EP3347584A1 - ERFASSUNGSVERFAHREN ZUM ERFASSEN EINER SPALTGRÖßE EINES SPALTES ZWISCHEN EINER INJEKTORVENTILBAUGRUPPE UND EINEM PIEZOSTAPEL SOWIE ANSTEUERUNGSVERFAHREN ZUM ANSTEUERN EINER AKTOREINHEIT IN EINEM PIEZOSTAPEL - Google Patents

ERFASSUNGSVERFAHREN ZUM ERFASSEN EINER SPALTGRÖßE EINES SPALTES ZWISCHEN EINER INJEKTORVENTILBAUGRUPPE UND EINEM PIEZOSTAPEL SOWIE ANSTEUERUNGSVERFAHREN ZUM ANSTEUERN EINER AKTOREINHEIT IN EINEM PIEZOSTAPEL

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EP3347584A1
EP3347584A1 EP16741260.0A EP16741260A EP3347584A1 EP 3347584 A1 EP3347584 A1 EP 3347584A1 EP 16741260 A EP16741260 A EP 16741260A EP 3347584 A1 EP3347584 A1 EP 3347584A1
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EP
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gap
valve assembly
piezo stack
unit
actuator unit
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Claus Zumstrull
Grit KRÜGER
Thomas Richter
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Continental Automotive Technologies GmbH
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Definitions

  • Detection method for detecting a gap size of a gap between an injector valve assembly and a piezo stack and driving method for driving an actuator in a piezo stack Detection method for detecting a gap size of a gap between an injector valve assembly and a piezo stack and driving method for driving an actuator in a piezo stack.
  • the invention relates to a detection method for detecting a gap size of a gap between a
  • the invention relates to a driving method for driving an actuator unit in the piezo stack, which is used for actuating the Injektorventilbaueria.
  • An actuator unit in a piezo stack used to actuate an injector valve assembly in an internal combustion engine typically includes a stacked device having a plurality of electrode layers and a plurality of material layers responsive to application of an electric field. Each layer of material is arranged between two of the electrode layers. When an electric field across the electrode layers to the
  • Actuator is applied, the material layers react by expanding, so that the actuator unit extends along a total Aktorillonsachse. From this ⁇ steering can be transferred to other components then, for example, a Injektorventilbaueria of an internal combustion engine ⁇ , of a needle seat to annul an injector needle off and thereby inject fuel into combustion chambers of the internal combustion ⁇ machine.
  • Injector valve assembly is made by direct or indirect Transmission of the longitudinal extent of the actuator to the Injektorventilbauenstein, wherein for transmitting the Lekssaus ⁇ expansion at any point between the piezo stack, which has the actuator unit, and the injector valve assembly is a positive connection.
  • the object of the invention is therefore to propose a detection method for detecting this gap size.
  • Another object is to provide a driving method for
  • a driving method for driving an actuator unit in a piezo stack is the subject of the independent claim.
  • Injector valve assembly includes the following steps:
  • Injektorventilbauner and the piezo stack are arranged spaced apart from each other via a gap of unknown gap size;
  • the knowledge is used that a frictional connection between the piezo stack and the
  • Injector valve assembly leads to a surge in the piezo stack.
  • the force pulse corresponds to a force gradient, which generates a charge in the, so that, for example, a voltage can be tapped from the outside.
  • the adhesion and thus the forces ⁇ gradient occur in the moment in which the gap between the piezo stack and Injektorventilbaueria is overcome. Since the voltage with which the actuator unit is subjected to expansion is known, the gap size of the gap can be deduced over a measured period of time until the sensor unit detects the frictional connection with the injector valve assembly.
  • a previously determined characteristic field is advantageously stored which, for predefined voltage pulses, sets a gap size of the gap as a function of a time duration of the voltage pulse application.
  • the modular structure of the piezo stack is advantageous from a
  • Gap size to be determined Therefore, it is not necessary to provide further sensors, via which the gap size is to be determined, since already the existing sensor unit is used.
  • the sensor unit detects a force increase in the second time point in which the piezoelectric stack reaches a frictional connection to the Inj ektorventilbaury.
  • the gap size of the gap between the piezo stack and the Injektorventilbaueria is detected at each cycle of actuation betae ⁇ Injektorventilbaueria.
  • actuation betae ⁇ Injektorventilbaueria it is possible to record further data on aging phenomena of the elements, for example a depolarization of the actuator unit or wear or abrasion phenomena of the elements, which are reflected in the life span of the gap.
  • a positive voltage gradient is detected in the voltage signal of the Sen ⁇ sorvenez in the second time point. Accordingly, if the signal of the sensor unit representing the voltage gradient is positive, it can be immediately recognized that the second time is present.
  • a second voltage gradient is detected in the voltage signal of the sensor unit. This can advantageously be detected exactly the time in which opens an injector for injecting fuel.
  • a negative voltage gradient is detected in the voltage signal of the sensor unit.
  • the signs can be detected accordingly, whether a force gradient in the piezo stack was caused by the fact that a positive connection between the piezo stack and Injektorventilbaueria has taken place, or in that the Injektornadel has lifted from the needle seat.
  • a third voltage gradient is detected in the voltage signal of the sensor ⁇ unit in a fourth time in which the injector needle is in frictional engagement with the needle seat, wherein between the fourth time and the second time is the third time.
  • a negative voltage gradient is advantageously detected.
  • Injector needle opens, and also when the injector needle closes again.
  • the injected fuel can be metered exactly to the respective combustion chamber. From the measured data it is also possible to provide a control which can compensate for aging phenomena, so that an exact injection of the fuel into the respective combustion chamber remains possible.
  • a driving method for driving an actuator unit in a piezo stack for actuating an injector valve assembly in an internal combustion engine the actuator unit with a predetermined opening voltage pulse for lifting a
  • Injector needle assembly of the injector valve assembly is loaded by a needle seat. Before the actuation of the actuator with the Opening voltage pulse, the following steps are Runaway ⁇ leads:
  • the actuator unit can therefore be operated based on the high-precision measurement in the detection method with said pre-voltage pulse, so that at the particular time at which the injection is to start, a reproducible gap-free state between the piezo stack and injector valve assembly he ⁇ is enough.
  • the injection control can thus be completely independent of an absolute length of the piezo stack, of
  • a signal can be output as a wear indicator to the outside.
  • the pre-voltage pulse is determined from the gap size determined by the detection method, wherein the pre-voltage pulse is newly determined in particular during each actuation cycle of the injector valve assembly.
  • the gap size which changes over the service life can also be continuously compensated over the life of the arrangement.
  • the detection method is performed in a first actuation cycle of the injector valve assembly, wherein the actuation of the actuator unit with the
  • Injector valve assembly is performed. Therefore, is recognized in the acquisition proceedings before ⁇ geous how big the gap size is currently so that the necessary pre-voltage pulse can be determined. Only in the next cycle of operation, this pre-voltage pulse is used to compensate for the gap.
  • the pre-voltage pulse is given to the actuator unit so early that a voltage pulse for opening the injector needle can be output as intended to the actuator unit without any time delay.
  • the pre-voltage pulse can also be given immediately after the detection process has been carried out, even if the actual subsequent injection should take place much later in time.
  • a total injector includes an actuator, a valve assembly having a valve seat and a valve piston, and a nozzle having a nozzle seat and a needle.
  • An injector unit for injecting fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine has a
  • the injector unit has a piezo stack with an actuator unit and a sensor unit, which are coupled to one another in a force-locking manner.
  • the sensor unit is designed for detecting force gradients acting on the actuator unit, and the actuator unit is for actuating the
  • a gap is formed with a un ⁇ known gap size.
  • a control unit is provided, which is designed to detect a voltage signal of the sensor unit and to act on the actuator unit with a voltage pulse. The control unit is thereby forms ⁇ out for carrying out the detection method described above, or for executing the driving method described above.
  • the control unit has, for example, the two named maps, as well as means for detecting voltage gradients of the voltage signal of the sensor unit. Further advantageously, the control unit on elements with which the gap size of the gap and the required size of the pre-voltage pulse to close the gap can be ⁇ it averages out ver ⁇ different parameters.
  • control unit advantageously has an output device in order to output voltage pulses to the actuator unit so that they can vary in their length along the actuator unit longitudinal axis.
  • Fig. 2 is a schematic representation of a second embodiment of an injector with a
  • Piezo stack and an injector valve assembly the injector according to the operating principle of the servo operation works
  • Fig. 3 is a schematic longitudinal sectional view through the
  • Piezo stack of Figure 1 and Figure 2 in greater detail. 4 is a flowchart illustrating a detection method for
  • FIGS. 1 and 2 each show schematic representations of an injector unit 10 used for injecting fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine.
  • the injector unit 10 has an injector valve assembly 12 and a piezo stack 14 with which the injector valve assembly 12 can be actuated.
  • an injector needle 16 is arranged, which cooperates with a needle seat 18 so that an injector valve 20 is formed. If the injector needle 16 lifts off from the needle seat 18, this becomes
  • Injector 20 is opened, and it can fuel in the respective combustion chamber, which is connected to the injector 10, injected. However, if the injector needle 16 again comes into frictional connection with the needle seat 18, this is
  • Injector 20 is closed, and the injection of fuel is finished.
  • the piezo stack 14 has an actuator unit 22 and a sensor unit 24. These are arranged one above the other in the piezo stack 14 along an actuator unit longitudinal axis 26, wherein the
  • Sensor unit 24 may be disposed above the actuator unit 22 (see Fig. 3) or under the actuator unit 22.
  • the piezo stack 14 is connected to a control unit 28, which on the one hand can detect voltage signals from the sensor unit 24, but on the other hand can also output voltage pulses to the actuator unit 22 so that they can travel along the
  • Aktorappellteilsachse 26 expands. Such an expansion along the Aktorappellteilsache 25 causes the piezo stack 14, for example via a pin 30 attached thereto, to the Injektorventilbaueria 12 moves. In this case, a gap 32 is overcome, which in the installed state of Injektorventilbaueria 12 and des Piezo stack 14 is always present, and also changed over the life of the individual elements in its gap size 34. Once the gap 32 has been overcome, and the actuator unit 22 continues to deflect along the actuator unit longitudinal axis 26, it is supplied via an operating unit 36 by the actuator unit 36
  • Piezo stack 14 acting on the operating unit 36 force the Injektornadel 16 lifted from the needle seat 18.
  • Piezo stack 14 is terminated, and the Injektornadel 16 can return to the needle seat 18 again.
  • FIG. 1 a directly operated functional system is shown, in which the operating unit 36 lifts the injector needle 16 out of the needle seat 18 during a force application from the piezo stack 14 via lever 38.
  • Fig. 2 shows an alternative embodiment in which the injector 10 operates via a servo operation, wherein the operating unit 36 has a liquid-filled control chamber 40 which exerts a closing force by the present in the control chamber 40 fluid pressure on the Injektornadel 16, and so in the Needle seat 18 stops.
  • FIG. 3 shows a schematic longitudinal sectional illustration of the piezo stack 14 from FIG. 1 and FIG. 2 in greater detail.
  • the piezo stack 14 has the actuator unit 22 and the sensor ⁇ unit 24, along the Aktoriserlteilsachse 26 in the 3 are arranged one above the other in such a way that the sensor unit 24 is arranged on the side of the actuator unit 22, the
  • Injector valve assembly 12 faces away. However, it is also possible a reverse arrangement of actuator unit 22 and sensor unit 24.
  • the actuator unit 22 comprises a plurality of electrode layers and a plurality of material layers which react with application of an electric field and which are arranged along the
  • Aktorillonsachse 26 are arranged alternately stacked.
  • the electrode layers and the material ⁇ layers are not shown in Fig. 3 for reasons of clarity.
  • the electrical contacting of the electrode layers takes place via external electrodes 44, which are electrically connected to the electrode layers via electrical conductors 46.
  • a contacting of the outer electrode 44 can also be done differently.
  • the outer electrodes 44 are connected to the control unit 28, which can deliver voltage pulses to the actuator unit 22 via the outer electrodes 44, so that it expands along the Aktorappellticiansachse 26.
  • the actuator unit 22 is non-positively connected to the sensor unit 24.
  • the sensor unit 24 also advantageously has a sensor body 48 which is formed, for example, from the same material which also forms the material layers of the actuator unit 22. Electric ⁇ the layers 50 are arranged on the sensor body 48, in particular on two opposite side surfaces 52 along the
  • Aktorillonsachse 26 are arranged.
  • the electrode layers 50 are connected to a voltage measuring device 54, which forwards a voltage signal of the sensor unit 24 to the control unit 28.
  • a flow chart for detecting this gap size 34 is shown in FIG. 4.
  • a first point in time ti is detected, to which the actuation of the actuator unit 22 takes place with a voltage pulse, starting from the control unit 24.
  • a voltage gradient dU occurs at a second time t 2 in a voltage signal, which is reported by the sensor unit 24 to the control unit 28.
  • t 2 can then be detected the time duration At that has elapsed until the occurrence of the voltage gradient dU.
  • Ki which sets the gap size 34 as a function of the time duration ⁇ t
  • the gap size 34 present at the present time can then be determined.
  • the voltage signal of the sensor unit 24 is further detected by the control unit 28, so that a third time t3 can be determined, to which another one
  • Voltage gradient dU occurs, namely, when the Injektornadel 16 lifts from the needle seat 18.
  • the sign of the voltage gradient is used, which is positive at time t 2 and negative at time t 3 .
  • a further voltage gradient dU detected in a fourth time t4 which has a positive sign, which is due to a closing of the Injektornadel 16.
  • FIG. 5 shows a flow chart which schematically shows a control method with which the actuator unit 22 can be controlled via the control unit 28.
  • the gap size 34 of the gap 32 between the injector valve assembly 12 and the piezo stack 14 is determined.
  • the size of the pre-voltage pulse is determined, which is necessary to close the gap 32.
  • the actuator unit 22 is then subjected to this pre-voltage pulse. Subsequently, the actuator unit 22 is then subjected to an opening pulse in order to lift the injector needle 16 from the needle seat 18.
  • the control unit 28 is configured to perform both the detection method illustrated in FIG. 4 and the drive method illustrated in FIG. 5.
  • the control unit 28 as shown schematically in FIG. 6, displays the maps Ki and K 2 .
  • detecting means 56 for detecting a voltage gradient dU in the voltage signal from the sensor unit 24 is provided.
  • the control unit 28 comprises a time measuring device 58 and an output device 60, which comprises an opening pulse output device 62, from which an opening pulse is output to the actuator unit 22 for opening the injector needle 16.
  • the opening pulse output device 62 gives a signal to the time measuring device 58 when it sends an opening pulse to the timer Actuator 22 has issued.
  • the detection device 56 sends a signal to the time measuring device 58 when a voltage gradient dU has been determined via the sensor unit 24. From this, the time measuring device 58 can determine the period of time ⁇ t.
  • a determination unit 64 is further provided, which can determine the gap size 34. For this purpose, it is supplied from the time measuring device 58, the detected time period At and the map Ki and the size of the opening pulse. From this data it is possible to determine the gap size 34, since the characteristic field Ki sets the gap size 34 as a function of the duration ⁇ t and the size of the opening pulse. Further, in the control unit 28, a determination unit 66 is provided to determine the size of the pre-voltage pulse, namely on the basis of the determined gap size 34 and the second map K 2 , which sets the necessary pre-voltage pulse for closing the gap 32 in dependence the determined gap size 34.
  • the output device 60 includes in addition to the opening pulse output device 62 and a
  • Pre-voltage pulse output device 68 the particular pre-voltage pulse from the determining unit 66 is supplied.
  • the pre-voltage pulse output device 68 then outputs a signal to the actuator unit 22, which corresponds to the specific pre-voltage pulse, so that the actuator unit 22 can extend along the Aktoriserlticiansachse 26 such that the gap 32 disappears.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Erfassungsverfahren zum Erfassen einer Spaltgröße (34) eines Spaltes (32) zwischen einer Injektorventilbaugruppe (12) einer Brennkraftmaschine und einem Piezostapel (14), der zum Betätigen der Injektorventilbaugruppe (12) ausgebildet ist, wobei eine Zeitdauer (∆t) erfasst wird, die nötig ist, bis es zu einem Kraftschluss zwischen der Injektorventilbaugruppe (12) und dem Piezostapel (14) kommt, und aus dieser Zeitdauer (∆t) dann die Spaltgröße (34) des Spaltes (32) ermittelt wird. Weiter betrifft die Erfindung ein Ansteuerungsverfahren zum Ansteuern einer Aktoreinheit (22) indem Piezostapel (14), bei dem das Erfassungsverfahren durchgeführt wird.

Description

Beschreibung
Erfassungsverfahren zum Erfassen einer Spaltgröße eines Spaltes zwischen einer Injektorventilbaugruppe und einem Piezostapel sowie Ansteuerungsverfahren zum Ansteuern einer Aktoreinheit in einem Piezostapel.
Die Erfindung betrifft ein Erfassungsverfahren zum Erfassen einer Spaltgröße eines Spaltes zwischen einer
Injektorventilbaugruppe und einem Piezostapel, der dazu vor¬ gesehen ist, die Injektorventilbaugruppe zu betätigen. Weiter betrifft die Erfindung ein Ansteuerungsverfahren zum Ansteuern einer Aktoreinheit in dem Piezostapel, der zum Betätigen der Injektorventilbaugruppe verwendet wird.
Eine Aktoreinheit in einem Piezostapel, der zum Betätigen einer Injektorventilbaugruppe in einer Brennkraftmaschine verwendet wird, umfasst typischerweise ein als Stapel ausgebildetes Bauelement, das eine Mehrzahl von Elektrodenschichten sowie eine Mehrzahl von auf Anlegen eines elektrischen Feldes reagierenden Werkstoffschichten aufweist. Dabei ist jede WerkstoffSchicht zwischen zwei der Elektrodenschichten angeordnet. Wenn ein elektrisches Feld über die Elektrodenschichten an die
Aktoreinheit angelegt wird, reagieren die Werkstoffschichten, indem sie sich ausdehnen, sodass sich die Aktoreinheit insgesamt entlang einer Aktoreinheitlängsachse verlängert. Diese Aus¬ lenkung kann dann auf weitere Bauelemente übertragen werden, beispielsweise auf eine Injektorventilbaugruppe einer Brenn¬ kraftmaschine, um eine Injektornadel von einem Nadelsitz ab- zuheben und dadurch Kraftstoff in Brennräume der Brennkraft¬ maschine einzuspritzen.
Das Öffnen und Schließen der Injektornadel in der
Injektorventilbaugruppe erfolgt durch direkte oder indirekte Übertragung der Längsausdehnung der Aktoreinheit auf die Injektorventilbaugruppe, wobei zum Übertragen der Längsaus¬ dehnung an irgendeinem Punkt zwischen dem Piezostapel, der die Aktoreinheit aufweist, und der Injektorventilbaugruppe ein Kraftschluss erfolgt.
Aus DE 102013206933 AI ist es bekannt, einen Piezostapel modular aufzubauen, sodass der Piezostapel neben der beschriebenen Aktoreinheit auch eine Sensoreinheit aufweist, die kraft- schlüssig mit der Aktoreinheit gekoppelt ist. Die Sensoreinheit weist dabei wenigstens eine keramische WerkstoffSchicht mit jeweils zwei Elektrodenschichten auf. Dadurch können Kraftänderungen, die durch das Öffnen bzw. Schließen der Injektornadel auf den Piezostapel übertragen werden, erfasst werden, sodass Öffnungs- und Schließzeitpunkte der Injektornadel detektiert werden können.
Im eingebauten Zustand ist zwischen dem Piezostapel und der Injektorventilbaugruppe ein Spalt vorhanden, der sich über die Lebensdauer der beiden Elemente aufgrund beispielsweise von Verschleiß bzw. Abrieb an den beiden Elementen bzw. einer Depolarisation der Aktoreinheit verändert.
Mit zunehmenden Anforderungen an Emission und Verbrauch steigen die Anforderungen an die Einspritzung des Kraftstoffes in die Brennräume, wobei höhere Drücke, höhere Temperaturen, sowie Mehrfacheinspritzungen eine höhere Genauigkeit bei der Zumessung des eingespritzten Kraftstoffes erfordern. Um die geforderten Genauigkeiten zu erreichen, ist es nicht hinreichend, einen Injektor in Stellbetrieb zu fahren, sondern eine Regelung ist unumgänglich. Unter anderem ist es bei dieser Regelung auch wichtig, den Spalt zwischen Injektorventilbaugruppe und
Piezostapel kompensieren zu können, wozu die Kenntnis der Spaltgröße, vor allem auch der sich über Lebensdauer ändernden Spaltgröße, notwendig ist.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Erfassungsverfahren zum Erfassen dieser Spaltgröße vorzuschlagen.
Diese Aufgabe wird mit einem Erfassungsverfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Eine weitere Aufgabe ist es, ein Ansteuerungsverfahren zum
Ansteuern der Aktoreinheit vorzuschlagen, mit der die Spaltgröße kompensiert werden kann.
Ein Ansteuerungsverfahren zum Ansteuern einer Aktoreinheit in einem Piezostapel ist Gegenstand des nebengeordneten Anspruches .
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Ein Erfassungsverfahren zum Erfassen einer Spaltgröße eines Spaltes zwischen einer Injektorventilbaugruppe einer Brenn¬ kraftmaschine und einem Piezostapel zum Betätigen der
Injektorventilbaugruppe weist die folgenden Schritte auf:
- Bereitstellen eines Piezostapels mit einer Aktoreinheit und einer Sensoreinheit, die kraftschlüssig miteinander ge¬ koppelt sind, wobei die Sensoreinheit zum Erfassen von an der Aktoreinheit wirkenden Kräftegradienten ausgebildet ist ;
- Bereitstellen einer Injektorventilbaugruppe, die im Be- trieb über die Aktoreinheit betätigt wird, wobei die
Injektorventilbaugruppe und der Piezostapel über einen Spalt mit unbekannter Spaltgröße voneinander beabstandet angeordnet sind;
- Erfassen eines Spannungssignals der Sensoreinheit; - Beaufschlagen der Aktoreinheit mit einem definierten Spannungspuls, sodass sich die Aktoreinheit unter Ver¬ ringerung des Spaltes entlang einer Aktoreinheitlängsachse auslenkt ;
- Erfassen einer Zeitdauer der Spannungspulsbeaufschlagung der Aktoreinheit ausgehend von einem ersten Zeitpunkt, in dem die Spannungspulsbeaufschlagung beginnt, bis zu einem zweiten Zeitpunkt, in dem in dem erfassten Spannungssignal der Sensoreinheit ein Spannungsgradient auftritt;
- Ermitteln der Spaltgröße des Spaltes aus der erfassten
Zeitdauer und dem definierten Spannungspuls.
Bei dem Erfassungsverfahren wird die Erkenntnis genutzt, dass ein Kraftschluss zwischen dem Piezostapel und der
Injektorventilbaugruppe zu einem Kraftstoß in dem Piezostapel führt. Der Kraftstoß entspricht einem Kräftegradienten, dereine Ladung in der generiert, sodass beispielsweise eine Spannung von außen abgreifbar ist. Der Kraftschluss und somit der Kräfte¬ gradient treten in dem Moment auf, in dem der Spalt zwischen Piezostapel und Injektorventilbaugruppe überwunden ist. Da die Spannung, mit der die Aktoreinheit zum Ausdehnen beaufschlagt wird, bekannt ist, kann über eine gemessene Zeitdauer, bis die Sensoreinheit den Kraftschluss mit der Injektorventilbaugruppe erfasst, auf die Spaltgröße des Spaltes zurückgeschlossen werden .
Dazu wird vorteilhaft ein zuvor ermitteltes Kennfeld hinterlegt, das für vordefinierte Spannungspulse eine Spaltgröße des Spaltes in Abhängigkeit einer Zeitdauer der Spannungspulsbeaufschlagung setzt.
Um später die Spaltgröße des Spaltes beispielsweise über eine Regelung kompensieren zu können, ist es nötig, definierte Messgrößen aus dem System zu ermitteln, um daraus die ent- sprechenden Regelgrößen zu berechnen. Vorliegend wird vorteilhaft der modulare Aufbau des Piezostapels aus einer
Aktoreinheit und einer Sensoreinheit verwendet, um die
Spaltgröße zu ermitteln. Daher ist es nicht nötig, weitere Sensoren vorzusehen, über die die Spaltgröße ermittelt werden soll, da bereits die vorhandene Sensoreinheit verwendet wird. Die Sensoreinheit detektiert dabei einen Kraftanstieg in dem zweiten Zeitpunkt, in dem der Piezostapel einen Kraftschluss zu der Inj ektorventilbaugruppe erreicht .
Vorzugsweise wird die Spaltgröße des Spaltes zwischen dem Piezostapel und der Injektorventilbaugruppe bei jedem Betä¬ tigungszyklus der Injektorventilbaugruppe erfasst. So ist es möglich, weitere Daten über Alterungserscheinungen der Elemente zu erfassen, beispielsweise eine Depolarisation der Aktoreinheit oder Verschleiß bzw. Abrieberscheinungen der Elemente, die sich in der sich über die Lebensdauer verändernden Spaltgröße widerspiegeln . In vorteilhafter Ausgestaltung wird in dem zweiten Zeitpunkt ein positiver Spannungsgradient in dem Spannungssignal der Sen¬ soreinheit erfasst. Ist demgemäß das Signal der Sensoreinheit, das den Spannungsgradienten darstellt, positiv, kann sofort erkannt werden, dass der zweite Zeitpunkt vorliegt.
Vorzugsweise wird in einem dritten Zeitpunkt, in dem eine Injektornadel der Injektorventilbaugruppe von einem Nadelsitz abhebt, ein zweiter Spannungsgradient in dem Spannungssignal der Sensoreinheit erfasst. Dadurch kann vorteilhaft exakt der Zeitpunkt erfasst werden, in dem ein Injektor zum Einspritzen von Kraftstoff öffnet.
Insbesondere wird dabei ein negativer Spannungsgradient in dem Spannungssignal der Sensoreinheit erfasst. Über die Vorzeichen kann demgemäß erfasst werden, ob ein Kräftegradient in dem Piezostapel dadurch verursacht wurde, dass ein Kraftschluss zwischen Piezostapel und Injektorventilbaugruppe erfolgt ist, oder dadurch, dass sich die Injektornadel von dem Nadelsitz abgehoben hat .
Insbesondere bei Injektoreinheiten mit einer direkten Übertragung der Längsausdehnung von der Aktoreinheit auf die Injektorventilbaugruppe wird in einem vierten Zeitpunkt, in dem die Injektornadel in Kraftschluss mit dem Nadelsitz kommt, ein dritter Spannungsgradient in den Spannungssignal der Sensor¬ einheit erfasst, wobei zwischen dem vierten Zeitpunkt und dem zweiten Zeitpunkt der dritte Zeitpunkt liegt. In dem vierten Zeitpunkt wird dabei vorteilhaft ein negativer Spannungsgradient erfasst. Auch durch das Schließen des Injektors und somit das Beendigen der Kraftstoffeinspritzung tritt ein Kräftegradient in dem Piezostapel auf, der über die Sensoreinheit durch einen Spannungsgradienten erfasst werden kann. Daher kann über die Sensoreinheit nun exakt erfasst werden, wann ein Kraftschluss mit der Injektorventilbaugruppe vorliegt, wann sich die
Injektornadel öffnet, und auch wann sich die Injektornadel wieder schließt. Somit kann der eingespritzte Kraftstoff exakt dem jeweiligen Brennraum zugemessen werden. Aus den gemessenen Daten ist es auch möglich, eine Regelung vorzusehen, die Alte- rungserscheinungen kompensieren kann, sodass weiterhin eine exakte Einspritzung des Kraftstoffes in den jeweiligen Brennraum möglich bleibt.
In einem Ansteuerungsverfahren zum Ansteuern einer Aktoreinheit in einem Piezostapel zum Betätigen einer Injektorventilbaugruppe in einer Brennkraftmaschine wird die Aktoreinheit mit einem vorbestimmten Öffnungsspannungspuls zum Abheben einer
Injektornadel der Injektorventilbaugruppe von einem Nadelsitz beaufschlagt. Vor der Beaufschlagung der Aktoreinheit mit dem Öffnungsspannungspuls werden die folgenden Schritte durchge¬ führt :
- Durchführen des oben beschriebenen Erfassungsverfahrens, um eine Spaltgröße eines Spaltes zwischen dem Piezostapel und der Injektorventilbaugruppe zu erfassen;
- Beaufschlagen der Aktoreinheit mit einem Prä-Spannungspuls zum Schließen des Spaltes zwischen dem Piezostapel und der Inj ektorventilbaugruppe . Dadurch, dass die Spaltgröße nun bekannt ist, ist es möglich, den Spalt durch Nachregelung der Aktoreinheit zu kompensieren, indem ein Prä-Spannungspuls auf die Aktoreinheit aufgebracht wird, sodass sich diese auslenkt und den Spalt überwindet. Dazu ist es vorteilhaft, wenn ein weiteres Kennfeld hinterlegt wird, aus dem eine für das Schließen des Spaltes notwendige Größe des Prä-Spannungspulses ausgelesen werden kann.
Die Aktoreinheit kann daher basierend auf der hochgenauen Messung in dem Erfassungsverfahren mit dem genannten Prä-Spannungspuls betrieben werden, sodass zum jeweiligen Zeitpunkt, zu dem die Einspritzung starten soll, ein reproduzierbarer spaltfreier Zustand zwischen Piezostapel und Injektorventilbaugruppe er¬ reicht ist. Die Einspritzansteuerung kann somit völlig unab- hängig von einer Absolutlänge des Piezostapels, von
Verschließerscheinungen usw. sein. Dadurch können negative Störgrößen wie die Absolutlängenveränderung des Piezostapels und Verschleißerscheinungen, insbesondere an dem Nadelsitz, eliminiert werden, und es ergibt sich ein reproduzierbares Öffnungs- und Schließverhalten der Injektornadel.
Gleichzeitig kann durch den benötigen Prä-Spannungspuls auch erfasst werden, wann der Spalt durch Beaufschlagung mit dem Prä-Spannungspuls nicht mehr kompensiert werden kann, sodass eine Wartung nötig ist. In diesem Fall kann ein Signal als Verschleißanzeiger nach außen abgegeben werden.
Vorzugsweise wird der Prä-Spannungspuls aus der mit dem Er- fassungsverfahren ermittelten Spaltgröße bestimmt, wobei der Prä-Spannungspuls insbesondere bei jedem Betätigungszyklus der Injektorventilbaugruppe neu bestimmt wird. So kann auch die sich über die Lebensdauer verändernde Spaltgröße kontinuierlich über die Lebensdauer der Anordnung kompensiert werden.
Vorzugsweise wird das Erfassungsverfahren in einem ersten Betätigungszyklus der Injektorventilbaugruppe durchgeführt, wobei das Beaufschlagen der Aktoreinheit mit dem
Prä-Spannungspuls zu einem dem ersten Betätigungszyklus zeitlich nachgelagerten zweiten Betätigungszyklus der
Injektorventilbaugruppe durchgeführt wird. Daher wird vor¬ teilhaft mit dem Erfassungsverfahren zunächst erfasst, wie groß die Spaltgröße derzeit ist, sodass der nötige Prä-Spannungspuls ermittelt werden kann. Erst in dem nächsten Betätigungszyklus wird dieser Prä-Spannungspuls verwendet, um den Spalt zu kompensieren .
Dabei ist es vorteilhaft, wenn der Prä-Spannungspuls so früh an die Aktoreinheit gegeben wird, dass ein Spannungspuls zum Öffnen der Injektornadel ohne Zeitverzögerung wie vorgesehen an die Aktoreinheit ausgegeben werden kann. Beispielsweise kann der Prä-Spannungspuls auch bereits sofort nach Durchführung des Erfassungsverfahrens gegeben werden, auch wenn die eigentliche nachfolgende Einspritzung erst zeitlich deutlich später erfolgen soll.
Es ist vorteilhaft, wenn der erste Betätigungszyklus und der zweite Betätigungszyklus zeitlich unmittelbar aufeinander folgen . Insgesamt umfasst ein Gesamt-Inj ektor einen Aktor, eine Ventilbaugruppe mit einem Ventilsitz und mit einem Ventilkolben, sowie eine Düse mit einem Düsensitz und einer Nadel.
Eine Injektoreinheit zum Einspritzen von Kraftstoff in eine Brennkammer einer Brennkraftmaschine weist eine
Injektorventilbaugruppe mit einer Injektornadel auf, wobei die Injektornadel mit einem Nadelsitz ein Injektorventil bildet. Weiter weist die Injektoreinheit einen Piezostapel mit einer Aktoreinheit und einer Sensoreinheit auf, die kraftschlüssig miteinander gekoppelt sind. Die Sensoreinheit ist dabei zum Erfassen von an der Aktoreinheit wirkenden Kräftegradienten ausgebildet, und die Aktoreinheit ist zum Betätigen der
Injektorventilbaugruppe ausgebildet. Zwischen dem Piezostapel und der Injektorventilbaugruppe ist ein Spalt mit einer un¬ bekannten Spaltgröße ausgebildet. Weiter ist eine Steuereinheit vorgesehen, die zum Erfassen eines Spannungssignals der Sensoreinheit und zum Beaufschlagen der Aktoreinheit mit einem Spannungspuls ausgebildet ist. Die Steuereinheit ist dabei zum Ausführen des oben beschriebenen Erfassungsverfahrens bzw. zum Ausführen des oben beschriebenen Ansteuerverfahrens ausge¬ bildet . Dazu weist die Steuereinheit beispielsweise die beiden genannten Kennfelder auf, sowie Mittel, um Spannungsgradienten des Spannungssignals der Sensoreinheit zu erfassen. Weiter weist die Steuereinheit vorteilhaft Elemente auf, mit denen aus ver¬ schiedenen Parametern die Spaltgröße des Spaltes und die nötige Größe des Prä-Spannungspulses zum Schließen des Spaltes er¬ mittelt werden können. Zusätzlich weist die Steuereinheit vorteilhaft eine Ausgabeeinrichtung auf, um Spannungspulse an die Aktoreinheit auszugeben, sodass diese sich in ihrer Länge entlang der Aktoreinheitlängsachse verändern kann. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigt: Fig. 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer Injektoreinheit mit einem Piezostapel und einer Injektorventilbaugruppe, wobei die
Injektoreinheit gemäß dem direkt betriebenen Funk¬ tionsprinzip funktioniert;
Fig. 2 eine schmematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer Injektoreinheit mit einem
Piezostapel und einer Injektorventilbaugruppe, wobei die Injektoreinheit gemäß dem Funktionsprinzip des Servobetriebes funktioniert;
Fig. 3 eine schematische Längsschnittdarstellung durch den
Piezostapel aus Fig. 1 und Fig. 2 in größerem Detail; Fig. 4 ein Flussdiagramm, das ein Erfassungsverfahren zum
Erfassen einer Spaltgröße eines Spaltes zwischen dem Piezostapel und der Injektorventilbaugruppe in Fig. 1 und Fig. 2 darstellt; Fig. 5 ein Flussdiagramm, das ein Ansteuerungsverfahren einer Aktoreinheit in dem Piezostapel aus den Fig. 1 - Fig. 3 zum Überwinden des gemäß Fig. 4 erfassten Spaltes darstellt, und Fig. 6 eine schematische Darstellung einer Steuereinheit, die zum Ausführungen des Erfassungsverfahrens gemäß Fig. 4 bzw. des Ansteuerungsverfahrens gemäß Fig. 5 ausgebildet ist. Fig. 1 und Fig. 2 zeigen jeweils schematische Darstellungen einer Injektoreinheit 10, die zum Einspritzen von Kraftstoff in eine Brennkammer einer Brennkraftmaschine verwendet wird. Die Injektoreinheit 10 weist eine Injektorventilbaugruppe 12 sowie einen Piezostapel 14 auf, mit dem die Injektorventilbaugruppe 12 betätigt werden kann. In der Injektorventilbaugruppe 12 ist eine Injektornadel 16 angeordnet, die mit einem Nadelsitz 18 so zusammenwirkt, dass sich ein Injektorventil 20 bildet. Hebt sich die Injektornadel 16 von dem Nadelsitz 18 ab, wird das
Injektorventil 20 geöffnet, und es kann Kraftstoff in die jeweilige Brennkammer, die mit der Injektoreinheit 10 verbunden ist, eingespritzt werden. Kommt die Injektornadel 16 jedoch wieder in Kraftschluss mit dem Nadelsitz 18, ist das
Injektorventil 20 verschlossen, und die Einspritzung von Kraftstoff ist beendet.
Der Piezostapel 14 weist, wie später anhand von Fig. 3 genauer erläutert wird, eine Aktoreinheit 22 und eine Sensoreinheit 24 auf. Diese sind entlang einer Aktoreinheitlängsachse 26 übereinander in dem Piezostapel 14 angeordnet, wobei die
Sensoreinheit 24 über der Aktoreinheit 22 (vgl. Fig. 3) oder auch unter der Aktoreinheit 22 angeordnet sein kann.
Der Piezostapel 14 ist mit einer Steuereinheit 28 verbunden, die einerseits Spannungssignale von der Sensoreinheit 24 erfassen kann, andererseits aber auch Spannungspulse an die Aktoreinheit 22 ausgeben kann, sodass diese sich entlang der
Aktoreinheitlängsachse 26 ausdehnt. Eine solche Ausdehnung entlang der Aktoreinheitlängsache 25 führt dazu, dass sich der Piezostapel 14, beispielsweise über einen daran befestigten Pin 30, auf die Injektorventilbaugruppe 12 zu bewegt. Dabei wird ein Spalt 32 überwunden, der im eingebauten Zustand der Injektorventilbaugruppe 12 bzw. des Piezostapels 14 immer vorhanden ist, und sich auch über die Lebensdauer der einzelnen Elemente in seiner Spaltgröße 34 verändert. Ist der Spalt 32 überwunden, und lenkt sich die Aktoreinheit 22 weiter entlang der Aktoreinheitlängsachse 26 aus, wird über eine Betriebseinheit 36 durch die von dem
Piezostapel 14 auf die Betriebseinheit 36 wirkende Kraft die Injektornadel 16 aus dem Nadelsitz 18 gehoben. Wird die
Spannungsbeaufschlagung der Aktoreinheit 22 beendet, zieht diese sich wieder entlang der Aktoreinheitlängsachse 26 zusammen, sodass der Kontakt zwischen Injektorventilbaugruppe 12 und
Piezostapel 14 beendet wird, und die Injektornadel 16 wieder in den Nadelsitz 18 zurückkehren kann.
In Fig. 1 ist dabei ein direkt betriebenes Funktionssystem gezeigt, bei dem die Betriebseinheit 36 die Injektornadel 16 bei einer Kraftbeaufschlagung von dem Piezostapel 14 her über Hebel 38 aus dem Nadelsitz 18 hebt.
Fig. 2 zeigt eine alternative Ausgestaltung, bei der die Injektoreinheit 10 über einen Servobetrieb funktioniert, wobei die Betriebseinheit 36 eine flüssigkeitgefüllte Steuerkammer 40 aufweist, die eine Schließkraft durch den in der Steuerkammer 40 vorhandenen Flüssigkeitsdruck auf die Injektornadel 16 ausübt, und diese so in dem Nadelsitz 18 hält. Bei Kontakt des
Piezostapels 14 über den Pin 30 mit einem Ventilelement 42 der Betriebseinheit 36 wird ein Flüssigkeitsdruck in der Steuerkammer 40 abgebaut, sodass sich die Injektornadel 16 aus dem Nadelsitz 18 heben kann. Fig. 3 zeigt eine schematische Längsschnittdarstellung des Piezostapels 14 aus Fig. 1 und Fig. 2 in größerem Detail.
Der Piezostapel 14 weist die Aktoreinheit 22 und die Sensor¬ einheit 24 auf, die entlang der Aktoreinheitlängsachse 26 in dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel übereinander angeordnet sind, und zwar derart, dass die Sensoreinheit 24 auf der Seite der Aktoreinheit 22 angeordnet ist, die der
Injektorventilbaugruppe 12 abgewandt ist. Es ist jedoch auch eine umgekehrte Anordnung von Aktoreinheit 22 und Sensoreinheit 24 möglich .
Die Aktoreinheit 22 umfasst eine Mehrzahl an Elektrodenschichten und eine Mehrzahl an auf Anlegen eines elektrischen Feldes reagierenden Werkstoffschichten, die entlang der
Aktoreinheitlängsachse 26 abwechselnd übereinander gestapelt angeordnet sind. Die Elektrodenschichten und die Werkstoff¬ schichten sind in Fig. 3 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt. Die elektrische Kontaktierung der Elektroden- schichten erfolgt über Außenelektroden 44, welche über elektrische Leiter 46 mi den Elektrodenschichten elektrisch verbunden sind. Eine Kontaktierung der Außenelektrode 44 kann jedoch auch anders erfolgen. Die Außenelektroden 44 sind mit der Steuereinheit 28 verbunden, die über die Außenelektroden 44 Spannungspulse an die Aktoreinheit 22 abgeben kann, sodass diese sich entlang der Aktoreinheitlängsachse 26 ausdehnt. Die Aktoreinheit 22 ist kraftschlüssig mit der Sensoreinheit 24 verbunden. Auch die Sensoreinheit 24 weist vorteilhaft einen Sensorkörper 48 auf, der beispielsweise aus dem gleichen Werkstoff, der auch die Werkstoffschichten der Aktoreinheit 22 bildet, gebildet ist. An dem Sensorkörper 48 sind Elektro¬ denschichten 50 angeordnet, und zwar insbesondere an zwei sich gegenüberliegenden Seitenflächen 52, die entlang der
Aktoreinheitlängsachse 26 angeordnet sind. Die Elektroden- schichten 50 sind mit einer Spannungsmesseinrichtung 54 verbunden, die ein Spannungssignal der Sensoreinheit 24 an die Steuereinheit 28 weiterleitet. Dadurch, dass die Steuereinheit 28 Spannungssignale der Sen¬ soreinheit 24, vermittelt über die Spannungsmesseinrichtung 54, erfassen kann, können sämtliche Kräftegradienten, die innerhalb des Piezostapels 14 auftreten, von der Steuereinheit 28 erfasst werden.
Dadurch ist es möglich, mit der Steuereinheit 28 auch ein Erfassungsverfahren durchzuführen, mit dem die Spaltgröße 34 des Spaltes 32 zwischen der Injektorventilbaugruppe 12 und dem Piezostapel 14 zuverlässig erfasst werden kann.
Ein Flussdiagramm zum Erfassen dieser Spaltgröße 34 ist dazu in Fig. 4 dargestellt. Zunächst wird dabei ein erster Zeitpunkt ti erfasst, zu dem die Beaufschlagung der Aktoreinheit 22 mit einem Spannungspuls ausgehend von der Steuereinheit 24 erfolgt. Danach wird erfasst, wann zu einem zweiten Zeitpunkt t2 in einem Spannungssignal, das von der Sensoreinheit 24 zu der Steuereinheit 28 gemeldet wird, ein Spannungsgradient dU auftritt. Aus den beiden Zeitpunkten tl, t2 kann dann die Zeitdauer At erfasst werden, die bis zum Auftreten des Spannungsgradienten dU vergangen ist. Unter Heranziehung eines ersten Kennfeldes Ki, das die Spaltgröße 34 in Abhängigkeit der Zeitdauer At setzt, kann dann die zum aktuellen Zeitpunkt vorliegende Spaltgröße 34 ermittelt werden. Gleichzeitig wird das Spannungssignal der Sensoreinheit 24 weiter von der Steuereinheit 28 erfasst, sodass ein dritter Zeitpunkt t3 ermittelt werden kann, zu dem ein weiterer
Spannungsgradient dU auftritt, nämlich dann, wenn sich die Injektornadel 16 von dem Nadelsitz 18 abhebt. Um den zweiten Zeitpunkt t2 von dem dritten Zeitpunkt t3 unterscheiden zu können, wird das Vorzeichen des Spannungsgradienten herangezogen, der zum Zeitpunkt t2 positiv, und zum Zeitpunkt t3 negativ ist. Im weiteren Verlauf kann vor allem bei direkt angetriebenen Injektoreinheiten auch in einem vierten Zeitpunkt t4 ein weiterer Spannungsgradient dU erfasst, der ein positives Vorzeichen hat, was auf ein Schließen der Injektornadel 16 zurückzuführen ist.
In Fig. 5 ist ein Flussdiagramm dargestellt, das ein An- steuerungsverfahren schematisch zeigt, mit dem die Aktoreinheit 22 über die Steuereinheit 28 angesteuert werden kann. Dabei wird zunächst, wie mit Bezug auf Fig. 4 beschrieben, die Spaltgröße 34 des Spaltes 32 zwischen der Injektorventilbaugruppe 12 und dem Piezostapel 14 ermittelt. Aus einem zweiten Kennfeld K2, das eine Größe eines notwenigen Prä-Spannungspulses zum Schließen des Spaltes 32 in Abhängigkeit der ermittelten Spaltgröße 34 setzt, wird dann die Größe des Prä-Spannungspulses ermittelt, die notwendig ist, um den Spalt 32 zu schließen.
In einem nachfolgenden Schritt wird dann die Aktoreinheit 22 mit diesem Prä-Spannungspuls beaufschlagt. Nachfolgend wird dann die Aktoreinheit 22 mit einem Öffnungspuls beaufschlagt, um die Injektornadel 16 von dem Nadelsitz 18 abzuheben.
Die Steuereinheit 28 ist ausgebildet, sowohl das in Fig. 4 dargestellte Ermittlungsverfahren als auch das in Fig. 5 dargestellte Ansteuerungsverfahren durchzuführen. Dazu weist die Steuereinheit 28, wie in Fig. 6 schematisch dargestellt ist, die Kennfelder Ki und K2 auf. Weiter ist eine Erfassungseinrichtung 56 zum Erfassen eines Spannungsgradienten dU in dem Spannungssignal von der Sensoreinheit 24 vorgesehen. Zusätzlich umfasst die Steuereinheit 28 eine Zeitmesseinrichtung 58 und eine Ausgabeeinrichtung 60, die eine Öffnungspulsausgabeeinrichtung 62 umfasst, von welcher ein Öffnungspuls an die Aktoreinheit 22 zum Öffnen der Injektornadel 16 ausgegeben wird. Die Öff- nungspulsausgabeeinrichtung 62 gibt ein Signal an die Zeitmesseinrichtung 58, wenn sie einen Öffnungspuls an die Aktoreinheit 22 ausgegeben hat. Die Erfassungseinrichtung 56 gibt ein Signal an die Zeitmesseinrichtung 58, wenn über die Sensoreinheit 24 ein Spannungsgradient dU ermittelt worden ist. Daraus kann die Zeitmesseinrichtung 58 die Zeitdauer At be- stimmen.
In der Steuereinheit 28 ist weiter eine Ermittlungseinheit 64 vorgesehen, die die Spaltgröße 34 ermitteln kann. Dazu wird ihr aus der Zeitmesseinrichtung 58 die erfasste Zeitdauer At sowie das Kennfeld Ki und die Größe des Öffnungspulses zugeführt. Aus diesen Daten ist es möglich, die Spaltgröße 34 zu ermitteln, da das Kennfeld Ki die Spaltgröße 34 in Abhängigkeit setzt von der Zeitdauer At und der Größe des Öffnungspulses. Weiter ist in der Steuereinheit 28 eine Bestimmungseinheit 66 vorgesehen, um die Größe des Prä-Spannungspulses zu bestimmen, und zwar anhand der ermittelten Spaltgröße 34 und des zweiten Kennfeldes K2, das den notwendigen Prä-Spannungspuls zum Schließen des Spaltes 32 in Abhängigkeit setzt zu der ermittelten Spaltgröße 34. Die Ausgabeeinrichtung 60 umfasst neben der Öffnungspulsausgabeeinrichtung 62 auch eine
Prä-Spannungspulsausgabeeinrichtung 68, der der bestimmte Prä-Spannungspuls aus der Bestimmungseinheit 66 zugeführt wird. Die Prä-Spannungspulsausgabeeinrichtung 68 gibt dann ein Signal an die Aktoreinheit 22 aus, die dem bestimmten Prä-Spannungspuls entspricht, sodass die Aktoreinheit 22 sich derart entlang der Aktoreinheitlängsachse 26 ausdehnen kann, dass der Spalt 32 verschwindet .

Claims

Patentansprüche
1. Erfassungsverfahren zum Erfassen einer Spaltgröße eines Spaltes zwischen einer Injektorventilbaugruppe (12) einer Brennkraftmaschine und einem Piezostapel (14) zum Betätigen der Injektorventilbaugruppe (12), aufweisend die Schritte:
Bereitstellen eines Piezostapels (14) mit einer
Aktoreinheit (22) und einer Sensoreinheit (24), die kraft¬ schlüssig miteinander gekoppelt sind, wobei die Sensoreinheit (24) zum Erfassen von an der Aktoreinheit (22) wirkenden Kräftegradienten ausgebildet ist;
Bereitstellen einer Injektorventilbaugruppe (12), die im Betrieb über die Aktoreinheit (22) betätigt wird, wobei die Injektorventilbaugruppe (12) und der Piezostapel (14) über einen Spalt (32) mit unbekannter Spaltgröße (34) voneinander beabstandet angeordnet sind;
Erfassen eines Spannungssignals der Sensoreinheit (24); Beaufschlagen der Aktoreinheit (22) mit einem definierten Spannungspuls, sodass sich die Aktoreinheit (22) unter Ver- ringerung des Spaltes (32) entlang einer Aktoreinheitlängsachse (26) auslenkt;
Erfassen einer Zeitdauer (At) der Spannungspulsbeaufschlagung der Aktoreinheit ausgehend von einem ersten Zeitpunkt (ti) , in dem die Spannungspulsbeaufschlagung beginnt, bis zu einem zweiten Zeitpunkt (t2) , in dem in dem erfassten Span¬ nungssignal der Sensoreinheit (24) ein Spannungsgradient (dU) auftritt ;
Ermitteln der Spaltgröße (34) des Spaltes (32) aus der erfassten Zeitdauer (At) und dem definierten Spannungspuls.
2. Erfassungsverfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet , dass die Spaltgröße (34) des Spaltes (32) zwischen dem Piezostapel (14) und der Injektorventilbaugruppe (12) bei jedem Betätigungszyklus der Injektorventilbaugruppe (12) erfasst wird.
3. Erfassungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dem zweiten Zeitpunkt (t2) ein positiver Spannungsgradient (dU) in dem Spannungssignal der Sensoreinheit (24) erfasst wird.
4. Erfassungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in einem dritten Zeitpunkt (t3) , in demeine Injektornadel (16) der Injektorventilbaugruppe (12) von einem Nadelsitz (18) abhebt, ein zweiter Spannungsgradient (dU) in dem Spannungssignal der Sensoreinheit (24) erfasst wird, wobei insbesondere ein negativer Spannungsgradient (dU) in dem Spannungssignal der Sensoreinheit (24) erfasst wird.
5. Erfassungsverfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass in einem vierten Zeitpunkt (t4) , in dem die Inj ektornadel (16) in Kraftschluss mit dem Nadelsitz (18) kommt, ein dritter Spannungsgradient (dU) in dem Spannungssignal der Sensoreinheit (24) erfasst wird, wobei zwischen dem vierten Zeitpunkt (t4) und dem zweiten Zeitpunkt (t2) der dritte Zeitpunkt (t3) liegt, wobei in dem vierten Zeitpunkt (t4) insbesondere ein positiver Spannungsgradient (dU) in dem Spannungssignal der Sensoreinheit (24) erfasst wird.
6. Ansteuerungsverfahren zum Ansteuern einer Aktoreinheit (22) in einem Piezostapel (14) zum Betätigen einer
Injektorventilbaugruppe (12) in einer Brennkraftmaschine, wobei die Aktoreinheit (22) mit einem vorbestimmten Öffnungsspan- nungspuls zum Abheben einer Injektornadel (16) der
Injektorventilbaugruppe (12) von einem Nadelsitz (18) beauf¬ schlagt wird, wobei vor der Beaufschlagung der Aktoreinheit (22) mit dem Öffnungsspannungspuls die folgenden Schritte durch¬ geführt werden:
Durchführen des Erfassungsverfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zum Erfassen einer Spaltgröße (34) eines Spaltes (32) zwischen dem Piezostapel (14) und der
Injektorventilbaugruppe (12);
Beaufschlagen der Aktoreinheit (22) mit einem
Prä-Spannungspuls zum Schließen des Spaltes (32) zwischen der Aktoreinheit (22) und der Injektorventilbaugruppe (12).
7. Ansteuerungsverfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass der Prä-Spannungspuls aus der mit dem Erfassungsverfahren ermittelten Spaltgröße (34) bestimmt wird, wobei der Prä-Spannungspuls insbesondere bei jedem Be- tätigungszyklus der Injektorventilbaugruppe (12) neu bestimmt wird .
8. Ansteuerungsverfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Erfassungsverfahren in einem ersten Betätigungszyklus der Injektorventilbaugruppe (12) durchgeführt wird, und dass das Beaufschlagen der Aktoreinheit (22) mit dem Prä-Spannungspuls zu einem dem ersten Betäti¬ gungszyklus zeitlich nachgelagerten zweiten Betätigungszyklus der Injektorventilbaugruppe (12) durchgeführt wird.
9. Ansteuerungsverfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass der erste Betätigungszyklus und der zweite Betätigungszyklus zeitlich unmittelbar aufeinander folgen .
10. Injektoreinheit (10) zum Einspritzen von Kraftstoff in eine Brennkammer einer Brennkraftmaschine, aufweisend: eine Injektorventilbaugruppe (12) mit einer Injektornadel (16), wobei die Injektornadel (16) mit einem Nadelsitz (18) ein Injektorventil (20) bildet;
einen Piezostapel (14) mit einer Aktoreinheit (22) und einer Sensoreinheit (24), die kraftschlüssig miteinander gekoppelt sind, wobei die Sensoreinheit (24) zum Erfassen von an der Aktoreinheit (22) wirkenden Kräftegradienten ausgebildet ist, und wobei die Aktoreinheit (22) zum Betätigen der
Injektorventilbaugruppe (12) ausgebildet ist;
wobei zwischen dem Piezostapel (14) und der
Injektorventilbaugruppe (12) ein Spalt (32) mit einer unbe¬ kannten Spaltgröße (34) ausgebildet ist;
eine Steuereinheit (28), die zum Erfassen eines Span¬ nungssignals der Sensoreinheit (24) und zum Beaufschlagen der Aktoreinheit (22) mit einem Spannungspuls ausgebildet ist, wobei die Steuereinheit (28) zum Ausführen des Erfassungs¬ verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 und/oder zum Ausführen des Ansteuerverfahrens nach einem der Ansprüche 9 ausgebildet ist .
EP16741260.0A 2015-09-09 2016-07-06 Erfassungsverfahren zum erfassen einer spaltgrösse eines spaltes zwischen einer injektorventilbaugruppe und einem piezostapel sowie ansteuerungsverfahren zum ansteuern einer aktoreinheit in einem piezostapel Active EP3347584B8 (de)

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PCT/EP2016/066021 WO2017041923A1 (de) 2015-09-09 2016-07-06 ERFASSUNGSVERFAHREN ZUM ERFASSEN EINER SPALTGRÖßE EINES SPALTES ZWISCHEN EINER INJEKTORVENTILBAUGRUPPE UND EINEM PIEZOSTAPEL SOWIE ANSTEUERUNGSVERFAHREN ZUM ANSTEUERN EINER AKTOREINHEIT IN EINEM PIEZOSTAPEL

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