator 12 for opening the injection valve 10 is indicated. A comparable voltage swing .DELTA.U can also be used, for example, to charge the actuator 12, in particular in order to shift the injection valve 10 from an open state to a closed state. In this case too, the regulator R1 described above can be used. The regulation according to the invention of the voltage swing .DELTA.U always ensures that a desired actuator stroke h is established, independently of aging effects of the piezoelectric actuator 12 and / or of the further components of the injection valve 10.

Da der Zeitpunkt, zu dem die Ventilnadel 13 des Einspritzventils 10 tatsächlich ihren Nadelhubanschlag 14b (Figur 1) erreicht, und der in Figur 2a mit dem Bezugszeichen t2 bezeichnet ist, für eine präzise Steuerung des Betriebs des Einspritzventils 10 besonders interessiert, sieht das erfindungsgemäße Betriebsverfahren neben der vorstehend beschriebenen Regelung des Spannungshubs ΔU auch eine Regelung der Rückwirkungsspannung ΔUR vor.Since the time at which the valve needle 13 of the injection valve 10 actually has its Nadelhubanschlag 14b ( FIG. 1 ), and the in FIG. 2a designated by the reference numeral t 2 , for a precise control of the operation of the injection valve 10 is particularly interested, the operating method according to the invention in addition to the above-described control of the voltage .DELTA.U also provides a regulation of the feedback voltage .DELTA.U R before.

Durch die erfindungsgemäße Vorgabe des Spannungshubs ΔU wird - neben der definierten Umladung des Aktors 12 - vorteilhaft festgelegt, welchen Weg die Ventilnadel 13 ausgehend von ihrer Schließposition auf dem Ventilsitz 14a während der zum Entladen vorgesehenen Bestromungszeit t0 bis t1 (Figur 2a) zurücklegt. Gleichzeitig ist hiermit auch der verbleibende Weg der Ventilnadel 13 bis hin zu ihrem Nadelhubanschlag 14b festgelegt, den sie in der Zeit t1 bis t2 zurücklegt.The inventive specification of the voltage ΔU is - in addition to the defined reloading of the actuator 12 - advantageously determines which way the valve needle 13, starting from its closed position on the valve seat 14a during the intended for discharging Bestromungszeit t 0 to t 1 ( FIG. 2a ) covers. At the same time, this also defines the remaining path of the valve needle 13 as far as its needle stroke stop 14b, which it covers in the time t 1 to t 2 .

Da die Bestromungs- bzw. Umladezeit t1-t0 bekannt und beispielsweise von dem Steuergerät 20 vorgegeben ist, kann auf diese Weise durch die Auswahl des Spannungshubs ΔU auch die gesamte Öffnungszeit t2-t0 eingestellt werden, d.h. die Zeit zwischen dem Beginn der Ansteuerung bei t=t0 und dem Auftreffen der Ventilnadel auf dem Nadelhubanschlag 14b bei t=t2.Since the energizing or recharging time t 1 -t 0 is known and predetermined, for example, by the control unit 20, can be selected in this way by selecting the Spannungshubs .DELTA.U also the total opening time t 2 -t 0 are set, ie the time between the start of the control at t = t 0 and the impact of the valve needle on the Nadelhubanschlag 14b at t = t 2 .

Eine Regelung der Öffnungszeit t2-t0 wird durch den erfindungsgemäßen, ebenfalls in Figur 4a abgebildeten zusätzlichen Regelkreis R2 ermöglicht. Entsprechend einer gewünschten Öffnungszeit t2-t0 wird ein sollwert ΔU Rsoll vorgegeben, der die gewünschte Rückwirkungsspannung ΔUR bestimmt und dementsprechend auch die Zeitdifferenz t2-t1 und damit auch t2 selbst beeinflusst. Zusammen mit der wie vorstehend bereits beschrieben durch die Auswerteeinheit 25 erhaltenen Istgröße ΔURist wird wiederum eine entsprechende Regeldifferenz ΔURsoll - ΔURist für die Rückwirkungsspannung gebildet, die einem Funktionsblock 31 zugeführt und hierdurch in einen entsprechenden Sollwert für den erfindungsgemäß einzustellenden Spannungshub ΔU transformiert wird.A regulation of the opening time t 2 -t 0 is by the invention, also in FIG. 4a illustrated additional loop R2 allows. In accordance with a desired opening time t 2 -t 0 , a set value ΔU Rsoll is set, which determines the desired feedback voltage ΔU R and, accordingly, also influences the time difference t 2 -t 1 and thus also t 2 itself. Together with the actual quantity ΔU Rist obtained as already described above by the evaluation unit 25, a corresponding control difference ΔU Rsoll -ΔU Rist for the feedback voltage is again formed, which is fed to a function block 31 and thereby transformed into a corresponding desired value for the voltage deviation ΔU to be set according to the invention.

D. h., die Kombination der in Figur 4a abgebildeten erfindungsgemäßen Regelkreise R1, R2 ermöglicht durch ihr Zusammenwirken die Vorgabe einer der Öffnungszeit t2-t0 entsprechenden Rückwirkungsspannung, die auf die vorstehend beschriebene Weise mit einem entsprechenden Spannungshub ΔU für das Entladen des Aktors 12 korrespondiert.That is, the combination of in FIG. 4a imaged inventive control circuits R1, R2 allows by their interaction the specification of the opening time t 2 -t 0 corresponding feedback voltage corresponding to the manner described above with a corresponding voltage swing .DELTA.U for the discharge of the actuator 12.

Die Detailansicht aus Figur 3a gibt einen zeitlichen Verlauf der Aktorspannung U für den Aktor 12 in dem Zeitbereich zwischen etwa t1 und t2 aus Figur 2a wieder. Der in Figur 3a mit dem Bezugszeichen tBE bezeichnete Zeitpunkt gibt das Ende einer Bestromung des Aktors 12 an und entspricht damit dem in Figur 2a mit dem Bezugszeichen t1 bezeichneten Zeitpunkt. Erfindungsgemäß wird der erste nach dem Bestromungsende tBE auftretende Vorzeichenwechsel der ersten zeitlichen Ableitung U̇ der Aktorspannung U ausgewertet und als Merkmal für das Erreichen des Nadelhubanschlags 14b durch die Ventilnadel 13 interpretiert, so dass hierdurch der Zeitpunkt t2 gemäß Figur 2a ermittelbar ist. Dieser erste Vorzeichenwechsel der ersten zeitlichen Ableitung U̇ tritt bei dem Szenario gemäß Figur 3a zu dem Zeitpunkt tVZW auf. Zu diesem Zeitpunkt tVZW (= t2 gemäß Figur 2a) wird erfindungsgemäß die Istgröße für die Rückwirkungsspannung ΔURist, vgl. Figur 4a, ermittelt und zur beschriebenen Regelung eingesetzt. Da die Auswertung der ersten zeitlichen Ableitung U̇ (Figur 3a) der Aktorspannung U rechenintensiver ist als die reine Überwachung der Aktorspannung U durch den Regler R1, wird das in dem Regler R2 (Figur 4a) implementierte Verfahren vorzugsweise nur jeden n-ten Betriebszyklus des Einspritzventils 10 durchgeführt, wobei n > 1, also beispielsweise für n=4 bei jedem vierten Entladevorgang.The detailed view FIG. 3a gives a timing of the actuator voltage U for the actuator 12 in the time range between about t 1 and t 2 FIG. 2a again. The in FIG. 3a The time designated by the reference symbol t BE indicates the end of a current supply of the actuator 12 and thus corresponds to the in FIG. 2a with the reference numeral t 1 designated time. According to the invention, the first change in sign of the first time derivative U̇ of the actuator voltage U occurring after the lighting end t BE is evaluated and interpreted as a characteristic for the reaching of the needle stroke stop 14b by the valve needle 13, so that the time t 2 according to FIG FIG. 2a can be determined. This first sign change of the first time derivative U̇ occurs in the scenario according to FIG. 3a at the time t VZW on. At this time t VZW (= t 2 according to FIG. 2a ) According to the invention the actual size for the feedback voltage ΔU Rist , cf. FIG. 4a , determined and used for the described scheme. Since the evaluation of the first time derivative U̇ ( FIG. 3a ) of the actuator voltage U is more computationally intensive than the mere monitoring of the actuator voltage U by the regulator R1, that in the controller R2 (FIG. FIG. 4a ) implemented method preferably only every n-th operating cycle of the injection valve 10, where n> 1, that is, for example, for n = 4 at every fourth discharge.

Untersuchungen der Anmelderin haben ergeben, dass hierdurch eine hinreichend große Genauigkeit bei der Regelung der gewünschten Rückwirkungsspannung ΔUR gegeben ist, ohne eine unnötig hohe Rechenleistung einer in dem Steuergerät 20 vorgesehenen Recheneinheit, auf der die Regelverfahren der Regler R1, R2 implementiert werden, zu erfordern.Investigations by the Applicant have shown that this gives a sufficiently high accuracy in the regulation of the desired feedback voltage ΔU R , without requiring an unnecessarily high computing power of a computing unit provided in the control unit 20 on which the control methods of the controllers R1, R2 are implemented ,

Neben einer Auswertung der ersten zeitlichen Ableitung U̇ der Aktorspannung U des Aktors 12 kann eine äquivalente Erkennung des Erreichens des Nadelhubanschlags 14b beispielsweise unter Analyse der zweiten zeitlichen Ableitung U̇ der Aktorspannung U oder durch gleichwertige, dem Fachmann bekannte Verfahren erfolgen.In addition to an evaluation of the first time derivative U̇ of the actuator voltage U of the actuator 12, an equivalent detection of reaching the Nadelhubanschlags 14b, for example, under analysis of the second time derivative U̇ of the actuator voltage U or by equivalent, known in the art process.

Bei einer weiteren sehr vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass eine Umladezeit, die für das Überführen des Einspritzventils 10 von seinem geöffneten Zustand in seinen geschlossenen Zustand erforderlich ist, geregelt wird.In a further very advantageous embodiment of the method according to the invention, it is provided that a recharging time, which is required for the transfer of the injection valve 10 from its open state into its closed state, is regulated.

Die betreffende Umladezeit ist aus Figur 2a als Zeitdifferenz zwischen den Zeitpunkten t3 und t5 ersichtlich.The reloading time is out FIG. 2a as a time difference between the times t 3 and t 5 visible.

Die erfindungsgemäße Regelung der Umladezeit ermöglicht ein besonders präzises Schließen des Einspritzventils 10 und kann vorteilhaft durch die in Figur 4b abgebildete Reglerstruktur implementiert werden.The inventive regulation of the recharging time allows a particularly precise closing of the injection valve 10 and can be advantageous by the in FIG. 4b imaged controller structure can be implemented.

Die einzustellende Umladezeit, innerhalb der das Einspritzventil 10 von seinem geöffneten Zustand (Zeitpunkt t3) zu seinem vollständig geschlossenen Zustand (Zeitpunkt t5) überführt werden soll, ist in Figur 2a durch den Doppelpfeil Δt35soll symbolisiert.The Umladezeit to be set, within which the injection valve 10 is to be transferred from its open state (time t 3 ) to its fully closed state (time t 5 ), is in FIG. 2a symbolized by the double arrow Δt 35soll .

Ein entsprechender Sollwert Δt35soll für diese Umladezeit wird dem in Figur 4b abgebildeten Regler R3 zugeführt und zusammen mit einer entsprechenden, durch die Auswerteeinheit 25 ermittelten Istgröße Δt35ist in an sich bekannter Weise zu einer entsprechenden Regeldifferenz verarbeitet, die einem nachgeordneten Funktionsblock 32 zugeführt wird. Der Funktionsblock 32 transformiert die Regeldifferenz in einen Ladestrom IL, mit dem der Aktor 12 während der Umladezeit t5 - t3 aufzuladen ist, um die gewünschte Umladezeit Δt35soll einzuhalten. Wie bereits unter Bezugnahme auf den Regler R1 aus Figur 4a beschrieben, wirkt auch der in Figur 4b dargestellte Ladestrom IL auf den das Einspritzventil symbolisierenden Funktionsblock 10, wobei sich tatsächlich einstellende Größen U, I in bereits beschriebener Weise messtechnisch durch die Auswerteeinheit 25 erfasst und verarbeitet werden können. Zur Verbesserung der Regelgüte des Regelkreises R3 kann bei der Bildung der Regeldifferenz Δt35soll - Δt35ist auch ein Korrekturwert K berücksichtigt werden, der von der Regeldifferenz ΔUsoll - ΔUist abhängt und dementsprechend beispielsweise von dem Regler R1 (Figur 4a) erhalten wird. Der Korrekturwert K berücksichtigt vorteilhaft, dass sich bei einem beispielsweise vergrößerten Spannungshub ΔU dementsprechend auch die Ladezeit für das Umladen des Aktors 12 verändert.A corresponding setpoint Δt 35soll for this reloading time is the in FIG. 4b shown controller R3 and processed together with a corresponding, determined by the evaluation unit 25 actual size .DELTA.t 35ist processed in a conventional manner to a corresponding control difference, which is supplied to a downstream function block 32. The function block 32 transforms the control difference into a charging current I L , with which the actuator 12 is to be charged during the recharging time t 5 -t 3 in order to maintain the desired recharging time Δt 35soll . As already mentioned with reference to the regulator R1 FIG. 4a described, also works in FIG. 4b Charging current I L shown on the injection valve symbolizing function block 10, which actually adjusting variables U, I can be detected in the manner already described by metrology by the evaluation unit 25 and processed. In order to improve the control quality of the control loop R3, a correction value K which is dependent on the control difference ΔU soll -ΔU and can be taken into account, for example, by the controller R1 ( FIG . FIG. 4a ). The correction value K advantageously takes into account that the charging time for the reloading of the actuator 12 changes accordingly in the event of an enlarged voltage swing ΔU, for example.

Zu dem Ende t5 (Figur 2a) der Umladezeit ist der Aktor 12 wieder auf seine Ausgangsspannung U0 aufgeladen und für einen erneuten Betriebszyklus, d. h. für ein nachfolgendes Entladen bereit.At the end t 5 ( FIG. 2a ) of the recharging time, the actuator 12 is charged again to its output voltage U 0 and ready for a renewed operating cycle, ie for a subsequent discharge.

Üblicherweise erreicht die Ventilnadel 13 während der Umladezeit t5 - t3 jedoch bereits zu einem früheren Zeitpunkt t4 ihren Ventilsitz 14a (Figur 1), d. h. der vollständig geschlossene Betriebszustand des Einspritzventils 10 ist bereits nach einer nachfolgend auch als Schließzeit t4 - t3 bezeichneten Zeit erreicht. Bei dem Erreichen des Ventilsitzes 14a übt die Ventilnadel 13 ebenfalls eine bereits vorstehend im Zusammenhang mit dem Öffnungsvorgang bzw. dem Erreichen des Hubanschlags 14b beschriebene Rückwirkung auf den Aktor 12 aus, die als Änderung der ersten zeitlichen Ableitung U̇, d.h. als Knick, der Aktorspannung U, erfassbar ist.Usually, however, the valve needle 13 reaches its valve seat 14a during the transfer time t 5 -t 3 already at an earlier time t 4 (FIG. FIG. 1 ), ie the fully closed operating state of the injection valve 10 is already reached after a time subsequently referred to as the closing time t 4 - t 3 . When the valve seat 14a is reached, the valve needle 13 likewise exerts an already above in connection with the opening operation or reaching the stroke stop 14b described feedback effect on the actuator 12, which is detected as a change of the first time derivative U̇, ie as a kink, the actuator voltage U.

Eine präzise Regelung der tatsächlichen Schließzeit t4 - t3 erfolgt erfindungsgemäß dadurch, dass ein der gewünschten Schließzeit Δt34soll entsprechender Wert für die Umladezeit Δt35soll vorgegeben wird. Dies erfolgt durch den ebenfalls in Figur 4b abgebildeten Regler R4, dessen entsprechende Regeldifferenz Δt34soll - Δt34ist in einem Funktionsblock 33 transformiert wird in den entsprechenden Sollwert Δt35soll für die Umladezeit.A precise regulation of the actual closing time t 4 -t 3 is achieved according to the invention by presetting a value corresponding to the desired closing time Δt 34soll for the reloading time Δt 35soll . This is done by the likewise in FIG. 4b illustrated regulator R4, the corresponding control deviation .DELTA.t 34soll - .DELTA.t 34 is transformed in a function block 33 in the corresponding setpoint .DELTA.t 35soll for the Umladezeit.

Analog zu den Reglern R1, R2 (Figur 4a) kann auch der Regler R3 vorzugsweise in jedem Betriebszyklus des Einspritzventils 10, d. h. bei jedem Ladevorgang des Aktors 12 aktiv sein, während der Regler R4 vorzugsweise nur in jedem n-ten Ladevorgang des Aktors 12 aktiv ist. Dies ist besonders vorteilhaft, weil die erfindungsgemäße Erkennung des Zeitpunkts t4, zu dem die Ventilnadel 13 auf ihren Ventilsitz 14a trifft, auf einer Auswertung der zweiten zeitlichen Ableitung Ü der Aktorspannung U des Aktors 12 basiert und dementsprechend einen größeren Rechenaufwand erfordert als die Verarbeitung der in dem Regler R3 verwendeten Größen U, I.Analogous to the controllers R1, R2 ( FIG. 4a ) may also be the controller R3 preferably in each operating cycle of the injector 10, that is to be active during each charging of the actuator 12, while the controller R4 is preferably active only in each nth charging of the actuator 12. This is particularly advantageous because the detection according to the invention of the time t 4 , to which the valve needle 13 meets its valve seat 14 a based on an evaluation of the second time derivative Ü of the actuator voltage U of the actuator 12 and accordingly requires a greater amount of computation than the processing of Sizes U, I used in controller R3.

Soweit die zeitlichen Ableitungen der Aktorspannung U von der innerhalb der Regler R1, R3 angedeuteten Auswerteeinheit 25 ermittelt werden, findet eine derartige Ermittlung entsprechend nur alle n Betriebszyklen statt, obwohl die Berechnung weiterer, für den Betrieb der Regler R1, R3 erforderlicher Größen wie beschrieben vorzugsweise in jedem Betriebszyklus erfolgt.Insofar as the time derivatives of the actuator voltage U are determined by the evaluation unit 25 indicated within the controllers R1, R3, such a determination takes place correspondingly only every n operating cycles, although the calculation of further variables required for the operation of the controllers R1, R3 is preferably as described takes place in each operating cycle.

Figur 3b zeigt eine Detailansicht des Zeitverlaufs der zweiten zeitlichen Ableitung Ü der Aktorspannung U des Aktors 12. Erfindungsgemäß wird ein lokales Maximum der zweiten zeitlichen Ableitung Ü als Merkmal interpretiert, das den Schließzeitpunkt tschließ (= t4 gemäß Figur 2a) angibt. Figur 3b zeigt das entsprechende lokale Maximum der zweiten zeitlichen Ableitung Ü bei t = tschließ. FIG. 3b shows a detailed view of the time course of the second time derivative Ü of the actuator voltage U of the actuator 12. According to the invention, a local maximum of the second time derivative Ü is interpreted as a feature that closes the closing time t (= t 4 according to FIG FIG. 2a ) indicates. FIG. 3b shows the corresponding local maximum of the second time derivative Ü at t = t closing .

Die Auswerteeinheit 25 der in Figur 4b dargestellten Reglerstruktur wertet dementsprechend die zweite zeitliche Ableitung Ü aus, ermittelt den Schließzeitpunkt tschließ (Figur 3b) und bildet hieraus wie in Figur 4b dargestellt die Größe At34ist.The evaluation unit 25 of in FIG. 4b The controller structure shown accordingly evaluates the second time derivative Ü, determines the closing time tclose ( FIG. 3b ) and forms from this as in FIG. 4b represented the size At 34 is .

Unter Verwendung des erfindungsgemäßen Regelverfahrens für die Umladezeit t5 - t3 während eines Schließvorgangs des Einspritzventils 10 ist eine besonders präzise Einstellung der tatsächlichen Schließzeit t4 - t3 möglich.By using the control method according to the invention for the transfer time t 5 -t 3 during a closing operation of the injection valve 10, a particularly precise adjustment of the actual closing time t 4 -t 3 is possible.

Die Auswertung des tatsächlichen Schließzeitpunkts tschließ gemäß Figur 3b kann alternativ auch durch eine Analyse der ersten zeitlichen Ableitung der Aktorspannung U oder gleichwertige, dem Fachmann bekannte, Maßnahmen erfolgen.The evaluation of the actual closing time t closes according to FIG. 3b Alternatively, an analysis of the first time derivation of the actuator voltage U or equivalent measures known to the person skilled in the art can also be carried out.

Die Figuren 5a und 5b stellen weitere Zeitverläufe der Aktorspannung U dar, wie sie bei dem Betrieb des Einspritzventils 10 auftreten können.The FIGS. 5a and 5b represent further time courses of the actuator voltage U, as they can occur during operation of the injection valve 10.

Aus beiden Figuren 5a, 5b ist ersichtlich, dass während des Entladens des Aktors 12 im Rahmen eines Öffnungsvorgangs des Einspritzventils 10 zu einem Zeitpunkt t7, insbesondere direkt nach dem Zeitpunkt t7, Schwankungen der Aktorspannung U auftreten, die ebenso wie die beschriebene Rückwirkungsspannung aufgrund einer Rückwirkung von Komponenten der Hydraulik bzw. der Ventilnadel 13 auf den Aktor 12 entstehen. Diese Schwankungen der Aktorspannung U sind unerwünscht und werden bei einer weiteren sehr vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens wirksam vermieden.From both FIGS. 5a, 5b It can be seen that during the discharge of the actuator 12 in the context of an opening operation of the injection valve 10 at a time t 7 , in particular directly after the time t 7 , fluctuations of the actuator voltage U occur, as well as the described feedback voltage due to a reaction of components of the hydraulic system or the valve needle 13 on the actuator 12 arise. These fluctuations of the actuator voltage U are undesirable and are effectively avoided in a further very advantageous embodiment of the operating method according to the invention.

Erfindungsgemäß ist erkannt worden, dass die vorstehend beschriebenen Schwankungen der Aktorspannung U ausbleiben, wenn die Ansteuerung des Aktors 12 derart erfolgt, dass die Ventilnadel 13 den Ventilsitz 14a und/oder den Nadelhubanschlag 14b erreicht, wenn die Bestromung des Aktors 12 beendet wird. Um eine derartige Ansteuerung des Aktors 12 zu erzielen, sieht eine besonders vorteilhafte Variante des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens vor, dass der Spannungshub ΔU so gewählt wird, dass die erste zeitliche Ableitung U̇ der Aktorspannung U bzw. deren Betrag minimal wird zwischen einem Ende tBE (Figur 3a) der Bestromung des Aktors 12 und einem ersten Vorzeichenwechsel tVZW (Figur 3a) der ersten zeitlichen Ableitung U̇ der Aktorspannung U seit dem Ende tBE der Bestromung des Aktors 12.According to the invention, it has been recognized that the above-described fluctuations of the actuator voltage U fail to occur when the actuation of the actuator 12 takes place such that the valve needle 13 reaches the valve seat 14a and / or the needle stroke stop 14b when the energization of the actuator 12 is terminated. In order to achieve such a control of the actuator 12, a particularly advantageous variant of the operating method according to the invention provides that the voltage swing .DELTA.U is selected such that the first time derivative U.sub.A of the actuator voltage U or the magnitude thereof becomes minimal between an end t BE (FIG. FIG. 3a ) of the energization of the actuator 12th and a first sign change t VZW ( FIG. 3a ) of the first time derivative U̇ of the actuator voltage U since the end t BE of the energization of the actuator 12th

D. h., das erfindungsgemäße Verfahren analysiert die erste zeitliche Ableitung U̇ der Aktorspannung U des Aktors 12 und minimiert diese in dem fraglichen Zeitbereich tVZW - tBE, zu dem die Ventilnadel 13 auf den Ventilsitz 14a bzw. den Nadelhubanschlag 14b trifft. Ausgehend von einer fest vorgegebenen Lade- bzw. Entladezeit wird beispielsweise jeweils am Ende der Lade-/Entladezeit die erste zeitliche Ableitung der Aktorspannung U ermittelt, vgl. die Größe U̇ist der Regler R5, R6 aus Figur 6. Zur Minimierung der ersten zeitlichen Ableitung U̇ der Aktorspannung U wird als Sollwert U̇ soll der Wert Null vorgegeben, und eine entsprechende Regeldifferenz wird dem Funktionsblock 26 des Reglers R6 zugeführt. Der Funktionsblock 26 bildet erfindungsgemäß einen Mittelwert über der Regeldifferenz der letzten beispielsweise drei zurückliegenden Betriebszyklen des Einspritzventils 10. Dieser Mittelwert wird durch den nachgeordneten Funktionsblock 35 transformiert in einen Sollwert für einen erfindungsgemäß einzustellenden Spannungshub ΔUsoll, der die erfindungsgemäße Minimierung der ersten zeitlichen Ableitung U̇ der Aktorspannung U zum Ende eines jeweiligen Umladevorgangs bewirkt.D. h., The inventive method analyzes the first time derivative U̇ of the actuator voltage U of the actuator 12 and minimizes them in the time range in question t VZW - t BE , to which the valve needle 13 hits the valve seat 14a and the Nadelhubanschlag 14b. Starting from a fixed charge or discharge time, for example, at the end of the charge / discharge time, the first time derivative of the actuator voltage U is determined, cf. the size U̇ is the regulator R5, R6 off FIG. 6 , In order to minimize the first time derivative U̇ of the actuator voltage U, the value zero is set as desired value U̇ soll, and a corresponding control difference is supplied to the function block 26 of the regulator R6. The function block 26 forms according to the invention a mean value of the control difference of the last example, three past cycles of operation of the injection valve 10. This average value is transformed by the downstream function block 35 in a target value for an inventively adjusted voltage swing .DELTA.U to which the minimization according to the invention of the first time derivative of U of Actuator voltage U causes the end of each reload.

Hierdurch ist vorteilhaft sichergestellt, dass innerhalb der fest vorgegebenen Umladezeit, jeweils zu deren Ende, vgl. den Zeitpunkt t7 aus den Figuren 5a, 5b, 5c, einerseits sowohl die Bestromung des Aktors 12 beendet wird und andererseits die Ventilnadel 13 das jeweilige, ihren Hubweg begrenzende Element 14a, 14b kontaktiert.In this way, it is advantageously ensured that within the fixed predefined recharging time, in each case at its end, cf. the time t 7 from the FIGS. 5a, 5b . 5c on the one hand both the energization of the actuator 12 is terminated and on the other hand, the valve needle 13, the respective, their stroke limiting element 14a, 14b contacted.

Bei der Verwendung des erfindungsgemäßen Regelungsverfahrens gemäß Figur 6 ist eine Betrachtung etwaig auftretender Rückwirkungsspannungen (vgl. Figur 2a) nicht mehr erforderlich, weswegen der Regler R2 aus Figur 4a ohne Weiteres durch den Regler R6 aus Figur 6 ersetzt werden kann. Der Funktionsblock 34 in dem Regler R5 korrespondiert hinsichtlich seiner Funktion mit dem Funktionsblock 30 aus dem Regler R1 (Figur 4a).When using the control method according to the invention according to FIG. 6 is a consideration of any occurring feedback voltages (cf. FIG. 2a ) is no longer necessary, so the controller R2 off FIG. 4a easily by the regulator R6 FIG. 6 can be replaced. The function block 34 in the controller R5 corresponds with regard to its function with the function block 30 from the controller R1 (FIG. FIG. 4a ).

Vorteilhaft kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren anstelle der Aktorspannung U auch eine entsprechende gefilterte Größe verwendet werden.Advantageously, instead of the actuator voltage U, a corresponding filtered variable can also be used in the method according to the invention.

Analog zu der Mittelwertbildung der Regeldifferenz durch den Funktionsblock 26 des Reglers R6 (Figur 6) kann auch bei den Reglern R2 (Figur 4a), R4 (Figur 4b) eine Mittelwertbildung der betreffenden Regeldifferenz vorgesehen sein, um die Stabilität des jeweiligen Reglers zu steigern.Analogous to the averaging of the control difference by the function block 26 of the controller R6 (FIG. FIG. 6 ) can also be used with the controllers R2 ( FIG. 4a ), R4 ( FIG. 4b ) an averaging of the respective control difference may be provided in order to increase the stability of the respective controller.

Da der Regler R2 (Figur 4a) bzw. R4 (Figur 4b) den Sollwert für den betreffend nachgeordneten Regler R1 bzw. R3 ändert bzw. bildet, sind die nachgeordneten Regler R1, R3 bevorzugt so konzipiert, dass sie schneller arbeiten als die übergeordneten Regler R2, R4. Dies kann wie vorstehend bereits beschrieben z.B. durch eine entsprechende Auslegung der Zykluszeit für die übergeordneten Regler R2, R4 erreicht werden, die bevorzugt nur jeden n-ten Betriebszyklus aktiviert sind. Im Sinne einer besonders schnellen Regelung durch die nachgeordneten Regler R1, R3 wird hierbei bevorzugt auch keine Mittelwertbildung der jeweiligen Regeldifferenz vorgesehen.Since the controller R2 ( FIG. 4a ) or R4 ( FIG. 4b ) changes or forms the setpoint for the subordinate controller R1 or R3, the downstream controllers R1, R3 are preferably designed so that they operate faster than the higher-level controller R2, R4. As already described above, this can be achieved, for example, by a corresponding design of the cycle time for the higher-level controllers R2, R4, which are preferably activated only every nth operating cycle. In the sense of a particularly rapid control by the downstream controllers R1, R3, no averaging of the respective control difference is preferably provided here.

Generell können die Regler R1, .., R4 jede beliebige, für die vorstehenden Betriebszwecke geeignete Charakteristik aufweisen, wobei insbesondere ein P (proportional)-Verhalten und/oder ein I (integral)-Verhalten in Betracht kommt.In general, the regulators R1, .., R4 can have any suitable characteristic for the above operating purposes, wherein in particular a P (proportional) behavior and / or an I (integral) behavior is considered.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht durch die Regelung des Spannungshubs ΔU vorteilhaft z.B. ein präzises Konstanthalten des Spannungshubs ΔU, so dass die Auswirkungen temperaturbedingter Änderungen der Eigenschaften des Aktors 12, die sich beispielsweise während des Betriebs ergeben, auf eine tatsächlich eingespritzte Kraftstoffmenge vermindert bzw. komplett kompensiert werden. D.h., durch die erfindungsgemäße Regelung des Spannungshubs ΔU auf einen vorgebbaren, vorzugsweise konstanten, Wert, kann in Verbindung mit einer bestimmten korrespondierenden Entladezeit vorteilhaft eine Temperaturkompensation der Einspritzeigenschaften des Kraftstoffeinspritzventils 10 und damit auch der eingespritzten Kraftstoffmenge erreicht werden.The inventive method allows by controlling the voltage .DELTA.U advantageously advantageous, for example, a precise constant holding the voltage .DELTA.U, so that the effects of temperature-induced changes in the properties of the actuator 12, resulting for example during operation, reduced to a fuel quantity actually injected or completely compensated , That is, by the inventive control of the voltage .DELTA.U to a predetermined, preferably constant, value can be achieved in conjunction with a certain corresponding discharge advantageously a temperature compensation of Einspritzzeigenschaften the fuel injection valve 10 and thus the injected fuel quantity.

Temperaturbedingte Änderungen des Aktors 12 wie z.B. eine Änderung seiner elektrischen Kapazität wirken sich auch auf die Umladezeit Δt35soll aus. Auch hier kann die erfindungsgemäße Regelung der Umladezeit Δt35soll zur Realisierung einer Temperaturkompensation, d.h. z.B. zum Konstanthalten einer vorgegebenen Umladezeit Δt35soll verwendet werden.Temperature-related changes of the actuator 12 such as a change in its electrical capacity also affect the Umladezeit .DELTA.t 35soll . Again, the inventive control of the recharge time .DELTA.t 35soll for realizing a temperature compensation, ie, for example, to keep constant a predetermined recharge time .DELTA.t 35soll can be used.

Die erfindungsgemäße Verwendung des Spannungshubs und der Umladezeit als Regelgröße vermeidet ferner vorteilhaft die Notwendigkeit einer direkten Regelung der entsprechenden Ströme IE, IL, die aufgrund einer üblicherweise verhältnismäßig geringen Genauigkeit bei der messtechnischen Erfassung der Ströme nachteilig ist. Die für die erfindungsgemäße Regelung erforderlichen Größen Aktorspannung U und Zeit t können demgegenüber sehr präzise erfasst werden und ermöglichen eine dementsprechend präzise Regelung.The use according to the invention of the voltage swing and the recharging time as a control variable also advantageously avoids the need for direct regulation of the corresponding currents I E , I L , which is disadvantageous due to a usually relatively low accuracy in the metrological detection of the currents. The quantities required for the control according to the invention actuator voltage U and time t can be detected very precisely contrast and allow a correspondingly precise control.

Claims (11)

  1. Method for operating an injection valve (10), in particular a fuel injection valve of an internal combustion engine of a motor vehicle, wherein the injection valve (10) has a piezoelectric actuator (12) for driving a valve needle (13) which is coupled, preferably hydraulically, to the actuator 12, the actuator being recharged, i.e. charged or discharged, by a predefinable voltage swing (ΔU) starting from an output voltage (U0) corresponding to a first operating state of the injection valve (10) to a target voltage (U1) corresponding to a second operating state of the injection valve (10), characterized in that in the first operating state the valve needle (13) rests on a valve seat (14a) in such a way that the injection valve (10) is closed, and at the output voltage (U0) the actuator (12) has a first length, and in that the actuator (12) is discharged by the predefinable voltage swing (ΔU) to the target voltage (U1), wherein said actuator (12) shortens to a second length which is shorter than the first length in order to change the injection valve (10) from its closed state into its open state, in that during the opening of the injection valve (10) and before a needle/stop (14b) which corresponds to a completely open state of the injection valve (10) is reached the valve needle (13) applies a reaction to the actuator (12) which increases the actuator voltage (U) by a reaction voltage (ΔUR), and in that the voltage swing (ΔU) is selected such that a desired reaction voltage (ΔUR) is produced, wherein the reaction of the valve needle (13) applied to the actuator (12) is caused in that the valve needle (13) also firstly moves further onto the actuator (12) after the end of the energization of the actuator and the valve needle (13) applies a corresponding force to the actuator (12), which is essentially stationary after the end of energization, which force controls the piezoelectric effect in accordance with the reaction voltage (ΔUR).
  2. Method according to Claim 1, characterized in that the actuator (12) is recharged in a predefinable recharging time with a recharging current which is dependent on the voltage swing (ΔU).
  3. Method according to Claim 1, characterized in that the reaction voltage (ΔUR) is selected for the opening process of the injection valve (10) as a function of a predefinable time.
  4. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the voltage swing (ΔU) is selected such that the valve needle (13) reaches the valve seat (14a) and/or a/the needle/stop (14b) when the energization of the actuator (12) is ended.
  5. Method according to Claim 4, characterized in that the voltage swing (ΔU) is selected such that an absolute value of the first time derivative of the actuator voltage (U) becomes minimal between an end of the energization of the actuator (12) and a first change of sign of the first time derivative of the actuator voltage (U) since the end of the energization of the actuator (12).
  6. Method according to one of the preceding claims, characterized in that a recharging time, which is necessary for changing the injection valve (10) from its opened state into its closed state, is regulated.
  7. Method according to Claim 6, characterized in that the recharging time is selected as a function of a desired closing time within which the valve needle (13) moves from an initial position onto its valve seat (14a).
  8. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the voltage swing (ΔU) is preferably regulated for each operating cycle of the injection valve (10).
  9. Method according to one of Claims 1 to 8, characterized in that a) the regulation of the reaction voltage (ΔUR) and/or b) the regulation of the first time derivative (U̇) of the actuator voltage (U) takes place between the end of the energization of the actuator (12) and a first change of sign of the first time derivative (U̇) of the actuator voltage (U) since the end of the energization of the actuator (12) and/or c) the regulation of the closing time takes place in every n-th operating cycle of the injection valve (10), wherein n > 1.
  10. Computer program, characterized in that it is programmed to carry out the method according to one of Claims 1 to 9.
  11. Control device (20) for a fuel injection valve (10), in particular of an internal combustion engine of a motor vehicle, characterized in that it is designed to carry out the method according to one of Claims 1 to 9.
EP07822494.6A 2006-12-12 2007-11-12 Method for operating an injection valve Not-in-force EP2100020B1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102006058744A DE102006058744A1 (en) 2006-12-12 2006-12-12 Method for operating an injection valve
PCT/EP2007/062208 WO2008071507A1 (en) 2006-12-12 2007-11-12 Method for operating an injection valve

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EP2100020A1 EP2100020A1 (en) 2009-09-16
EP2100020B1 true EP2100020B1 (en) 2014-04-02

Family

ID=39016032

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP07822494.6A Not-in-force EP2100020B1 (en) 2006-12-12 2007-11-12 Method for operating an injection valve

Country Status (6)

Country Link
US (1) US8082903B2 (en)
EP (1) EP2100020B1 (en)
JP (1) JP4868554B2 (en)
CN (1) CN101558228B (en)
DE (1) DE102006058744A1 (en)
WO (1) WO2008071507A1 (en)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006013166A1 (en) * 2006-03-22 2007-09-27 Robert Bosch Gmbh Method for determining an opening voltage of a piezoelectric injector
DE102008045955A1 (en) * 2008-09-04 2010-03-11 Continental Automotive Gmbh Method and device for correcting a temperature-induced change in length of an actuator unit, which is arranged in the housing of a fuel injector
EP2469064A1 (en) * 2010-12-24 2012-06-27 Delphi Technologies, Inc. Method of controlling an internal combustion engine
DE102011075750B4 (en) 2011-05-12 2021-02-11 Vitesco Technologies GmbH Method for determining a position of a closure element of an injection valve for an internal combustion engine
DE102011081161A1 (en) * 2011-08-18 2013-02-21 Continental Automotive Gmbh Control and driving method for a piezoelectric actuator
US20130068200A1 (en) * 2011-09-15 2013-03-21 Paul Reynolds Injector Valve with Miniscule Actuator Displacement
US9074552B2 (en) 2012-06-27 2015-07-07 GM Global Technology Operations LLC Fuel injector closing timing adjustment systems and methods
US20150052905A1 (en) * 2013-08-20 2015-02-26 General Electric Company Pulse Width Modulation for Control of Late Lean Liquid Injection Velocity
DE102013220613B4 (en) * 2013-10-11 2024-03-14 Vitesco Technologies GmbH Method and computer program for controlling a fuel injector
CN106255815B (en) * 2014-04-25 2020-05-22 日立汽车系统株式会社 Control device for electromagnetic fuel injection valve
DE102016213522B4 (en) * 2016-07-22 2023-10-12 Vitesco Technologies GmbH Method and device for controlling a piezo actuator of an injection valve of a motor vehicle

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005026516A1 (en) * 2003-09-01 2005-03-24 Robert Bosch Gmbh Method for determining the drive voltage of a piezoelectric actuator of an injection valve
WO2008049704A1 (en) * 2006-10-25 2008-05-02 Robert Bosch Gmbh Method for determining a characteristic map of the injection quantity against an electrical variable of an electrically activated injection valve

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5355854A (en) * 1993-03-12 1994-10-18 Aubee Thomas A Supplemental gaseous fuel system for a diesel engine
JPH10288119A (en) * 1997-04-18 1998-10-27 Nissan Motor Co Ltd Driving device of fuel injection valve
DE19727992C2 (en) * 1997-07-01 1999-05-20 Siemens Ag Compensation element for compensation of temperature-related changes in length of electromechanical control systems
DE19732802A1 (en) * 1997-07-30 1999-02-04 Bosch Gmbh Robert Fuel injection device for internal combustion engines
DE19901711A1 (en) * 1999-01-18 2000-07-20 Bosch Gmbh Robert Fuel injector and method for operating a fuel injector
DE10014737A1 (en) * 2000-03-24 2001-10-11 Bosch Gmbh Robert Method for determining the rail pressure of an injection valve with a piezoelectric actuator
EP1139448B1 (en) * 2000-04-01 2009-10-21 Robert Bosch GmbH Method and apparatus for regulating voltages and voltage gradients for driving piezoelectric elements
GB2366664B (en) * 2000-09-08 2004-03-24 Delphi Tech Inc Control method
DE10315815A1 (en) 2003-04-07 2004-10-21 Robert Bosch Gmbh Method for determining the individual drive voltage of a piezoelectric element
JP3922206B2 (en) * 2003-04-15 2007-05-30 株式会社デンソー Piezo actuator drive circuit
DE10349824A1 (en) * 2003-10-24 2005-06-02 Robert Bosch Gmbh A method of diagnosing a fuel injection device having a piezoelectric actuator
DE10357872A1 (en) * 2003-12-11 2005-07-07 Robert Bosch Gmbh Method and device for determining the drive voltage for a piezoelectric actuator of an injection valve
DE102004037255B4 (en) * 2004-07-31 2016-06-09 Robert Bosch Gmbh Method for operating a fuel injection device, in particular for a motor vehicle
DE102004058971B4 (en) 2004-12-08 2006-12-28 Volkswagen Mechatronic Gmbh & Co. Kg Method for controlling a piezoelectric actuator and control unit for controlling a piezoelectric actuator
EP1860309B1 (en) * 2006-05-23 2008-08-27 Delphi Technologies, Inc. Improvements relating to fuel injector control
EP1956221B1 (en) * 2007-02-02 2009-12-02 Delphi Technologies, Inc. A method of operating a piezoelectric actuator
DE102007034188A1 (en) * 2007-07-23 2009-01-29 Robert Bosch Gmbh Method for operating an injection valve
DE602007011945D1 (en) * 2007-11-09 2011-02-24 Delphi Technologies Holding Error detection in an injector arrangement

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005026516A1 (en) * 2003-09-01 2005-03-24 Robert Bosch Gmbh Method for determining the drive voltage of a piezoelectric actuator of an injection valve
WO2008049704A1 (en) * 2006-10-25 2008-05-02 Robert Bosch Gmbh Method for determining a characteristic map of the injection quantity against an electrical variable of an electrically activated injection valve
EP2084383A1 (en) * 2006-10-25 2009-08-05 Robert Bosch GmbH Method for determining a characteristic map of the injection quantity against an electrical variable of an electrically activated injection valve

Also Published As

Publication number Publication date
US20100065022A1 (en) 2010-03-18
EP2100020A1 (en) 2009-09-16
CN101558228A (en) 2009-10-14
CN101558228B (en) 2013-07-10
US8082903B2 (en) 2011-12-27
JP4868554B2 (en) 2012-02-01
DE102006058744A1 (en) 2008-06-19
WO2008071507A1 (en) 2008-06-19
JP2010512485A (en) 2010-04-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2100020B1 (en) Method for operating an injection valve
DE102008023373B4 (en) Method of controlling an injector, fuel injection system and internal combustion engine
EP2422067B1 (en) Method and control device for operating a valve actuated by an actuator
DE102009045309B4 (en) Method and control device for operating a valve
DE102011005285B4 (en) Method for determining the idle stroke of a piezo injector with directly actuated nozzle needle
DE102006059070A1 (en) A fuel injection system and method for determining a needle lift stop in a fuel injector
EP1825124B1 (en) Method for controlling a piezoelectric actuator and control unit for controlling a piezoelectric actuator
DE102011075732A1 (en) Control method for an injection valve and injection system
EP2022969A2 (en) Method for operating a piezoelectrically actuated injection valve
WO2011154124A1 (en) Method and device for operating an injection valve
DE102016200743A1 (en) Method for determining an opening delay duration of a fuel injector
DE102008042146A1 (en) Method for operating piezoelectric actuator, particularly fuel injector of internal combustion engine of motor vehicle, involves determining control parameter for pressurization of actuator by model
EP2104783B1 (en) Method for operating an injection valve
WO2010133417A1 (en) Method and control device for the operation of an injection valve
WO2010133415A1 (en) Method for controlling injectors in an internal combustion engine
DE102005046933B4 (en) Method for controlling a piezo-actuated injection valve
DE102007054814A1 (en) Piezoelectric actuator operating method for fuel injection valve of motor vehicle, involves activating actuator after regular controlling process in damping operation mode, so that vibrations of actuator or piston and volume are damped
WO2010133416A1 (en) Method for controlling injectors in an internal combustion engine
DE102007038985A1 (en) Internal combustion engine's injection valve i.e. fuel injection valve, operating method for motor vehicle, involves providing reference value for voltage swing based on control difference between set value and actual value for closing time
DE102007058540B4 (en) Method and apparatus for charging and discharging a piezoelectric element
DE102009027290A1 (en) Valve i.e. injection valve, operating method for internal combustion engine of motor vehicle, involves regulating valve dwell time, and adjusting amplitude value of control signal time interval to desired value
DE102007059115B4 (en) Method for operating a piezoelectric actuator
DE102008044741B4 (en) Method and control device for controlling an injector
WO2011082901A1 (en) Method and control appliance for operating a valve
DE102007039347A1 (en) Internal combustion engine's fuel injection valve operating method for motor vehicle, involves controlling actuator at each portion comprising control time such that constant temporal change of actuator voltage is assigned to each portion

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20090713

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MT NL PL PT RO SE SI SK TR

17Q First examination report despatched

Effective date: 20100104

DAX Request for extension of the european patent (deleted)
GRAP Despatch of communication of intention to grant a patent

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR1

INTG Intention to grant announced

Effective date: 20140113

GRAS Grant fee paid

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR3

GRAA (expected) grant

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009210

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: B1

Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MT NL PL PT RO SE SI SK TR

REG Reference to a national code

Ref country code: GB

Ref legal event code: FG4D

Free format text: NOT ENGLISH

REG Reference to a national code

Ref country code: CH

Ref legal event code: EP

Ref country code: AT

Ref legal event code: REF

Ref document number: 660291

Country of ref document: AT

Kind code of ref document: T

Effective date: 20140415

REG Reference to a national code

Ref country code: IE

Ref legal event code: FG4D

Free format text: LANGUAGE OF EP DOCUMENT: GERMAN

REG Reference to a national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: R096

Ref document number: 502007012943

Country of ref document: DE

Effective date: 20140515

REG Reference to a national code

Ref country code: NL

Ref legal event code: VDEP

Effective date: 20140402

REG Reference to a national code

Ref country code: LT

Ref legal event code: MG4D

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: NL

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20140402

Ref country code: CZ

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20140402

Ref country code: BG

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20140702

Ref country code: IS

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20140802

Ref country code: CY

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20140402

Ref country code: FI

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20140402

Ref country code: GR

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20140703

Ref country code: LT

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20140402

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: ES

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20140402

Ref country code: PL

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20140402

Ref country code: SE

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20140402

Ref country code: LV

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20140402

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: PT

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20140804

REG Reference to a national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: R097

Ref document number: 502007012943

Country of ref document: DE

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: EE

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20140402

Ref country code: RO

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20140402

Ref country code: SK

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20140402

Ref country code: DK

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20140402

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: GB

Payment date: 20141120

Year of fee payment: 8

PLBE No opposition filed within time limit

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009261

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: NO OPPOSITION FILED WITHIN TIME LIMIT

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: FR

Payment date: 20141118

Year of fee payment: 8

26N No opposition filed

Effective date: 20150106

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: IT

Payment date: 20141124

Year of fee payment: 8

REG Reference to a national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: R097

Ref document number: 502007012943

Country of ref document: DE

Effective date: 20150106

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: LU

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20141112

Ref country code: BE

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20141130

Ref country code: MC

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20140402

REG Reference to a national code

Ref country code: CH

Ref legal event code: PL

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: CH

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20141130

Ref country code: SI

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20140402

Ref country code: LI

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20141130

REG Reference to a national code

Ref country code: IE

Ref legal event code: MM4A

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: IE

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20141112

REG Reference to a national code

Ref country code: AT

Ref legal event code: MM01

Ref document number: 660291

Country of ref document: AT

Kind code of ref document: T

Effective date: 20141112

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: AT

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20141112

GBPC Gb: european patent ceased through non-payment of renewal fee

Effective date: 20151112

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: MT

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20140402

Ref country code: HU

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT; INVALID AB INITIO

Effective date: 20071112

Ref country code: TR

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20140402

Ref country code: IT

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20151112

REG Reference to a national code

Ref country code: FR

Ref legal event code: ST

Effective date: 20160729

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: GB

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20151112

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: FR

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20151130

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: DE

Payment date: 20170126

Year of fee payment: 10

REG Reference to a national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: R119

Ref document number: 502007012943

Country of ref document: DE

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: DE

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20180602