WO2003001049A1 - Injektor mit piezo-aktuator - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to an injector for an injection system of an internal combustion engine, which has a piezo actuator, a control valve, a nozzle needle and a detection means for detecting the presence or opening of the piezo actuator on the control valve.
  • the injector with piezo actuator shown therein also has a detection means. This consists of an electrical contact and a compensator circuit. The electrical contact is created by the contact surfaces of the piezo actuator and the control valve. When the piezo actuator is in contact with the control valve, a closed circuit is created from the piezo actuator / control valve to the compensator circuit.
  • the problem with this solution is the isolation of the piezo actuator within the injector and the changing contact resistance due to deposits.
  • the object of the invention is to determine the opening and closing times more reliably in the case of an injector with a piezo actuator.
  • the detection means comprises a piezo element. This is preferably integrated in the piezo actuator. One element of the piezo actuator is therefore used for force measurement.
  • a gap is provided between the piezo actuator and the control valve. Changes in length of the piezo actuator Due to the temperature, the injector does not necessarily open.
  • the presence / opening of the piezo actuator is recognized by the fact that a measurement voltage applied to the piezo element exceeds a limit value.
  • the measured voltage determined is then set as decisive for the further control of the injector.
  • a weighted measurement voltage is determined from a predeterminable number of determined measurement voltages and this is set as decisive for the further control of the injector.
  • the invention offers the advantage of a corresponding durability of the injector. Due to the precise, reproducible knowledge of the opening behavior of the injector, cylinder-specific regulation of the injection is possible. As a follow-up reaction, the torque contributions and the peak pressure of the individual cylinders can be adjusted to one another.
  • Figure 1 is a sectional view of the injector
  • Figure 2 is a schematic diagram for the mechanical translation
  • the injector 1 shows a sectional view of an injector.
  • the general function of the injector is assumed to be known in the following.
  • the injector 1 consists of a base body 7, a nozzle 5 and a union nut 6.
  • a nozzle needle 9 is arranged inside the nozzle 5.
  • a piezo actuator 2 and a control valve 8 with a valve body 10 are located within the base body 7.
  • the state of the nozzle needle 9, that is to say the injection time and the injection quantity, is determined via the electrical actuation of the piezo actuator.
  • a piezo element 3 of the piezo actuator 2 is used here
  • a measurement voltage Um of the piezo element 3 is evaluated by an electronic control unit (EDC) 4.
  • EDC electronice control unit
  • the level of the measurement voltage Um changes. If the measurement voltage exceeds a limit value, this is recognized by the electronic control unit 4. This measuring voltage is then set as decisive for the further control of the injector.
  • a weighted measuring voltage is determined from a predeterminable number of determined measuring voltages. This can e.g. B. arithmetic averaging. The weighted measuring voltage is then used as decisive for the further operation of the injector.
  • FIG 2 shows a schematic diagram for a mechanical translation in the injector 1.
  • the mechanical translation is exemplified as a lever 11 with sections A and B.
  • a valve 13 is opened against the force of a closing device 12.
  • the pressure level p of the fuel is present at the valve 13.
  • the lever 1 1 is shown in dashed lines in the open position.
  • the piezo actuator 2 is deactivated, the valve 13 is closed again via the closing device 12.
  • the use of a mechanical translation offers the advantage that the piezo actuator can be made shorter.
  • the injector is securely closed via the locking device 12 even if the electronic control fails.
  • the invention offers the advantage that it is easy to carry out.
  • the wear-free determination of the application of the piezo actuator is a corresponding one

Abstract

Für eine Brennkraftmaschine wird ein Injektor ( 1) mit Piezo-Aktuator (2) vorgeschlagen. zusätz/ich ist ein Erkennungsmittel zum Erkennen des Anliegens oder Öffnens des Piezo-Aktuators (2) an einem Steuerventil (8) vorgesehen. Das Erkennungsmittel wiederum umfasst ein Piezo-Element (3).

Description

Injektor mit Piezo-Aktuator
Die Erfindung betrifft einen Injektor für ein Einspritzsystem einer Brennkraftmaschine, der einen Piezo-Aktuator, ein Steuerventil, eine Düsennadel und ein Erkennungsmittel zum Erkennen des Anliegens oder Öffnens des Piezo-Aktuators am Steuerventil aufweist.
Bei der Verwendung eines Injektors mit Piezo-Aktuator tritt in der Praxis das Problem auf, dass sich die Länge des Piezo-Aktuators über der Temperatur verändert. Diese temperaturabhängige Längenänderung des Piezo-Aktuators verursacht ein uneinheitliches Offnungs- bzw. Schließverhalten des Injektors und bewirkt einen nicht reproduzierbaren Einspritzzeitpunkt und Einspritzverlauf.
Eine Lösung für die beschriebene Problematik ist aus der DE 199 29 589 A1 bekannt. Der darin dargestellte Injektor mit Piezo-Aktuator besitzt zusätzlich ein Erkennungsmittel. Dieses besteht aus einem elektrischen Kontakt und einer Kompensatorschaltung. Der elektrische Kontakt entsteht durch die Berührungsflächen des Piezo-Aktuators und des Steuerventils. Bei Anliegen des Piezo-Aktuators am Steuerventil entsteht somit ein geschlossener Stromkreis von Piezo-Aktuator/Steuerventil zur Kompensatorschaltung. Problematisch bei dieser Lösung ist die Isolation des Piezo-Aktuators innerhalb des Injektors sowie der sich verändernde Übergangswiderstand auf Grund von Ablagerungen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde bei einem Injektor mit Piezo-Aktuator den Offnungs- bzw. Schließzeitpunkt sicherer zu bestimmen.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des ersten Anspruchs gelöst. Die Ausgestaltung hierzu sind in den Unteransprüchen dargestellt.
Die Erfindung sieht vor, dass das Erkennungsmittel ein Piezo-Element umfasst. Vorzugsweise ist dieses im Piezo-Aktuator integriert. Ein Element des Piezo-Aktuators wird also zur Kraftmessung verwendet. Im Ausgangszustand ist ein Spalt zwischen dem Piezo- Aktuator und dem Steuerventil vorgesehen. Längenänderungen des Piezo-Aktuators aufgrund der Temperatur führen somit nicht zwangsweise zu einem Öffnen des Injektors. Das Anliegen/Öffnen des Piezo-Aktuators wird daran erkannt, dass eine am Piezo-Element anliegende Messspannung einen Grenzwert übersteigt. Die ermittelte Messspannung wird sodann als maßgeblich für die weitere Ansteuerung des Injektors gesetzt. Alternativ ist vorgesehen, dass aus einer vorgebbaren Anzahl von ermittelten Messspannungen eine gewichtete Messspannung bestimmt wird und diese als maßgeblich für die weitere Ansteuerung des Injektors gesetzt wird. Die Erfindung bietet den Vorteil einer entsprechenden Dauerhaltbarkeit des Injektors. Durch die genaue, reproduzierbare, Kenntnis des Öffnungsverhaltens des Injektors ist eine zylinderindividuelle Regelung der Einspritzung möglich. Als Folgereaktion können die Momenten-Beiträge und der Spitzendruck der einzelnen Zylinder einander angepasst werden.
In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt. Es zeigt:
Figur 1 ein Schnittbild des Injektors
Figur 2 eine Prinzipdarstellung für die mechanische Übersetzung
In der Figur 1 ist ein Schnittbild eines Injektors dargestellt. Die allgemeine Funktion des Injektors wird im folgenden als bekannt vorausgesetzt. Der Injektor 1 besteht aus einem Grundkörper 7, einer Düse 5 und einer Überwurfmutter 6. Innerhalb der Düse 5 ist eine Düsennadel 9 angeordnet. Innerhalb des Grundkörpers 7 befindet sich ein Piezo-Aktuator 2 und ein Steuerventil 8 mit einem Ventilkörper 10. Über die elektrische Ansteuerung des Piezo-Aktuators wird der Zustand der Düsennadel 9, also der Einspritzzeitpunkt und die Einspritzmenge, bestimmt. Ein Piezo-Element 3 des Piezo-Aktuators 2 wird hierbei zur
Kraftmessung verwendet. Anstelle eines Piezo-Aktuators kann selbstverständlich auch ein mechanisch oder elektromagnetisch aktivierbare Betätigungseinrichtung verwendet werden. Eine Messspannung Um des Piezo-Elements 3 wird von einem elektronischen Steuergerät (EDC) 4 ausgewertet. Im Ausgangszustand besteht zwischen dem Steuerventil 8 und dem Piezo-Element 3 ein Spalt s, siehe hierzu Ansicht x. Über diesen Spalt s werden Längenänderungen des Piezo-Aktuators 2 ausgeglichen. Wenn das Piezo-Element 3 am Steuerventil 8 zur Anlage kommt, ändert sich der Pegel der Messspannung Um. Wenn die Messspannung Um einen Grenzwert übersteigt, wird dies vom elektronischen Steuergerät 4 erkannt. Für die weitere Ansteuerung des Injektors wird sodann diese Messspannung als maßgeblich gesetzt. Als Alternative ist vorgesehen, dass aus einer vorgebbaren Anzahl von ermittelten Messspannungen eine gewichtete Messspannung bestimmt wird. Dies kann z. B. über arithmetische Mittelwertbildung erfolgen. Die gewichtete Messspannung wird sodann als maßgeblich für den weiteren Betrieb des Injektors verwendet.
Figur 2 zeigt eine Prinzipdarstellung für eine mechanische Übersetzung im Injektor 1. Die mechanische Übersetzung ist exemplarisch als Hebel 11 mit den Abschnitten A und B dargestellt. Bei Aktivierung des Piezo-Aktuators 2 wird ein Ventil 13 entgegen der Kraft einer Schließeinrichtung 12 geöffnet. An dem Ventil 13 steht das Druckniveau p des Kraftstoffs an. In Figur 2 ist der Hebel 1 1 in der geöffneten Stellung gestrichelt dargestellt. Bei Deaktivierung des Piezo-Aktuators 2 wird über die Schließeinrichtung 12 das Ventil 13 wieder geschlossen. Die Verwendung einer mechanischen Übersetzung bietet den Vorteil, dass der Piezo-Aktuator kürzer ausgeführt werden kann. Über die Schließeinrichtung 12 wird der Injektor auch bei Ausfall der elektronischen Ansteuerung sicher geschlossen.
Die Erfindung bietet den Vorteil, dass diese einfach auszuführen ist. Über die verschleißfreie Bestimmung des Anliegens des Piezo-Aktuators ist eine entsprechende
Dauerhaltbarkeit des Injektors gegeben. Hierdurch kann eine zylinderindividuelle Regelung der Einspritzung realisiert werden.
Bezugszeichenliste
Injektor
Piezo-Aktuator
Piezo-Element elektronisches Steuergerät (EDC)
Düse
Überwurfmutter
Grundkörper
Steuerventil
Düsennadel
Ventilkörper
Hebel
Schließvorrichtung
Ventil

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Injektor für ein Einspritzsystem einer Brennkraftmaschine, der einen Piezo- Aktuator, ein Steuerventil, eine Düsennadel und ein Erkennungsmittel zum Erkennen des Anliegens oder Öffnens des Piezo-Aktuators am Steuerventil aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Erkennungsmittel ein Piezo-Element (3) umfasst.
2. Injektor (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Piezo- Element (3) im Piezo-Aktuator (2) integriert wird.
3. Injektor (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Anliegen/Öffnen des Piezo-Aktuators (2) erkannt wird, wenn eine am Piezo-Element (3) anliegende Messspannung (Um) einen Grenzwert (GW) übersteigt (Um>GW).
4. Injektor (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelte Messspannung (Um) als maßgeblich für die weitere Ansteuerung des Injektors (1) gesetzt wird.
5. Injektor (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass aus einer vorgebbare Anzahl (i) von ermittelten Messspannungen (Um(i)) ein gewichtete
Messspannung (Um(MW)) bestimmt wird und als maßgeblich für die weitere Ansteuerung des Injektors (1) gesetzt wird.
6. Injektor (1) nach einem der vorausgegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Injektor (1) eine mechanische Übersetzung angeordnet wird, mittels der ein Wirkhub des Piezo-Aktuators (2) auf eine Schließvorrichtung (12) übersetzt wird.
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