WO2000025020A1 - Vorrichtung zur konstantsteuerung piezoelektrischer aktuatoren für kraftstoffeinspritzsysteme - Google Patents
Vorrichtung zur konstantsteuerung piezoelektrischer aktuatoren für kraftstoffeinspritzsysteme Download PDFInfo
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Definitions
- Constant control device for piezoelectric actuators for fuel injection systems is a Constant control device for piezoelectric actuators for fuel injection systems.
- the invention relates to a device for constant control of a piezoelectric actuator for fuel injection systems according to the preamble of claim 1.
- piezoelectric actuators To control fuel injection valves for internal combustion engines, the use of piezoelectric actuators is known, whose piezo stack, which is variable in length under the action of an electrical control voltage, is used to actuate the valve member (DE-Al-195 31 652).
- piezoelectric actuators as is known, significant hysteresis effects occur during an operating cycle between an electrical voltage applied to the piezo stack for receiving electrical charge and the elongation thus generated on the piezo stack. Due to this dielectric hysteresis, the high demands on the precision of the actuating movement in fuel injection valves can only be met inadequately with piezoelectric actuators.
- the object of the invention is to provide a piezoelectric actuator for To create valve control of internal combustion engines with constant actuator function under different operating and operating conditions
- a method is proposed according to the invention which advantageously keeps the stroke function of a piezoelectric actuator constant through precise control of the electrical charge absorption.
- Influences of external mechanical and / or thermal variables on the actuator, such as the fuel pressure and the engine temperature, are advantageous according to the invention Eliminated by the fact that these are detected by sensors and are used as parameters in the actuator control. Such sensors are usually present in modern engine control. A sensory detection of the operating hours can compensate for aging effects of the piezo actuator
- the figure shows a block diagram of a device for constant control of a piezoelectric actuator
- the device shown in the figure consists of the piezo actuator 1, a control unit 2, a charge generator 3 and sensors 4
- the charge generator 3 transmits to the piezo stack (not shown in the block diagram) of the piezo actuator 1 a charge quantity ⁇ Q predetermined by the control unit 2, which leads to a change in length on the piezo stack.
- current operating and operating conditions of the internal combustion engine are detected with sensors 4 and fed to the control unit, in which they are used for a computer-aided parameterization of the strain curve.
- the engine temperature T, the fuel pressure P and the operating hours h are recorded as operating and operating conditions.
- the charge generator 3 is designed as a time-controlled constant current source.
- the duty cycle ⁇ t for controlling the amount of charge ⁇ Q emitted by the constant current source is calculated by the control unit 2 and supplied to the constant current source.
- the constant current source instead of the constant current source, other controllable charge generators can also be used, which generate a time-defined current profile.
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Abstract
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen piezoelektrischen Aktuator für die Ventilsteuerung von Brennkraftmaschinen mit konstanter Aktuatorfunktion bei unterschiedlichen Einsatz- und Betriebsbedingungen zu schaffen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die elektrische Stellgröße die zur Längenveränderung auf den Piezo-Stack übertragene elektrische Ladungsgmenge ist, die von einem Ladungsgenerator (3) erzeugt und bezüglich der Ladungsmenge von einer Steuereinheit (2) gesteuert ist und daß auf den Piezo-Aktuator (1) einwirkende Einsatz- und Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine von Sensoren (4) erfaßt und der Steuereinheit (2) zu einer Parametrisierung der Ladungsmengensteuerung zugeführt sind. Die Erfindung findet Anwendung zur Konstantsteuerung eines piezoelektrischen Aktuators in einem Kraftstoffeinspritzsystem für Brennkraftmaschinen, dessen Piezo-Stack mittels einer elektrischen Stellgröße längenveränderlich ist und mittels dieser Längenveränderbarkeit eine Betätigung eines Kraftstoffventils in dem Einspritzsystem bewirkt.
Description
Vorrichtung zur Konstantsteuerung piezoelektrischer Aktuatoren für Kraftstofϊeinspritzsysteme.
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Konstantsteuerung eines piezoelektrischen Aktuators für KraftstofFeinspritzsysterne gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Zur Steuerung von Kraftstoffeinspritzventilen für Brennkraftmaschinen ist die Verwendung von piezoelektrischen Aktuatoren bekannt, deren unter Einwirkung einer elektrischen Steuerspannung längenveränderlicher Piezo-Stack zur Betätigung des Ventilgliedes dient ( DE-Al-195 31 652). Bei piezoelektrischen Aktuatoren treten während eines Betriebszyklus bekannterweise deutliche Hystereseeffekte zwischen einer an den Piezo- -Stack zur Aufnahme von elektrischer Ladung angelegten elektrischen Spannung und der damit am Piezo-Stack erzeugten Dehnung auf. Durch diese dielektrische Hysterese sind mit piezoelektrischen Aktuatoren die hohen Anforderungen an die Präzision der Stellbewegung bei Kraftstoff- einspritzventilen nur unzureichend erfüllbar.
Weiterhin ist eine Konstantsteuerung der Aktuatoren durch wechselnde Einsatz- und Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschinen, wie z.B. Last und Temperatur und durch Alterungseffekte des Piezo-Stacks beeinträchtigt.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen piezoelektrischen Aktuator für die
Ventilsteuerung von Brennkraftmaschinen mit konstanter Aktuatorfünktion bei unterschiedlichen Einsatz- und Betriebsbedingungen zu schaffen
Diese Aufgabe wird erfindungsgemaß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelost Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteran- spruchen angegeben
Wird bei einer Piezo-Keramik die aufgenommene elektrische Ladungsmenge gegenüber der Dehnung aufgetragen, so ist zwischen der Ladungsmenge und der damit erzeugten Dehung keine dielektrische Hysterese feststellbar Die Hysterese tritt nur zwischen der aufgenommenen elektrische Ladung und einer die Ladungsaufnahme treibenden elektrischen Spannung auf
Der Dehnungsverlauf S(Q) - mit S für die relative Dehnung der Keramik und Q für die von der Keramik aufgenommenen elektrische Ladungsmenge kann bekannterweise durch eine mathematische Funktion wiedergegeben werden, die einem quadratischen Ansatz S = a ( Q-Q0)2 folgt
Auf diesen Sachverhalt aufbauend wird erfindungsgemaß ein Verfahren vorgeschlagen, das vorteilhaft die Hubfünktion eines piezoelektrischen Aktuators durch eine präzise Steuerung der elektrischen Ladungsaufnahme konstant halt Einfluße externer mechanischer und/oder thermischer Großen auf den Aktuator, wie z B der Treibstoffdruck und die Motortemperatur, werden erfindungsgemaß vorteilhaft dadurch eliminiert, daß diese über Sensoren erfaßt und als Parameter in die Aktuatorsteuerung Eingang finden Derartige Sensoren sind in modernen Motorsteuerung üblicherweise vorhanden Über eine sensorische Erfassung der Betriebsstundendauer sind Alterunsgeffekte des Piezo-Aktuators kompensierbar
Im folgenden wird die Erfindung anhand einer Abbildung naher erläutert
Die Abbildung zeigt als Blockschaltbild eine Vorrichtung zur Konstantsteuerung eines piezoelektirschen Aktuators
Die in der Abbildung gezeigte Vorrichtung besteht aus dem Piezo-Aktuator 1 , einer Steuereinheit 2, einem Ladungsgenerator 3 und Sensoren 4
Der Ladungsgenerator 3 übertragt auf den in dem Blockschaltbild nicht gezeigten Piezo-Stack des Piezo- Aktuators 1 eine von der Steuereinheit 2 vorgegebene Ladungsmenge ΔQ, die zu einer Längenänderung am Piezo-Stack führt.
Die Steuereinheit 2 ermittelt diese Ladungsmenge aus einem typischen, in der Steuereinheit 2 resistent abgespeicherten Dehnungsverlauf S = a (Q-Q0 ) 2 des verwendeten Piezo-Stacks. Zusätzlich werden aktuelle Einsatz- und Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine mit Sensoren 4 erfaßt und der Steuereinheit zugeführt, in der diese zu einer computergestützten Parametrisie- rung des Dehnungsverlaufes benutzt werden. In dem Ausführungsbeispiel sind als Einsatz- und Betriebsbedingungen die Motortemperatur T, der Treibstoffdruck P und die Betriebsstundendauer h erfaßt.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Ladungsgenerator 3 als eine zeitgesteuerte Konstantstromquelle ausgebildet. Die Einschaltdauer Δt zur Steuerung der von der Konstantstromquelle abgegebenen Ladunsgmenge ΔQ ist von der Steuereinheit 2 berechnet und der Konstantstromquelle zugeführt. Anstelle der Konstantstromquelle sind auch andere steuerbare Ladungsgeneratoren verwendbar, die einen zeitlich definierten Stromverlauf erzeugen.
Claims
1. Vorrichtung zur Konstantsteuerung eines piezoelektrischen Aktuators in einem Kraftstoffeinspritzsystem für Brennkraftmaschinen dessen Piezo-Stack mittels einer elektrischen Stellgröße längenveränderlich ist und mittels dieser Längenveränderbarkeit eine axiale Verschiebung eines Kraftstoffventils in dem Einspritzsystem bewirkt , dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Stellgröße die zur Längenveränderung auf den Piezo-Stack übertragene elektrische Ladungsmenge ( ΔQ ) ist, die von einem Ladungsgenerator (3) erzeugt und bezüglich der Ladungsmenge von einer Steuereinheit (2) gesteuert ist und daß auf den Piezo-Aktuator (1) einwirkende Einsatz- und Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine von Sensoren (4) erfaßt und der Steuereinheit (2) zu einer Parametrisierung der Ladungsmengensteuerung zugeführt sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ladungsgenerator (3) eine von der Steuereinheit (2) zeitgesteuerte Konstantstromquelle ist.
3.Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Einsatz- und Betriebsbedingungen die Motortem- peratur T, der Treibstoffdruck P und die Betriebsstundendauer h erfaßt sind.
GEÄNDERTE ANSPRÜCHE
[beim Internationalen Büro am 10. April 2000 (10.04.00) eingegangen; ursprünglicher Anspruch 1 geändert; alle weiteren Ansprüche unverändert (1 Seite)]
1. Vorrichtung zur Konstantsteuerung eines piezoelektrischen Aktuators in einem Kraftstoffeinspritzsystem für Brennkraftmaschinen dessen Piezo-Stack mittels einer durch eine Steuereinheit über von Sensoren erfaßte Einsatz- und Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine parametrisierte elektrische Stellgröße längenveränderlich ist und mittels dieser Längenveränderbarkeit eine axiale Verschiebung eines Kraftstoffventils in dem Einspritzsystem bewirkt, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Stellgröße die zur Längenveränderung auf den Piezo-Stack übertragene elektrische Ladungsmenge (ΔQ) ist, die von einem Ladungsgenerator (3) erzeugt ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ladungsgenerator (3) eine von der Steuereinheit (2) zeitgesteuerte Kontantstromquelle ist.
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als
Einsatz- und Betriebsbedingungen die Motortemperatur T, der Treibstoffdruck P und die Betriebsstundendauer h erfaßt sind.
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