WO2015074793A1 - Verfahren zum betreiben eines piezo-servo-injektors - Google Patents

Verfahren zum betreiben eines piezo-servo-injektors Download PDF

Info

Publication number
WO2015074793A1
WO2015074793A1 PCT/EP2014/070963 EP2014070963W WO2015074793A1 WO 2015074793 A1 WO2015074793 A1 WO 2015074793A1 EP 2014070963 W EP2014070963 W EP 2014070963W WO 2015074793 A1 WO2015074793 A1 WO 2015074793A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
force
piezo actuator
servo valve
injector
change
Prior art date
Application number
PCT/EP2014/070963
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hong Zhang
Original Assignee
Continental Automotive 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 Continental Automotive Gmbh filed Critical Continental Automotive Gmbh
Priority to US15/038,681 priority Critical patent/US10253712B2/en
Priority to CN201480063676.3A priority patent/CN105723084B/zh
Priority to KR1020167013027A priority patent/KR101835244B1/ko
Publication of WO2015074793A1 publication Critical patent/WO2015074793A1/de

Links

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
    • F02D41/30Controlling fuel injection
    • F02D41/38Controlling fuel injection of the high pressure type
    • F02D41/40Controlling fuel injection of the high pressure type with means for controlling injection timing or duration
    • F02D41/401Controlling injection timing
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M47/00Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure
    • F02M47/02Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure of accumulator-injector type, i.e. having fuel pressure of accumulator tending to open, and fuel pressure in other chamber tending to close, injection valves and having means for periodically releasing that closing pressure
    • F02M47/027Electrically actuated valves draining the chamber to release the closing pressure
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M63/00Other fuel-injection apparatus having pertinent characteristics not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00; Details, component parts, or accessories of fuel-injection apparatus, not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M39/00 - F02M61/00 or F02M67/00; Combination of fuel pump with other devices, e.g. lubricating oil pump
    • F02M63/0012Valves
    • F02M63/0014Valves characterised by the valve actuating means
    • F02M63/0015Valves characterised by the valve actuating means electrical, e.g. using solenoid
    • F02M63/0026Valves characterised by the valve actuating means electrical, e.g. using solenoid using piezoelectric or magnetostrictive actuators
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M63/00Other fuel-injection apparatus having pertinent characteristics not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00; Details, component parts, or accessories of fuel-injection apparatus, not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M39/00 - F02M61/00 or F02M67/00; Combination of fuel pump with other devices, e.g. lubricating oil pump
    • F02M63/0012Valves
    • F02M63/0031Valves characterized by the type of valves, e.g. special valve member details, valve seat details, valve housing details
    • F02M63/0043Two-way valves
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M63/00Other fuel-injection apparatus having pertinent characteristics not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00; Details, component parts, or accessories of fuel-injection apparatus, not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M39/00 - F02M61/00 or F02M67/00; Combination of fuel pump with other devices, e.g. lubricating oil pump
    • F02M63/0012Valves
    • F02M63/0059Arrangements of valve actuators
    • F02M63/0068Actuators specially adapted for partial and full opening of the valves
    • 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
    • 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
    • F02D2041/2055Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils characterised by the control of the circuit with means for determining actual opening or closing time
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2200/00Input parameters for engine control
    • F02D2200/02Input parameters for engine control the parameters being related to the engine
    • F02D2200/06Fuel or fuel supply system parameters
    • F02D2200/0614Actual fuel mass or fuel injection amount
    • F02D2200/0616Actual fuel mass or fuel injection amount determined by estimation
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M2547/00Special features for fuel-injection valves actuated by fluid pressure
    • F02M2547/006Springs assisting hydraulic closing force
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M2547/00Special features for fuel-injection valves actuated by fluid pressure
    • F02M2547/008Means for influencing the flow rate out of or into a control chamber, e.g. depending on the position of the needle
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40Engine management systems

Definitions

  • the present invention relates to a method for operating an injector of an internal combustion engine, the nozzle needle of which is operated by a piezoelectric actuator via a servo valve.
  • the nozzle needle of the injector is not in direct communication with a piezo actuator, through the expansion and contraction of the opening and closing movement of the nozzle needle is generated, but between the nozzle needle and piezo actuator is a servo valve whose valve ⁇ body with the piezo actuator is in communication and is lifted by the elongation of the actuator of a valve seat. This is done against the force of a valve spring which presses the valve body against the valve seat. By lifting the valve body of the servo valve from the valve seat is a fuel flow, which leads to actuation of the associated nozzle needle.
  • Servo valve movement as well as the nozzle needle movement are precisely controlled to achieve the injection of a precisely metered amount of fuel. This is done, for example, so that the nozzle needle closing timing is determined and regulated. After closing the servo valve, a voltage must still be applied to the piezo actuator so that the actuator remains in force contact with the servo valve. However, this requires that the idle stroke of the piezo actuator is known. Therefore, the idle stroke is adapted at the same time (via the
  • the present invention has for its object to provide a method of the type described, with a particularly high metering accuracy of the injector can be achieved.
  • Piezo actuator is eliminated by maintaining a permanent direct power connection between the piezo actuator and the servo valve, so that a force change is transmitted to the servo valve by valve space pressure change when opening and closing the servo valve and closing the nozzle needle of the injector always as a force change on the piezo actuator, and that the resulting voltage and / or capaci ⁇ turgis selectedung the piezo actuator is detected and from this parameters are determined, with which the injected by the injector injection quantity is controlled.
  • the invention is based on the idea to eliminate the idle stroke of the piezo actuator and thereby always achieve a direct power connection between the piezo actuator and servo valve, whereby always a feedback signal when Düsenna- delscheller or when opening / closing the servo valve is available , According to the invention is therefore always a
  • Piezo actuator is transmitted, so that in this way a Changing the force acting on the acting as a sensor piezoelectric actuator in this case, and thus a change in the voltage and / or capacity is caused. From this voltage and / or capacity change, parameters are then determined with which the injection quantity delivered by the injector is regulated.
  • the method according to the invention is therefore characterized by high accuracy, can be carried out quickly and has great robustness.
  • Piezo actuator the opening or closing time of the
  • Servo valve and / or the closing time of the nozzle needle determined.
  • the determination of these times can be carried out with the inventive method in a particularly accurate manner.
  • the corresponding ascertained actual times can be compared with the desired times stored in the control device of the internal combustion engine and adjusted so that the injection quantity follows the setpoint quantity.
  • the injection time and / or the discharge time of the piezoelectric actuator can be regulated.
  • the electrical voltage produced thereby at the piezoactuator can be used, wherein the force can be calculated from the electrical voltage.
  • the setting can be ended when the force has reached the setpoint.
  • the permanent direct-power connection is generated by increasing the spring force for the servo valve. For example, while the previously used spring force of 10 N according to the invention is increased to 100-140 N.
  • the permanent direct-power connection is established by adjusting the valve-seat stiffness relative to the stiffness of the piezoactuator, in particular to two-four times the value thereof.
  • adjusting or dimensioning the stiffness K_sitz of the valve seat at the closing edge as a function of the stiffness K_piezo of the piezo actuator particular care is taken that K_seat is not too large compared to K_piezo, so that with a variation of the actuator elongation relative to the
  • K_sitz should not be smaller than K_piezo so that there is sufficient valve lift in the open state in the case of a piezo drive.
  • the valve seat stiffness is adjusted or designed so that it is two to four times as large as the stiffness of the piezo actuator (eg, from today's 75 N / micron to 30 N / micrometre over 10 N / micron from the piezo actuator) ,
  • the permanent direct ⁇ force connection when mounting the injector without hydraulic force is adjusted so that the power connection between
  • Piezo actuator and servo valve after terminals of the injector in the associated cylinder of the internal combustion engine, taking into account the clamping force on the injector body is a fraction, in particular about half, the spring force.
  • the valve seat closing force should be without rail pressure, for example, at a spring force of 140 N, be about 70 N.
  • the force connection between the piezoactuator and the mushroom valve is preferably also 70 N, so that with a variation of the piezo-strain by post-polarization and / or by temperature change with respect to the injector body still
  • the permanent direct-power connection is set so that it is ensured even at the lowest working pressure, for example at 150 bar.
  • the generation of the permanent sealing force connection stabilizes the piezo-polarization.
  • the power connection between the actuator and servo valve is also used to stabilize the piezo-polarization.
  • the actuator expands when the piezo-Nachpolarisation more, the force on the actuator by the force connection between the actuator and
  • Figure 1 is a schematic sectional view of a
  • Figure 2 is a block diagram illustrating a method for
  • FIG. 1 shows part of an injector of an internal combustion engine whose nozzle needle (not shown) is of a type
  • Piezo actuator 1 is operated via a servo valve 2.
  • the servo valve 2 has a mushroom-shaped valve body 3, which cooperates with a valve seat 4.
  • a spring 5 presses the valve body 3 against the valve seat 4.
  • this expands in the figure down and moves in this way the valve body 3 of the servo valve 2 by the force of the spring 5 in down the figure, so that between valve seat 4 and valve body 3, a flow channel is released through which fuel flow and thereby cause a movement of a nozzle needle, not shown, for initiating an injection process.
  • a force acting by a valve chamber pressure change during opening and closing of the servo valve 2 and the closing of the nozzle needle on the servo valve 2 change in force is therefore always transmitted as a change in force on the piezo actuator 1 and makes itself as voltage and / or Capa ⁇ zticians selectedung of a sensor acting piezo actuator 1 noticeable.
  • This change can be detected, and from this parameters can be determined, with which the injected by the injector injection quantity is controlled.
  • FIG. 2 schematically shows the individual steps of the method according to the invention.
  • the spring force for the servo valve 2 is increased in step 10
  • the power connection between piezo -Aktuator 1 and servo valve 2 after terminals of the injector in the associated cylinder of the internal combustion engine taking into account the clamping force on the injector set so that the force connection is about half of the spring force.
  • step 14 the servo valve 2 is then opened and closed and the nozzle needle is closed.
  • step 15 the resulting voltage and / or capacitance change of the piezoactuator is detected. From this, corresponding parameters are determined in step 16, for example the charging time, the charge ⁇ energy, the injection time and the discharge time, which are then controlled in step 17 so that the injection amount ⁇ Ein always follows the target amount.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Electrically Driven Valve-Operating Means (AREA)

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Betreiben eines Injektors einer Brennkraftmaschine, dessen Düsennadel von einem Piezo-Aktuator über ein Servoventil betrieben wird, beschrieben. Der Leerhub des Piezo-Aktuators wird durch Aufrechterhaltung einer permanenten Direktkraftanbindung zwischen Piezo-Aktuator und Servoventil eliminiert, so dass eine Kraftänderung auf das Servoventil durch Ventilraumdruckänderung beim Öffnen und Schließen des Servoventils und beim Schließen der Düsennadel des Injektors immer als Kraftänderung auf den Piezo-Aktuator übertragen wird. Die hierdurch bewirkte Spannungs-und/oder Kapazitätsänderung des Piezo-Aktuators wird erfasst, und hieraus werden Parameter ermittelt, mit denen die vom Injektor abgegebene Einspritzmenge geregelt wird. Auf diese Weise lässt sich eine besondere hohe Mengendosierungsgenauigkeit erreichen.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Betreiben eines Piezo-Servo-Inj ektors Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Injektors einer Brennkraftmaschine, dessen Düsennadel von einem Piezo-Aktuator über ein Servoventil betrieben wird.
Bei derartigen Injektoren steht die Düsennadel des Injektors nicht in direkter Verbindung mit einem Piezo-Aktuator, durch dessen Dehnung und Kontraktion die Öffnungs- und Schließbewegung der Düsennadel erzeugt wird, sondern zwischen Düsennadel und Piezo-Aktuator befindet sich ein Servoventil, dessen Ventil¬ körper mit dem Piezo-Aktuator in Verbindung steht und der durch die Dehnung des Aktuators von einem Ventilsitz abgehoben wird. Dies erfolgt gegen die Kraft einer Ventilfeder, die den Ventilkörper gegen den Ventilsitz presst. Durch Abheben des Ventilkörpers des Servoventils vom Ventilsitz erfolgt ein Kraftstofffluss , der zu Betätigung der zugehörigen Düsennadel führt.
Bei derartigen Injektoren muss sowohl der Verlauf der
Servoventilbewegung als auch der der Düsennadelbewegung genau geregelt werden, um die Einspritzung einer genau dosierten Kraftstoffmenge zu erreichen. Dies wird beispielsweise so durchgeführt, dass der Düsennadelschließzeitpunkt bestimmt und geregelt wird. Dazu muss nach dem Schließen des Servoventils noch eine Spannung am Piezo-Aktuator anliegen, damit der Aktuator weiterhin mit dem Servoventil in Kraftkontakt bleibt. Dies setzt aber voraus, dass der Leerhub des Piezo-Aktuators bekannt ist. Daher wird gleichzeitig der Leerhub adaptiert (über den
Druckabfall oder über die Frequenz/Amplitudenänderung des Piezo-Aktuators während der Ansteuerung) . Dieses bekannte Adaptionsverfahren ist jedoch relativ langsam, und die Genauigkeit und Robustheit sind abhängig von Betriebsbedingungen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs geschilderten Art zu schaffen, mit dem eine besonders hohe Mengendosierungsgenauigkeit des Injektors erzielt werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren der angegebenen Art dadurch gelöst, dass der Leerhub des
Piezo-Aktuators durch Aufrechterhaltung einer permanenten Direktkraftanbindung zwischen Piezo-Aktuator und Servoventil eliminiert wird, so dass eine Kraftänderung auf das Servoventil durch Ventilraumdruckänderung beim Öffnen und Schließen des Servoventils und beim Schließen der Düsennadel des Injektors immer als Kraftänderung auf de Piezo-Aktuator übertragen wird, und dass die hierdurch bewirkte Spannungs- und/oder Kapazi¬ tätsänderung des Piezo-Aktuators erfasst wird und hieraus Parameter ermittelt werden, mit denen die vom Injektor abgegebene Einspritzmenge geregelt wird.
Die Erfindung basiert auf dem Grundgedanken, den Leerhub des Piezo-Aktuators zu eliminieren und dadurch immer eine Direktkraftanbindung zwischen Piezo-Aktuator und Servoventil zu erreichen, wodurch immer ein Feedback-Signal beim Düsenna- delschließen bzw. beim Öffnen/Schließen des Servoventils zur Verfügung steht. Erfindungsgemäß wird daher immer eine
Kraftanbindung zwischen Piezo-Aktuator und Servoventil sichergestellt, und zwar auch beim kleinsten Arbeitsdruck. Durch diesen Kraftanschluss wird immer dafür gesorgt, dass die auf das Servoventil einwirkende Kraftänderung, verursacht durch eine Ventilraumdruckänderung beim Öffnen oder Schließen des
Servoventils und beim Schließen der Düsennadel, auf den
Piezo-Aktuator übertragen wird, so dass auf diese Weise eine Änderung der auf den in diesem Fall als Sensor wirkenden Piezo-Aktuator einwirkenden Kraft und somit eine Änderung von dessen Spannung und/oder Kapazität verursacht wird. Aus dieser Spannung- und oder Kapazitätsänderung werden dann Parameter ermittelt, mit denen die vom Injektor abgegebene Einspritzmenge geregelt wird. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich daher durch eine hohe Genauigkeit aus, ist rasch durchführbar und weist eine große Robustheit auf. Vorzugsweise werden durch Ermittlung und Auswertung der
Spannungs-, Kapazitäts- und/oder Kraftänderung am
Piezo-Aktuator der Öffnungs- oder Schließzeitpunkt des
Servoventils und/oder der Schließzeitpunkt der Düsennadel ermittelt. Die Bestimmung dieser Zeitpunkte kann mit dem er- findungsgemäßen Verfahren auf besonders genaue Weise erfolgen. Die entsprechenden ermittelten IST-Zeitpunkte können mit den in der Steuereinrichtung der Brennkraftmaschine hinterlegten SOLL-Zeitpunkten verglichen werden und so eingeregelt werden, dass die Einspritzmenge der Soll-Menge folgt. Um dies zu er- reichen, können insbesondere die Ladezeit und/oder Ladeenergie des Piezo-Aktuators , die Einspritzzeit und/oder die Entladezeit des Piezo-Aktuators geregelt werden.
Zur Einstellung der für die permanente Direktkraftanbidnung benötigten Kraft zwischen Piezo-Aktuator und Servoventil kann die dadurch am Piezo-Aktuator entstehende elektrische Spannung verwendet werden, wobei die Kraft aus der elektrischen Spannung berechnet werden kann. Die Einstellung kann beendet werden, wenn die Kraft den Sollwert erreicht hat.
Es gibt verschiedene bevorzugte Methoden, um die permanente Dichtkraftanbindung zwischen Piezo-Aktuator und Servoventil zu erreichen. Diese Methoden können getrennt voneinander aber auch in Kombination durchgeführt werden. Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die permanente Direktkraftanbindung durch Erhöhung der Federkraft für das Servoventil erzeugt. Beispielsweise wird dabei die bisher eingesetzte Federkraft von 10 N erfindungsgemäß auf 100-140 N erhöht.
Bei einer weitern Ausführungsform der Erfindung wird die permanente Direktkraftanbindung durch Einstellung der Ventilsitzsteifigkeit relativ zur Steifigkeit des Piezo-Aktuators, insbesondere auf den zwei- vierfachen Wert derselben, erzeugt. Bei der Einstellung bzw. Auslegung der Steifigkeit K_sitz des Ventilsitzes an der Schließkante in Abhängigkeit von der Steifigkeit K_piezo des Piezo-Aktuators wird insbesondere darauf geachget, dass K_sitz gegenüber K_piezo nicht zu groß wird, damit bei einer Variation der Aktuator-Dehnung gegenüber dem
Injektorkörper durch Piezo-Nachpolarisation/ Depolarisation bzw. durch Temperaturänderung immer noch ein Kraftschluss zwischen Piezo-Aktuator und Servoventil entsteht. Andererseits soll K_sitz nicht kleiner als K_piezo sein, damit bei einer Piezo-Ansteuerung ausreichender Ventillift im geöffneten Zustand besteht . Vorzugsweise wird daher die Ventilsitzsteifigkeit so eingestellt bzw. ausgelegt, dass sie zwei- bis viermal so groß ist wie die Steifigkeit des Piezo-Aktuators (z.B. von heute 75 N/Mikrometer auf 30 N/Mikrometer gegenüber 10 N/Mikrometer vom Piezo-Aktuator) .
Bei noch einer anderen Variante wird die permanente Direkt¬ kraftanbindung beim Montieren des Injektors ohne hydraulische Kraft so eingestellt, dass die Kraftanbindung zwischen
Piezo-Aktuator und Servoventil nach Klemmen des Injektors in den zugehörigen Zylinder der Brennkraftmaschine unter Berücksichtigung der Klemmkraft auf den Injektorkörper ein Bruchteil, insbesondere etwa die Hälfte, der Federkraft beträgt. Mit anderen Worten, die Ventilsitz-Schließkraft soll ohne Rail-Druck, beispielsweise bei einer Federkraft von 140 N, etwa 70 N betragen. Die Kraftanbindung zwischen Piezo-Aktuator und Pilzventil beträgt hierbei vorzugsweise auch 70 N, damit bei einer Variation der Piezo-Dehnung durch Nachpolarisation und/oder durch Tem- peraturänderung gegenüber dem Injektorkörper immer noch
Kraftschluss zwischen Aktuator und Servoventil bzw. eine ge¬ nügende Ventilsitzschließkraft besteht.
In jedem Fall wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren si- chergestellt , dass die permanente Direktkraftanbindung so eingestellt wird, dass sie selbst bei kleinstem Arbeitsdruck sichergestellt wird, beispielsweise bei 150 bar.
Vorzugsweise wird durch die Erzeugung der permanenten Dicht- kraftanbindung die Piezo-Polarisation stabilisiert. Hierbei wird daher die Kraftanbindung zwischen Aktuator und Servoventil auch zur Stabilisierung der Piezo-Polarisation eingesetzt. Insbesondere wird hierbei, wenn sich der Aktuator bei Erhöhung der Piezo-Nachpolarisation mehr ausdehnt, die Kraft auf den Aktuator durch die Kraftanbindung zwischen Aktuator und
Servoventil erhöht, was zu einer Senkung der Piezo-Nachpolarisation und somit zu weniger Aktuator-Dehnung führt. Das Gleiche gilt umgekehrt auch im Fall der Piezo-Depolarisation . Somit wird die Piezo-Nachpolarisation bzw. -Depolarisation sehr stark eingeschränkt, was zur Konstanthaltung der Länge des Piezo-Aktuators ohne Ansteuerung beim jeweiligen Betriebspunkt beiträgt .
Während des Motorbetriebes wird nach Entladen des Piezo-Ak- tuators vorzugsweise kein Kurzschluss des Aktuators bis zur nächsten Einspritzung durchgeführt, damit die Änderung der Spannung durch Kraftänderung sichtbar bleibt. Mit dem auf diese Weise ausgebildeten Injektor kann auch leicht eine Leckage durch Steuerung der Piezo-Spannung erzeugt werden, ohne dass sich die Düsennadel öffnet. Dies wird genutzt, um Rail-Druck ohne PDV/PCV (Druckablassventil) auf den Sollwert abzubauen, bei kleiner Einspritzmengenanforderung insbesondere im Fall der Abschaltung der Einspritzung.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines
Ausführungsbeispieles in Verbindung mit der Zeichnung
Einzelnen erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Schnittdarstellung eines
Teiles eines Injektors mit Piezo-Aktuator und Servoventil; und
Figur 2 ein Blockdiagramm, das ein Verfahren zum
Betreiben eines Injektors zeigt.
Figur 1 zeigt einen Teil eines Injektors einer Brennkraftma- schine, dessen Düsennadel (nicht gezeigt) von einem
Piezo-Aktuator 1 über ein Servoventil 2 betrieben wird. Das Servoventil 2 besitzt einen pilzförmigen Ventilkörper 3, der mit einem Ventilsitz 4 zusammenwirkt. Eine Feder 5 presst den Ventilkörper 3 gegen den Ventilsitz 4. Beim Anlegen einer elektrischen Spannung an den Piezo-Aktuator 1 dehnt sich dieser in der Figur nach unten aus und bewegt auf diese Weise den Ventilkörper 3 des Servoventils 2 durch die Kraft der Feder 5 in der Figur nach unten, so dass hierdurch zwischen Ventilsitz 4 und Ventilkörper 3 ein Strömungskanal freigegeben wird, durch den Kraftstoff fließen und hierdurch eine Bewegung einer nicht- gezeigten Düsennadel zur Initiierung eines Einspritzvorganges bewirken kann. Wenn die am Piezo-Aktuator 1 anliegende elektrische Spannung abgeschaltet wird, findet eine Kontraktion des Piezo-Aktuators statt, so dass der Ventilkörper 3 die Feder 5 in der Figur nach oben bewegt und das Servoventil 2 wieder geschlossen wird. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird dabei sichergestellt, dass ein zwischen dem Piezo-Aktuator 1 und dem Ventilkörper 3 auftretender Leerhub eliminiert und eine permanente Direkt¬ kraftanbindung zwischen Piezo-Aktuator 1 und Servoventil 2 aufrechterhalten wird. Eine durch eine Ventilraumdruckänderung beim Öffnen und Schließen des Servoventils 2 und beim Schließen der Düsennadel auf das Servoventil 2 einwirkende Kraftänderung wird daher immer als Kraftänderung auf den Piezo-Aktuator 1 übertragen und macht sich hier als Spannungs- und/oder Kapa¬ zitätsänderung des als Sensor wirkenden Piezo-Aktuators 1 bemerkbar. Diese Änderung kann erfasst werden, und hieraus können Parameter ermittelt werden, mit denen die vom Injektor abgegebene Einspritzmenge geregelt wird.
Figur 2 zeigt schematisch die einzelnen Schritte des erfin- dungsgemäßen Verfahrens. Um eine permanente Direktkraftanbindung zwischen Piezo-Aktuator und Servoventil herzustellen und aufrechtzuerhalten, wird in Schritt 10 die Federkraft für das Servoventil 2 erhöht, in Schritt 11 die Ventilsitzsteifigkeit relativ zur Steifigkeit des Piezo-Aktuators 1 eingestellt und/oder in Schritt 12 die Kraftanbindung zwischen Piezo-Aktuator 1 und Servoventil 2 nach Klemmen des Injektors in den zugehörigen Zylinder der Brennkraftmaschine unter Berücksichtigung der Klemmkraft auf den Injektorkörper so eingestellt, dass die Kraftanbindung etwa die Hälfte der Federkraft beträgt. Diese Maßnahmen werden in Schritt 13 entsprechend kombiniert, um die Aufrechterhaltung einer permanenten Direktkraftanbindung zwischen Piezo-Aktuator 1 und Servoventil 2 zu sorgen. In Schritt 14 wird das Servoventil 2 dann geöffnet und geschlossen und die Düsennadel geschlossen. In Schritt 15 wird die hierdurch bewirkte Spannungs- und/oder Kapazitätsänderung des Piezo-Ak- tuators erfasst. Hieraus werden in Schritt 16 entsprechende Parameter ermittelt, beispielsweise die Ladezeit, die Lade¬ energie, die Einspritzzeit sowie die Entladezeit, die dann in Schritt 17 entsprechend geregelt werden, damit die Ein¬ spritzmenge immer der Sollmenge folgt.

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Injektors einer Brennkraftmaschine, dessen Düsennadel von einem
Piezo-Aktuator über ein Servoventil betrieben wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Leerhub des
Piezo-Aktuators (1) durch Aufrechterhaltung einer permanenten Direktkraftanbindung zwischen
Piezo-Aktuator (1) und Servoventil (2) eliminiert wird, so dass eine Kraftänderung auf das Servoventil (2) durch Ventilraumdruckänderung beim Öffnen und Schließen des Servoventils (2) und beim Schließen der Düsennadel des Injektors immer als Kraftänderung auf den Piezo-Aktuator (1) übertragen wird, und dass die hierdurch bewirkte Spannungs- und/oder Kapazitätsänderung des
Piezo-Aktuators (1) erfasst wird und hieraus Parameter ermittelt werden, mit denen die vom Injektor abgegebene Einspritzmenge geregelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch Ermittlung und Auswertung der Spannungs-, Kapa- zitäts- und/oder Kraftänderung am Piezo-Aktuator (1) der Öffnungs- oder Schließzeitpunkt des Servoventils (2) und/oder der Schließzeitpunkt der Düsennadel ermittelt werden .
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladezeit und/oder Ladeenergie des
Piezo-Aktuators (1), die Einspritzzeit und/oder die Entladezeit des Piezo-Aktuators (1) geregelt werden.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Einstellung der für die permanente Dichtkraftanbindung benötigten Kraft zwi- sehen Piezo-Aktuator (1) und Servoventil (2) die dadurch am Piezo-Aktuator (1) entstehende elektrische Spannung verwendet wird, wobei die Kraft aus der elektrischen Spannung berechnet und die Einstellung beendet wird, wenn die Kraft den Sollwert erreicht hat.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die permanente Dichtkraft- anbindung durch Erhöhung der Federkraft für das
Servoventil (2) erzeugt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die permanente Dichtkraft- anbindung durch Einstellung der Ventilsteifigkeit relativ zur Steifigkeit des Piezo-Aktuators , insbesondere auf den zwei- bis vierfachen Wert derselben, erzeugt wird .
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die permanente Direkt- kraftanbindung beim Montieren des Injektors ohne hydraulische Kraft so eingestellt wird, dass die Kraft- anbindung zwischen Piezo-Aktuator (1) und Servoventil (2) nach Klemmen des Injektors in den zugehörigen Zylinder der Brennkraftmaschine unter Berücksichtigung der Klemmkraft auf den Injektorkörper ein Bruchteil, ins¬ besondere etwa die Hälfte, der Federkraft beträgt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass die permanente Direktkraft- anbindung so eingestellt wird, dass sie selbst bei kleinstem Arbeitsdruck sichergestellt wird.
9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass durch Erzeugung der perma nenten Dichtkraftanbindung die Piezo-Polarisation stabilisiert wird.
PCT/EP2014/070963 2013-11-21 2014-09-30 Verfahren zum betreiben eines piezo-servo-injektors WO2015074793A1 (de)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/038,681 US10253712B2 (en) 2013-11-21 2014-09-30 Method for operating a piezo servo injector
CN201480063676.3A CN105723084B (zh) 2013-11-21 2014-09-30 用于操作压电伺服喷射器的方法
KR1020167013027A KR101835244B1 (ko) 2013-11-21 2014-09-30 압전 서보 인젝터를 동작시키는 방법

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102013223764.2 2013-11-21
DE102013223764.2A DE102013223764B3 (de) 2013-11-21 2013-11-21 Verfahren zum Betreiben eines Piezo-Servo-Injektors

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2015074793A1 true WO2015074793A1 (de) 2015-05-28

Family

ID=51655734

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2014/070963 WO2015074793A1 (de) 2013-11-21 2014-09-30 Verfahren zum betreiben eines piezo-servo-injektors

Country Status (5)

Country Link
US (1) US10253712B2 (de)
KR (1) KR101835244B1 (de)
CN (1) CN105723084B (de)
DE (1) DE102013223764B3 (de)
WO (1) WO2015074793A1 (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180125008A (ko) * 2016-04-25 2018-11-21 콘티넨탈 오토모티브 게엠베하 압전-작동기를 센서로서 작동시키기 위한 방법 및 자동차
US10253712B2 (en) 2013-11-21 2019-04-09 Continental Automotive Gmbh Method for operating a piezo servo injector

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012204252B3 (de) * 2012-03-19 2013-08-29 Continental Automotive Gmbh Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffeinspritzsystems mit Druckabbau und Kraftstoffeinspritzsystem mit Einspritzventil mit Servoventil
DE102013208528B3 (de) * 2013-05-08 2014-08-21 Continental Automotive Gmbh Verfahren zur Ermittlung der Öffnungs- und/oder Schließzeit der Düsennadel eines Einspritzventils
DE102015206795A1 (de) * 2015-04-15 2016-10-20 Continental Automotive Gmbh Verfahren zum Betreiben eines piezogesteuerten direktbetätigten Einspritzventils
DE102015212085B4 (de) * 2015-06-29 2017-10-19 Continental Automotive Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung des minimalen hydraulischen Spritzabstandes eines Piezo-Servo-Injektors
DE102016206369B3 (de) * 2016-04-15 2017-06-14 Continental Automotive Gmbh Verfahren zum Ermitteln des Servoventilschließzeitpunktes bei piezogetriebenen Injektoren und Kraftstoffeinspritzsystem
DE102016206476B3 (de) 2016-04-18 2017-06-14 Continental Automotive Gmbh Verfahren zum Betreiben eines diesel-common-rail-piezobetriebenen Servoinjektors und Kraftfahrzeug
DE102017220912B3 (de) * 2017-11-23 2018-08-09 Continental Automotive Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung des Öffnungszeitpunktes des Servoventils eines Piezoinjektors
DE102020111787A1 (de) * 2020-04-30 2021-11-04 Liebherr-Components Deggendorf Gmbh Vorrichtung zur Zustandserfassung eines Kraftstoffinjektors

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001063121A1 (en) * 2000-02-11 2001-08-30 Delphi Technologies, Inc. A method for detecting injection events in a piezoelectric actuated fuel injector
DE10129375A1 (de) * 2001-06-20 2003-01-02 Mtu Friedrichshafen Gmbh Injektor mit Piezo-Aktuator
DE102012204252B3 (de) * 2012-03-19 2013-08-29 Continental Automotive Gmbh Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffeinspritzsystems mit Druckabbau und Kraftstoffeinspritzsystem mit Einspritzventil mit Servoventil
WO2013139725A1 (de) * 2012-03-19 2013-09-26 Continental Automotive Gmbh Verfahren zum betreiben eines kraftstoffeinspritzsystems mit regelung des einspritzventils zur erhöhung der mengengenauigkeit und kraftstoffeinspritzsystem
DE102012205573A1 (de) * 2012-04-04 2013-10-10 Continental Automotive Gmbh Bestimmen des zeitlichen Bewegungsverhaltens eines Kraftstoffinjektors basierend auf einer Auswertung des zeitlichen Verlaufs von verschiedenen elektrischen Messgrößen

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102005037361B4 (de) * 2005-08-08 2007-05-24 Siemens Ag Verfahren zur Ermittlung eines Ventilöffnungszeitpunkts
DE102011003751B4 (de) * 2011-02-08 2021-06-10 Vitesco Technologies GmbH Einspritzvorrichtung
DE102012204251B4 (de) * 2012-03-19 2013-12-12 Continental Automotive Gmbh Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffeinspritzsystems und Kraftstoffeinspritzsystem mit Einspritzventilen mit Piezo-Direktantrieb
DE102013223764B3 (de) 2013-11-21 2015-02-26 Continental Automotive Gmbh Verfahren zum Betreiben eines Piezo-Servo-Injektors

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001063121A1 (en) * 2000-02-11 2001-08-30 Delphi Technologies, Inc. A method for detecting injection events in a piezoelectric actuated fuel injector
DE10129375A1 (de) * 2001-06-20 2003-01-02 Mtu Friedrichshafen Gmbh Injektor mit Piezo-Aktuator
DE102012204252B3 (de) * 2012-03-19 2013-08-29 Continental Automotive Gmbh Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffeinspritzsystems mit Druckabbau und Kraftstoffeinspritzsystem mit Einspritzventil mit Servoventil
WO2013139725A1 (de) * 2012-03-19 2013-09-26 Continental Automotive Gmbh Verfahren zum betreiben eines kraftstoffeinspritzsystems mit regelung des einspritzventils zur erhöhung der mengengenauigkeit und kraftstoffeinspritzsystem
DE102012205573A1 (de) * 2012-04-04 2013-10-10 Continental Automotive Gmbh Bestimmen des zeitlichen Bewegungsverhaltens eines Kraftstoffinjektors basierend auf einer Auswertung des zeitlichen Verlaufs von verschiedenen elektrischen Messgrößen

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10253712B2 (en) 2013-11-21 2019-04-09 Continental Automotive Gmbh Method for operating a piezo servo injector
KR20180125008A (ko) * 2016-04-25 2018-11-21 콘티넨탈 오토모티브 게엠베하 압전-작동기를 센서로서 작동시키기 위한 방법 및 자동차
KR102128186B1 (ko) 2016-04-25 2020-06-29 콘티넨탈 오토모티브 게엠베하 압전-작동기를 센서로서 작동시키기 위한 방법 및 자동차

Also Published As

Publication number Publication date
US10253712B2 (en) 2019-04-09
DE102013223764B3 (de) 2015-02-26
KR101835244B1 (ko) 2018-03-06
CN105723084B (zh) 2018-12-14
KR20160073992A (ko) 2016-06-27
US20160298563A1 (en) 2016-10-13
CN105723084A (zh) 2016-06-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102013223764B3 (de) Verfahren zum Betreiben eines Piezo-Servo-Injektors
DE102008023373B4 (de) Verfahren zum Steuern eines Einspritzventils, Kraftstoff-Einspritzanlage und Verbrennungsmotor
EP1825124B1 (de) Verfahren zum steuern eines piezoelektrischen aktors und steuereinheit zum steuern eines piezoelektrischen aktors
DE102011075732B4 (de) Regelverfahren für ein Einspritzventil und Einspritzsystem
DE102011005285B4 (de) Verfahren zur Bestimmung des Leerhubes eines Piezoinjektors mit direkt betätigter Düsennadel
DE102012204272B4 (de) Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffeinspritzsystems mit Regelung des Einspritzventils zur Erhöhung der Mengengenauigkeit und Kraftstoffeinspritzsystem
DE102007033469B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Formung eines elektrischen Steuersignals für einen Einspritzimpuls
DE102006059070A1 (de) Kraftstoffeinspritzsystem und Verfahren zum Ermitteln eines Nadelhubanschlags in einem Kraftstoffeinspritzventil
DE102012204252B3 (de) Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffeinspritzsystems mit Druckabbau und Kraftstoffeinspritzsystem mit Einspritzventil mit Servoventil
EP1664511B1 (de) Verfahren zur bestimmung der ansteuerspannung eines piezoelektrischen aktors eines einspritzventils
WO2011144445A1 (de) Adaptive leerhubkompensation für kraftstoffeinspritzventile
DE102011075750B4 (de) Verfahren zum Ermitteln einer Position eines Verschlusselements eines Einspritzventils für eine Brennkraftmaschine
WO2013139671A1 (de) Verfahren zum betreiben eines kraftstoffeinspritzsystems und kraftstoffeinspritzsystem mit einspritzventilen mit piezo-direktantrieb
EP1551065B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Ansteuerspannung für einen piezoelektrischen Aktor eines Einspritzventils
DE102010023698A1 (de) Einspritzventil mit Direkt- und Servoantrieb
DE10310120B4 (de) Verfahren zur Bestimmung der auf einen Piezoaktor ausgeübten Last sowie Verfahren und Vorrichtung zur Ansteuerung eines Piezoaktors eines Steuerventils einer Pumpe-Düse-Einheit
DE102014212010A1 (de) Verfahren zum Betrieb eines Kraftstoffeinspritzsystems einer Brennkraftmaschine
DE102012204278A1 (de) Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffeinspritzsystems und Kraftstoffeinspritzsystem mit Einspritzventil mit Regelung der Bewegung des Verschlusselementes
DE102005040530B3 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Ansteuern eines Ventils
DE102015212378B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Ansteuerung eines Piezoaktors eines Einspritzventils eines Kraftstoffeinspritzsystems einer Brennkraftmaschine
DE102006046470B4 (de) Verfahren zum Betrieb eines Einspritzventils
DE102012204286B4 (de) Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffeinspritzsystems und Kraftstoffeinspritzsystem mit Einspritzventil mit geregeltem Druckabbau
DE102015121790A1 (de) Technologie zur Ausführung von hydraulisch gekoppelten Kraftstoff-Injektionen
DE102012204253A1 (de) Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffeinspritzsystems mit Einspritzventil mit Piezo-Servobetrieb mit Raildruckermittlung und Kraftstoffeinspritzsystem
DE102013201777A1 (de) Verfahren zur Ansteuerung eines Einspritzventils einer Brennkraftmaschine

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 14777610

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 20167013027

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 15038681

Country of ref document: US

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 14777610

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1