DE102004007798A1 - Method and device for determining the charging flanks of a piezoelectric actuator - Google Patents

Method and device for determining the charging flanks of a piezoelectric actuator Download PDF

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Abstract

Ein Verfahren zum Bestimmen der Ladeflanke eines piezoelektrischen Aktors (2) wenigstens eines Injektors, mit dem eine Flüssigkeitsmenge unter Hochdruck in einen Hohlraum, insbesondere in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine eingespritzt wird, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz zwischen einer Abschaltspannungsschwelle (U¶abschalt¶) und einer Spannung des Aktors (2) kurz vor Beginn des Entladevorgangs (U¶Regel¶ auf einen vorgebbaren Sollwert geregelt wird.A method for determining the charging flank of a piezoelectric actuator (2) of at least one injector, with which an amount of liquid is injected under high pressure into a cavity, in particular into a combustion chamber of an internal combustion engine, is characterized in that the difference between a switch-off voltage threshold (U¶abschalt¶ ) and a voltage of the actuator (2) shortly before the start of the discharge (U¶Regel¶ is regulated to a predetermined setpoint.

Description

Stand der TechnikState of technology

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen der Ladeflanke eines piezoelektrischen Aktors wenigstens eines Injektors, mit dem eine Flüssigkeitsmenge unter Hochdruck in einen Hohlraum, insbesondere einen Brennraum einer BrennKraftmaschine eingespritzt wird.The The invention relates to a method and a device for determining the charging edge of a piezoelectric actuator of at least one injector, with a quantity of liquid under high pressure in a cavity, in particular a combustion chamber an internal combustion engine is injected.

Aus der DE 100 32 022 A1 geht ein Verfahren zur Bestimmung der Ansteuerspannung für einen piezoelektrischen Aktor eines Einspritzventils hervor, bei dem vor dem nächsten Einspritzvorgang zunächst indirekt der Druck in einem hydraulischen Koppler gemessen wird. Der Druck wird dadurch gemessen, daß der piezoelektrische Aktor mechanisch mit dem hydraulischen Koppler gekoppelt ist, so daß der Druck eine entsprechende Spannung im Piezo-Aktor induziert. Diese induzierte Spannung wird vor dem nächsten Einpritzvorgang zur Korrektur der Ansteuerspannung für den Aktor verwendet. Derartige Injekoren werden beispielsweise in Common-Rail-Systemen verwendet. Der Druck in dem hydraulischen Koppler hängt dabei unter anderem auch von dem Raildruck ab, so daß die Ansteuerspannung in Abhängigkeit von dem Raildruck variiert wird. Der Spannungsbedarf eines piezoelektrischen Aktors hängt in erster Linie vom Druck im Ventilraum sowie von der Längenausdehnung des piezoelektrischen Aktors ab. Die zum ord nungsgemäßen Betrieb des Injektors an einem Arbeitspunkt notwendige Spannung ist der sogenannte Spannungsbedarf das heißt der Zusammenhang zwischen Spannung und Hub bei einer bestimmten Kraft, die proportional zum Raildruck ist. Die Ableitung des aktuellen Spannungsbedarfs eines Injektors aus der Spannungsdifferenz zwischen maximaler Aktorspannung und stationärer Endspannung ist zum Beispiel aus der DE 103 15 815.4 bekannt.From the DE 100 32 022 A1 shows a method for determining the drive voltage for a piezoelectric actuator of an injection valve, in which before the next injection initially the pressure in a hydraulic coupler is measured indirectly. The pressure is measured by the fact that the piezoelectric actuator is mechanically coupled to the hydraulic coupler, so that the pressure induces a corresponding voltage in the piezo actuator. This induced voltage is used before the next injection process to correct the drive voltage for the actuator. Such Injekoren be used for example in common rail systems. Among other things, the pressure in the hydraulic coupler also depends on the rail pressure, so that the drive voltage is varied as a function of the rail pressure. The voltage requirement of a piezoelectric actuator depends primarily on the pressure in the valve chamber and on the linear expansion of the piezoelectric actuator. The ord-proper operation of the injector at an operating point necessary voltage is the so-called voltage requirement that is, the relationship between voltage and stroke at a certain force that is proportional to the rail pressure. Deriving the current voltage requirement of an injector from the voltage difference between the maximum actuator voltage and the stationary end voltage is known, for example, from US Pat DE 103 15 815.4 known.

Bekannt ist auch, zum Bestimmen der Ladeflanke die Spannung des Aktors kurz vor Beginn des Entladevorgangs zu messen und auf einen Sollwert einzuregeln. Als Stellgröße hierfür dient die sogenannte Abschaltspannung, das heißt die Spannung, bei deren Erreichen der Ladevorgang abgebrochen wird. Dabei wird zusätzlich die Dauer der Ladeflanke auf einen vorgegebenen Sollwert von üblicherweise 100 Mikrosekunden eingestellt.Known Also, to determine the charging edge, the voltage of the actuator is short before starting the unloading process and adjust to a setpoint. Serves as a manipulated variable the so-called cut-off voltage, that is the voltage at which Reaching the charging process is canceled. In addition, the Duration of the charging edge to a specified setpoint of typically 100 Microseconds set.

Aus der nicht vorveröffentlichten DE 103 40 137.7 ist es ferner bekannt, den Sollwert für die Spannung des Aktors kurz vor Beginn des Entladevorgangs für jeden Injektor individuell an seinen Spannungsbedarf anzupassen.From the not pre-published DE 103 40 137.7 It is also known to adjust the target value for the voltage of the actuator just before the start of the discharge for each injector individually to its voltage requirements.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die Ladeflanke bei jedem Injektor so einzustellen, daß der Einfluß von Parametertoleranzen, welche die Ventilbewegung beeinflussen, so gering wie möglich gehalten werden kann und insbesondere gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren reduziert werden kann.Of the The invention is based on the object, the charging edge at each Adjust the injector so that the Influence of Parameter tolerances that influence the valve movement, so kept as low as possible can be and especially compared to the prior art known methods can be reduced.

Vorteile der ErfindungAdvantages of invention

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen der Ladeflanke eines piezoelektrischen Aktors der eingangs beschriebenen Art dadurch gelöst, daß die Differenz zwischen einer Abschaltspannungsschwelle und einer stationären Endspannung erfaßt und auf einen vorgebbaren Sollwert geregelt wird. Grundidee der Erfindung ist es demnach, die Differenz zwischen der Abschaltspannungsschwelle, das heißt der Spannung, bei deren Erreichen der Ladevorgang abgebrochen wird, und der stationären Endspannung, das heißt der Spannung des Aktors kurz vor Beginn des Entladevorgangs durch einen Regelkreis konstant zu halten. Die Differenz zwischen der Abschaltspannungsschwelle und der Spannung des Aktors kurz vor Beginn des Entladevor gangs stellt ein Maß für die Längenänderung des Aktors nach Ende der Ladeflanke dar und ist dammit wiederum ein Maß für den Weg, den das Schaltventil nach Ende der Ladeflanke noch bis zum Erreichen seines Hubanschlags zurücklegen muß. Wird diese Differenz auf einen konstanten Wert eingeregelt, so weisen die Schaltventile aller Injektoren am Ende der Ladeflanke einen einheitlichen Abstand von ihrem jeweiligen Hubanschlag auf.These The object is achieved by a method and a device for determining the charging edge of a piezoelectric actuator of the type described above Sort of solved by that the Difference between a cut-off voltage threshold and a stationary end voltage detected and is regulated to a predefinable setpoint. Basic idea of Invention is therefore the difference between the cut-off voltage threshold, this means the voltage at which the charging is stopped, and the stationary one Final tension, that is the voltage of the actuator shortly before the start of the discharge to keep a control loop constant. The difference between the Shutdown voltage threshold and the voltage of the actuator just before the start the Entladevor gangs provides a measure of the change in length of the actuator after the end the Ladeflanke and is dammit turn a measure of the way, the the switching valve after the end of the charging edge until it reaches must cover its stroke stop. Becomes This difference is adjusted to a constant value the switching valves of all injectors at the end of the loading flank one uniform distance from their respective stroke stop.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, die Differenz durch Variation des Ladestroms in einem vorgebbaren Intervall der Ladezeit auf einen vorgebbaren Sollwert zu regeln. Durch Konstanthalten der Dauer des Ladevorgangs ist sichergestellt, daß der einheitliche Abstand der Schaltventile von dem Hubanschlag jeweils zu einem definierten Zeitpunkt nach Ansteuerbeginn erreicht wird. Damit wird praktisch die Hubbewegung des Schaltventils unabhängig von Parametern wie Aktor-Leerlaufhub, Aktorsteifigkeit, Steifigkeit der Übertragungskette Aktor-Ventil, Sitzdurchmesser des Ventils usw. bei jedem Injektor auf einen gleichen Verlauf eingestellt, und zwar ohne, daß diese Parameter hierzu bekannt sein müssen. Hierdurch ist es auch möglich, den Injektor-Spannungsabgleich sowie die Nominal-Spannungskalibrierung implizit durchzuführen.at an advantageous embodiment is provided, the difference by variation of the charging current in a predefinable interval of the charging time to a predefinable setpoint to regulate. Keeping the duration of the charging process constant ensures that that the uniform distance of the switching valves of the stroke stop respectively is reached at a defined time after the start of taxation. In order to becomes practically the stroke of the switching valve regardless of Parameters such as actuator idle stroke, actuator stiffness, stiffness the transmission chain Actuator valve, seat diameter of the valve, etc. at each injector set to a same course, and without that these Parameters have to be known. This also makes it possible the injector voltage balance and implicitly perform the nominal voltage calibration.

Bei einer wiederum anderen Ausführungsform ist vorgesehen, die Differenz zwischen der Abschaltspannungsschwelle und der Spannung des Aktors kurz vor Beginn des Entladevorgangs durch Variation der Abschaltspannungsschwelle auf den vorgebbaren Sollwert zu regeln. Diese Ausführungsform eignet sich insbesondere dann, wenn die Vorgabe des Ladestroms nicht ausreichend fein quantisiert oder nicht injektorindividuell vorgegeben werden kann. Vorteilhaft ist hierbei auch, daß eine Variation einer bereits bekannten und daher nicht zusätzlich zu erfassenden Größe erfolgt.In yet another embodiment, it is provided to regulate the difference between the switch-off voltage threshold and the voltage of the actuator shortly before the start of the discharge process by varying the switch-off voltage threshold to the predetermined desired value. This embodiment is particularly suitable when the specification of the charging current is not sufficiently finely quantized or can not be specified injector-individual. It is also advantageous that a variation of an already known and therefore not additionally detected size takes place.

Bevorzugt wird dabei zusätzlich die Ladezeit durch Variation des Ladestroms auf ihren Sollwert eingeregelt. Die Dauer des Ladevorgangs wird demnach durch Variation der Stromschwelle auf einen Sollwert geregelt. In diesem Fall ist nur die Genauigkeit der eingestellten Ladedauer abhängig davon, wie genau die Stromschwelle vorgegeben werden kann, und ob dies Injektor-individuell und damit Zylinder-individuell möglich ist.Prefers will be added the charging time adjusted by varying the charging current to its desired value. The duration of the charging process is therefore by varying the current threshold regulated to a setpoint. In this case, only the accuracy dependent on the set charging time of how exactly the current threshold can be specified and whether this injector-individual and thus cylinder-individually possible.

Zeichnungdrawing

Weitere Vorteile und Merkmale sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung sowie der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen der Erfindung.Further Advantages and features are the subject of the following description as well as the graphic representation of embodiments of the invention.

In der Zeichnung zeigen:In show the drawing:

1 den schematischen Aufbau eines aus dem Stand der Technik bekannten Einspritzventils; 1 the schematic structure of an injection valve known from the prior art;

2 schematisch ein Schaubild der Aktorspannung sowie des Aktorstroms über der Zeit während einer Ansteuerung; 2 schematically a graph of the actuator voltage and the actuator current over time during a drive;

3 schematisch ein Blockschaltbild einer von dem erfindungsgemäßen Verfahren Gebrauch machenden Regeleinrichtung und 3 schematically a block diagram of making use of the inventive method regulating device and

4 schematisch ein Blockschaltbild einer weiteren, von dem erfindungsgemäßen Verfahren Gebrauch machenden Regeleinrichtung. 4 schematically a block diagram of another, making use of the inventive method making control device.

Beschreibungdescription

1 zeigt in schematischer Darstellung ein aus dem Stand der Technik bekanntes Einspritzventil 1 mit einer zentralen Bohrung. Im oberen Teil ist ein Stellkolben 3 mit einem piezoelektrischen Aktor 2 in die zentrale Bohrung eingebracht, wobei der Stellkolben 3 mit dem Aktor 2 fest verbunden ist. Der Stellkolben 3 schließt nach obenhin einen hydraulischen Koppler 4 ab, während nach unten eine Öffnung mit einem Verbindungskanal zu einem ersten Sitz 6 vorgesehen ist, in dem ein Kolben 5 mit einem Ventilschließglied 12 angeordnet ist. Das Ventilschließglied 12 ist in diesem Ausführungsbeispiel als doppelt schließendes Steuerventil ausgebildet, es kann aber auch als einfach schließendes Steuerventil ausgebildet sein. Es verschließt den ersten Sitz 6, wenn der Aktor 2 in Ruhephase ist. Bei Betätigung des Aktors 2, das heißt beim Anlegen einer Ansteuerspannung U an den Klemmen +, –, betätigt der Aktor 2 den Stellkolben 3 und drückt über den hydraulischen Koppler 4 den Kolben 5 mit dem Verschließglied 12 in Richtung auf einen zweiten Sitz 7. Unterhalb des zweiten Sitzes ist in einem entsprechenden Kanal eine Düsennadel 11 angeordnet, die den Auslauf in einem Hochdruckkanal (Common-Rail-Druck) 13 schließt oder öffnet, je nachdem, welche Ansteuerspannung U anliegt. Der Hochdruck wird durch das einzuspritzende Medium, beispielsweise Kraftstoff für einen Verbrennungsmotor, über einen Zulauf 9 zugeführt, über eine Zulaufdrossel 8 und eine Ablaufdrossel 10 wird die Zuflußmenge des Mediums in Richtung auf die Düsennadel 11 und den hydraulischen Koppler 4 gesteuert. Der hydraulische Koppler 4 hat dabei die Aufgabe, einerseits den Hub des Kolbens 5 zu verstärken und andererseits das Steuerventil von der statischen Temperaturdehnung des Aktors 2 zu entkoppeln. Die Wiederbefüllung des Kopplers 4 ist hier nicht dargestellt. 1 shows a schematic representation of a known from the prior art injection valve 1 with a central bore. In the upper part is a control piston 3 with a piezoelectric actuator 2 introduced into the central bore, wherein the actuating piston 3 with the actor 2 is firmly connected. The adjusting piston 3 closes up a hydraulic coupler 4 down while an opening with a connecting channel to a first seat 6 is provided, in which a piston 5 with a valve closure member 12 is arranged. The valve closure member 12 is designed in this embodiment as a double-closing control valve, but it can also be designed as a simple closing control valve. It closes the first seat 6 if the actor 2 is at rest. Upon actuation of the actuator 2 , that is, when applying a drive voltage U at the terminals +, -, actuates the actuator 2 the actuator piston 3 and pushes over the hydraulic coupler 4 the piston 5 with the closure member 12 towards a second seat 7 , Below the second seat is a nozzle needle in a corresponding channel 11 arranged, which the spout in a high pressure channel (common rail pressure) 13 closes or opens, depending on which drive voltage U is present. The high pressure is through the medium to be injected, for example, fuel for an internal combustion engine, via an inlet 9 fed, via an inlet throttle 8th and an outlet throttle 10 is the inflow of the medium in the direction of the nozzle needle 11 and the hydraulic coupler 4 controlled. The hydraulic coupler 4 has the task, on the one hand the stroke of the piston 5 to reinforce and on the other hand, the control valve of the static thermal expansion of the actuator 2 to decouple. Refilling the coupler 4 is not shown here.

Nachfolgend wird die Funktionsweise dieses Einspritzventils näher erläutert. Bei jeder Ansteuerung des Aktors 2 wird der Stellkolben 3 in Richtung des hydraulischen Kopplers 4 bewegt. Dabei bewegt sich auch der Kolben 5 mit dem Verschließglied 12 in Richtung auf den zweiten Sitz 7 zu. Über Leckspalte wird dabei ein Teil des im hydraulischen Kopplers 4 befindlichen Mediums, beispielsweise der Kraftstoff, herausgedrückt. Zwischen zwei Einspritzungen muß daher der hydraulische Koppler 4 wiederbefüllt werden, um seine Funktionssicherheit zu erhalten.The operation of this injector will be explained in more detail below. Every time the actuator is activated 2 becomes the actuating piston 3 in the direction of the hydraulic coupler 4 emotional. The piston also moves 5 with the closure member 12 towards the second seat 7 to. About leak gaps is doing a part of the hydraulic coupler 4 located medium, such as the fuel pushed out. Between two injections must therefore the hydraulic coupler 4 be refilled to maintain its functional safety.

Über den Zulaufkanal 9 herrscht ein hoher Druck, der beim Common-Rail-System beispielsweise zwischen 200 und 2000 bar betragen kann. Dieser Druck wirkt gegen die Düsennadel 11 und hält sie geschlossen, so daß kein Kraftstoff austreten kann. Wird nun infolge der Ansteuerspannung U der Aktor 2 betätigt und damit das Verschlußglied 12 in Richtung des zweiten Sitzes bewegt, baut sich der Druck im Hochdruckbereich ab und die Düsennadel 11 gibt den Einspritzkanal frei. Mit P1 ist der sogenannte Kopplerdruck bezeichnet, wie er im hydraulischen Koppler 4 vorliegt. Im Koppler 4 stellt sich ohne Ansteuerung U ein stationärer Druck P1 ein. Nach dem Entladen des Aktors 2 ist der Kopplerdruck P1 näherungsweise 0 und wird durch Wiederbefüllung wieder angehoben.Via the inlet channel 9 There is a high pressure, which may be in the common rail system, for example, between 200 and 2000 bar. This pressure acts against the nozzle needle 11 and keeps it closed so that no fuel can escape. Is now due to the drive voltage U of the actuator 2 operated and thus the closure member 12 moved in the direction of the second seat, the pressure in the high pressure area and the nozzle needle degrades 11 releases the injection channel. With P 1 , the so-called coupler pressure is called, as in the hydraulic coupler 4 is present. In the coupler 4 is set without control U a stationary pressure P 1 a. After unloading the actuator 2 the coupler pressure P 1 is approximately 0 and is raised again by refilling.

Der Hub und die Kraft des Aktors 2 korrelieren nun mit der Spannung, mit der der Aktor 2 aufgeladen wird. Da die Kraft proportional zum Raildruck ist, muß die Spannung für einen geforderten Aktorhub zum sicheren Erreichen des Sitzes 7 raildruckabhängig angepaßt werden. Die zum ordnungsgemäßen Betrieb des Einspritzventils oder Injektors 1 an einem Arbeitspunkt notwendige Spannung ist der sogenannte Spannungsbedarf das heißt der Zusammenhang zwischen Spannung und Hub bei einer bestimmten Kraft, die proportional zum Raildruck ist. Aus der DE 103 158 15.4 geht hervor, wie aus der Spannungs differenz zwischen maximaler Aktorspannung und stationärer Endspannung der individuelle, aktuelle Spannungsbedarfs eines Injektors abgeleitet werden kann.The stroke and the force of the actuator 2 Now correlate with the tension with which the actuator 2 is charged. Since the force is proportional to the rail pressure, the voltage for a required Aktorhub to secure reaching the seat 7 be adjusted depending on the rail pressure. For proper operation of the injector or injector 1 At a working point necessary voltage is the so-called voltage requirement, that is, the relationship between voltage and stroke at a certain force, which is proportional to the rail pressure. From the DE 103 158 15.4 how does that look? Voltage difference between maximum actuator voltage and stationary end voltage of the individual, current voltage requirements of an injector can be derived.

In 2 sind schematisch die Aktorspannung sowie der Aktorstrom über der Zeit aufgetragen.In 2 The actuator voltage and the actuator current are plotted over time.

Bei aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren für die Bestimmung der Ladeflanke wird eine Spannung URegel des Aktors 2 kurz vor Beginn des Entladevorgangs gemessen und auf einen Sollwert eingeregelt. Als Stellgröße hierfür dient die sogenannte Abschaltspannungsschwelle Uabschalt, das heißt die Spannung, bei deren Erreichen der Ladevorgang abgebrochen wird. Zusätzlich wird die Dauer der Ladeflanke auf einen Sollwert ΔtL von üblicherweise 100 Mikrosekunden eingestellt. Diese Einstellung erfolgt entweder durch Steuerung oder durch Regelung einer Schaltschwelle IS für den Ladestrom, die somit als Stellgröße dient. Zur Variation der Ladezeit ΔtL wird also der Ladestrom I variiert.In known from the prior art method for the determination of the charging edge is a voltage U rule of the actuator 2 measured shortly before the start of the discharge process and adjusted to a setpoint. The manipulated variable used for this purpose is the so-called switch-off voltage threshold U switch-off , that is to say the voltage at which the charging process is terminated. In addition, the duration of the charging edge is set to a setpoint Δt L of typically 100 microseconds. This setting is made either by control or by regulation of a switching threshold I S for the charging current, which thus serves as a manipulated variable. To vary the charging time .DELTA.t L so the charging current I is varied.

Die Grundidee der Erfindung ist es nun, anstelle der Spannung des Aktors 2 kurz vor Beginn des Entladevorgangs, die Differenz zwischen der Abschaltspannungsschwelle Uabschalt und der Spannung des Aktors 2 kurz vor Beginn des Entladevorgangs URegel durch einen Regelkreis konstant zu halten und zweitens die Dauer der Ladeflanke durch eine Steuerung oder eine Regelung konstant zu halten. Die Differenz zwischen der Abschaltspannungsschwelle Uabschalt und der Spannung des Aktors 2 kurz vor Beginn des Endladevorgangs URegel stellt ein Maß dafür dar, welche Längenänderung der Aktor 2 nach Ende der Ladeflanke noch ausführt und ist damit wiederum ein Maß dafür, welchen Weg das Schaltventil 12 noch Ende der Abschaltflanke noch bis zum Erreichen seines Hubanschlags zurücklegt. Wird diese Differenz auf einen konstanten Wert eingeregelt, so weisen die Schaltventile aller Injektoren am Ende der Ladeflanke einen einheitlichen Abstand von ihrem Hubanschlag auf. Wenn zudem auch die Dauer des Ladevorgangs konstant gehalten wird, ist sichergestellt, daß dieser einheitliche Abstand jeweils zu einem definierten Zeitpunkt nach Ansteuerbeginn erreicht wird. Damit wird die Hubbewegung des Schaltventils 12 praktisch unabhängig von Parametern wie Aktor-Leerlaufhub, Aktorsteifigkeit, Steifigkeit der Übertragungskette Aktor-Ventil, Sitzdurchmesser des Ventils usw.. Oder es können anders ausgedrückt die Schaltventilbewegungen unter schiedlicher Injektoren auf jeweils einen gleichen Verlauf eingestellt werden, und zwar ohne daß diese Parameter bekannt sein müssen.The basic idea of the invention is now, instead of the voltage of the actuator 2 shortly before the start of the discharge process, the difference between the switch- off voltage threshold U turn off and the voltage of the actuator 2 shortly before the start of the discharging process U keep rule constant by a control loop and secondly to keep the duration of the charging edge constant by a controller or a regulation. The difference between the switch- off voltage threshold U turn off and the voltage of the actuator 2 shortly before the start of the discharge U rule represents a measure of which change in length of the actuator 2 after the end of the charging edge is still running and is thus again a measure of which way the switching valve 12 still travels to the end of the cutoff edge until it reaches its stroke stop. If this difference is adjusted to a constant value, the switching valves of all injectors at the end of the loading flank have a uniform distance from their stroke stop. Moreover, if the duration of the charging process is kept constant, it is ensured that this uniform distance is achieved in each case at a defined time after the start of control. This is the stroke of the switching valve 12 Practically independent of parameters such as actuator idling stroke, actuator stiffness, stiffness of the transmission chain actuator valve, seat diameter of the valve, etc. Or, in other words, the switching valve movements under different injectors can be set to a same course, without these parameters are known have to.

Ein einer ersten Ausführungsform, dargestellt in 3, wird die Differenz zwischen der Abschaltspannung und der Spannung des Aktors 2 kurz vor Beginn des Entladevorgangs durch Änderung der Stellgröße IS geregelt, wobei die Dauer der Ladeflanke fest eingestellt wird durch Beenden des Ladevorgangs nach Ablauf einer vorgebbaren Zeitdauer ΔtL. Hierzu ist eine Schaltungseinheit 310 für eine Vorsteuerung für die Stellgröße IS vorgesehen, der der Raildruck PRail als Eingangsgröße zugeführt wird. Ferner ist eine Schaltungseinheit 320 vorgesehen, welche einen Regler für die Differenz der Abschaltspannung Uabschalt und der Spannung des Aktors 2 kurz vor Beginn des Entladevorgangs URegel bildet, der ein vorgebbarer Sollwert als Eingangsgröße zugeführt wird. Die Ausgänge der Schaltungseinheiten 310 und 320 werden addiert und einem Ansteuerbaustein 330 zugeführt, der wiederum eine Piezoendstufe 335 ansteuert, die die Aktorspannung U und den Aktorstrom I des Aktors 2 liefert. Die Piezoendstufe 335 liefert darüber hinaus die Abschaltspannung Uabschalt und die Spannung des Aktors 2 kurz vor Beginn des Entladevorgangs URegel, deren Differenz in einem Schaltpunkt 340 gebildet wird. Diese Differenz wird der Schaltungseinheit 320 zugeführt. Die Regelung erfolgt nun durch Variation der Stellgröße IS. Steigt diese Stellgröße des Stromes, so steigt die Spannung, auf die der Aktor 2 geladen wird, der verbleibende Weg des Ventils nach Ende des Ladevorgangs sinkt und damit auch die einzuregelnde Spannungsdifferenz. Da in diesem Falle die Abschaltspannung Uabschalt nicht von außen vorgegeben wird, sondern sich aufgrund des Ladestroms IS und der Ladezeit ΔtL einstellt, muß die Spannung zum Endzeitpunkt des Ladevorgangs gemessen werden und es muß dann dieser Meßwert als Abschaltspannungsschwelle verwendet werden. Ferner ist Voraussetzung, daß die Regelung der Stellgröße IS ausreichend fein quantisiert und injektorindividuell und damit zylinderindividuell vorgegeben werden kann.A first embodiment shown in FIG 3 , the difference between the cut-off voltage and the voltage of the actuator 2 controlled shortly before the start of the discharge by changing the manipulated variable I S , the duration of the charging edge is fixed by terminating the charging after a predetermined period of time .DELTA.t L. This is a circuit unit 310 provided for a feedforward control for the manipulated variable I S , the rail pressure P Rail is supplied as an input variable. Further, a circuit unit 320 provided, which turn off a regulator for the difference of the cut- off voltage U and the voltage of the actuator 2 shortly before the start of the discharge process U forms a rule , which is fed to a predefinable setpoint as an input variable. The outputs of the circuit units 310 and 320 are added and a control block 330 fed, in turn, a piezo amplifier 335 which controls the actuator voltage U and the actuator current I of the actuator 2 supplies. The piezo amplifier 335 provides beyond the shutdown voltage U turn off and the voltage of the actuator 2 shortly before the start of the discharge U rule , whose difference in a switching point 340 is formed. This difference becomes the circuit unit 320 fed. The regulation is now carried out by varying the manipulated variable I S. If this manipulated variable of the current increases, the voltage to which the actuator rises increases 2 is loaded, the remaining path of the valve after the end of the charging process decreases and thus also einzuregelnde voltage difference. Since in this case the cut- off voltage U cut- off is not specified from the outside, but due to the charging current I S and the charging time .DELTA.t L sets, the voltage at the end time of the charging must be measured and then this measurement must be used as a switch-off threshold. It is also a prerequisite that the control of the manipulated variable I S sufficiently finely quantized and injector-individual and thus cylinder-specific can be specified.

Bei einer anderen Ausführungsform, dargestellt in 4, wird die einzuregelnde Spannungsdifferenz zwischen der Abschaltspannungsschwelle Uabschalt und der Spannung des Aktors 2 kurz vor Beginn des Entladevorgangs URegel durch Variation der bereits bekannten Abschaltspannungsschwelle Uabschalt selbst vorgenommen. Die Variation der Abschaltspannungsschwelle Uabschalt erfordert eine Variation des Ladevorgangs. Aus diesem Grunde weist die in 4 dargestellte Schaltungseinheit einen Regler für die Ladezeit 410 auf, der ein vorgebbarer Sollwert zuführbar ist. Dabei ist auch bei dieser Vorrichtung eine Schaltungseinheit 420 zur Vorsteuerung der Stromschwelle IS vorgesehen, die als Eingangsgröße dem Raildruck PRail zugeführt wird sowie eine Schaltungseinheit 430, welche einen Regler für die Differenz der Abschaltspannungsschwelle Uabschalt und der Spannung des Aktors 2 kurz vor Beginn des Entladevorgangs URegel umfaßt, ferner eine Schaltungseinheit 440 zur Vorsteuerung der Abschaltspannungsschwelle Uabschalt In einem Schaltungspunkt 450 wird der von dem Regler 430 ausgegebene Wert und der von der Vorsteuerung für die Abschaltspannung 440 ausgegebene Wert Uabschalt addiert und dieser Wert der Abschaltspannungsschwelle Uabschalt einem Ansteuerbaustein 460 zugeführt, der über eine Piezoendstufe 465 den Aktor 2 ansteuert, das heißt die Aktorspannung U und den Aktorstrom 1 zur Verfügung stellt. Die Piezoendstufe 465 gibt ferner ein Signal für die Dauer des Ladevorgangs aus, welches der Schaltungseinheit 410, die den Regler für die Ladezeit bildet, zugefuhrt wird. Ferner wird – wie bereits in Verbindung mit 3 beschrieben – die Abschaltspannungsschwelle Uabschalt sowie die Spannung des Aktors 2 kurz vor Beginn des Entladevorgangs URegel in einem Schaltungspunkt 470 voneinander subtrahiert und diese Differenz der Schaltungseinheit 430, welche den Regler für die Differenz der Abschaltspannungsschwelle und der Spannung kurz vor Beginn des Entladevorgangs URegel umfaßt, zugefuhrt. Die Dauer des Ladevorgangs ΔtL wird nun auf einen vorgebbaren Sollwert durch die Schaltungseinheit 410 durch Variation der Stromschwelle IS geregelt. In diesem Falle ist nur die Genauigkeit der eingestellten Ladedauer abhängig davon, wie genau die Stromschwelle IS vorgegeben werden kann, und ob dies injektorindividuell und damit zylinderindividuell möglich ist. Die Genauigkeit des Regelkreises für die Spannunsdifferenz wird hierdurch jedoch nicht beeinträchtigt.In another embodiment, shown in FIG 4 , the voltage difference to be regulated between the switch-off voltage threshold U is switched off and the voltage of the actuator 2 shortly before the start of the discharge process U rule made by varying the already known shutdown threshold U shutdown itself. The variation of the turn-off voltage threshold U turn off requires a variation of the charging process. For this reason, the in 4 shown circuit unit a controller for the charging time 410 on to which a predefinable setpoint value can be fed. In this case, a circuit unit is also in this device 420 for the precontrol of the current threshold I S , which is supplied as input to the rail pressure P Rail and a circuit unit 430 which turn off a regulator for the difference of the cut- off voltage threshold U and the voltage of the actuator 2 shortly before the start of the discharging process U rule , furthermore a circuit unit 440 for pre-control of the switch-off voltage threshold U disconnection In a circuit point 450 will be the one of the controller 430 output value and that of the feedforward control for the cut-off voltage 440 output value U switch-off is added and this value of the switch-off voltage threshold U disconnects a control module 460 fed, which via a piezo amplifier 465 the actor 2 controls, that is, the actuator voltage U and the actuator current 1 provides. The piezo amplifier 465 Furthermore, it outputs a signal for the duration of the charging process, that of the circuit unit 410 , which is the regulator for the charging time, is supplied. Furthermore - as already in connection with 3 described - the shutdown voltage threshold U shutdown and the voltage of the actuator 2 shortly before the start of unloading U rule in a circuit point 470 subtracted from each other and this difference of the circuit unit 430 , which includes the regulator for the difference between the cut-off voltage threshold and the voltage shortly before the start of the discharge process U rule . The duration of the charging process .DELTA.t L is now to a predetermined target value by the circuit unit 410 regulated by variation of the current threshold I S. In this case, only the accuracy of the set charging time depends on how exactly the current threshold I S can be specified, and whether this is injector-specific and therefore cylinder-specific possible. However, the accuracy of the control circuit for the voltage difference is not affected by this.

In einer Weiterbildung dieser in 3 und 4 dargestellten Ausführungsformen, wird der Regelkreis für die Differenz Uabschalt – URegel nur dann aktiv geschaltet, wenn eine Regelbedingung erfüllt ist, die beispielsweise darin bestehen, daß geprüft wird, ob die Ansteuerdauer einen Schwellwert überschreitet oder ob der Einspritzmengensollwert einen Einspritzmengenschwellwert überschreitet. Bei inaktivem Regler werden die Stellgrößen als Funktion des jeweils vorherrschenden Raildrucks "eingefroren". Dadurch wird vermieden, daß die Regelung auf nach Ende des Ladevorgangs einige hunderte Mikrosekun den andauernde Nachschwingungen des Aktors 2 reagiert, welche sich im Spannungsverlauf des Aktors widerspiegeln.In a further development this in 3 and 4 embodiments shown is the control circuit for the difference U Off - U generally only be activated when a rule condition is satisfied, for example, consist in that, it is checked whether the activation period exceeds a threshold value, or whether the injection quantity command value exceeds a Einspritzmengenschwellwert. If the controller is inactive, the manipulated variables are "frozen" as a function of the prevailing rail pressure. This avoids that the control on after the end of the charging several hundred microseconds the lasting ringing of the actuator 2 reacts, which are reflected in the voltage curve of the actuator.

Ferner kann vorgesehen sein, für die jeweilige Stellgröße zur Einstellung der Differenz Uabschalt – URegel eine raildruckabhängige Diagnoseschwelle einzuführen, bei deren Erreichen der zugehörige Injektor als defekt erkannt wird. Diese Information kann über eine Diagnoseschnittstelle, beispielsweise bei einer Wartung der Brennkraftmaschine ausgelesen und hierdurch die Fehlersuche stark vereinfacht werden.Furthermore, it can be provided to switch off the control variable for setting the difference U - U rule to introduce a raildruckabhängige diagnostic threshold, when they reach the associated injector is detected as defective. This information can be read out via a diagnostic interface, for example during maintenance of the internal combustion engine, and this greatly simplifies troubleshooting.

Claims (11)

Verfahren zum Bestimmen der Ladeflanke eines piezoelektrischen Aktors (2) wenigstens eines Injektors, mit dem eine Flüssigkeitsmenge unter Hochdruck in einen Hohlraum, insbesondere in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine eingespritzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz zwischen einer Abschaltspannungsschwelle (Uabschalt) und einer Spannung des Aktors (2) kurz vor Beginn des Entladevorgangs (URegel) auf einen vorgebbaren Sollwert geregelt wird.Method for determining the charging edge of a piezoelectric actuator ( 2 ) at least one injector, with which a liquid quantity is injected under high pressure into a cavity, in particular into a combustion chamber of an internal combustion engine, characterized in that the difference between a switch- off voltage threshold (U cut- off ) and a voltage of the actuator ( 2 ) is regulated to a predefinable setpoint shortly before the start of the unloading process (U Rule ). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung der Differenz zwischen der Abschaltspannungsschwelle (Uabschalt) und der Spannung des Aktors (2) kurz vor Beginn des Entladevorgangs (URegel) auf den vorgebbaren Sollwert durch Variation einer Ladestromschwelle (IS) in einem vorgebbaren Intervall der Ladezeit (ΔtL) erfolgt.Method according to Claim 1, characterized in that the regulation of the difference between the switch- off voltage threshold (U switch-off ) and the voltage of the actuator ( 2 ) takes place shortly before the start of the discharge process (U rule ) to the predefinable setpoint value by varying a charging current threshold (I S ) in a predefinable interval of the charging time (Δt L ). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz zwischen der Abschaltspannungsschwelle (Uabschalt) und der Spannung des Aktors (2) kurz vor Beginn des Entladevorgangs (URegel) auf den vorgebbaren Sollwert durch Variation der Abschaltspannungsschwelle (Uabschalt) erfolgt.Method according to Claim 1, characterized in that the difference between the switch- off voltage threshold (U switch-off ) and the voltage of the actuator ( 2 ) takes place shortly before the start of the discharge process (U rule ) to the predetermined setpoint value by varying the switch-off voltage threshold (U switch-off ). Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladezeit (ΔtL) durch Variation der Ladestromschwelle (IS) variiert oder auf einen Sollwert eingeregelt wird.Method according to Claim 3, characterized in that the charging time (Δt L ) is varied by variation of the charging current threshold (I S ) or adjusted to a nominal value. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladestromschwelle (IS) und/oder die Ladezeit (ΔtL) und/oder die Abschaltspannungsschwelle (Uabschalt) mit vorgebbaren Diagnoseschwellenwerten verglichen werden, bei deren Erreichen der Injektor als defekt erkannt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the charging current threshold (I S ) and / or the charging time (Δt L ) and / or the switch- off voltage threshold (U switch-off ) are compared with predefinable diagnostic threshold values, upon reaching the injector is detected as defective , Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Regelung für die Differenz zwischen der Abschaltspannung und der Spannung kurz vor Beginn des Entladevorgangs nur dann erfolgt, wenn eine Regelbedingung erfüllt ist und daß dann, wenn die Regelbedingung nicht erfüllt ist, als Stellgrößen der Regelkreise jeweils der Wert der Stellgröße verwendet wird, der gültig war, als die Brennkraftmaschine zuletzt im aktuellen Raildruckbereich mit erfüllter Regelbedingung betrieben wurde.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that a Regulation for the difference between the cut-off voltage and the voltage is short before the start of unloading occurs only if a rule condition Fulfills is and then, if the control condition is not fulfilled, as manipulated variables of Control circuits the value of the manipulated variable is used, which was valid, as the engine last in the current rail pressure range with fulfilled Rule condition was operated. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Regelbedingung das Ergebnis eines Vergleichs der Ansteuerdauer mit einem Ansteuerdauerschwellwert überschreitet.Method according to Claim 6, characterized that as Rule condition, the result of a comparison of the driving time with exceeds a drive duration threshold. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelbedingung erfüllt ist, wenn die Ansteuerdauer größer ist als der Ansteuerdauerschwellwert.Method according to claim 7, characterized in that that the Rule condition fulfilled is when the drive time is greater as the drive duration threshold. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Regelbedingung das Ergebnis eines Vergleichs des Einspritzmengensollwerts mit einem Einspritzmengenschwellwert verwendet wird.Method according to Claim 6, characterized in that the result of a comparison of the injection quantity setpoint with ei the injection quantity threshold value is used. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelbedingung erfüllt ist, wenn der Einspritzmengensollwert größer ist als der Einspritzmengenschwellwert.Method according to claim 9, characterized in that that the Rule condition fulfilled is when the injection amount setpoint is greater than the injection amount threshold value. Vorrichtung zum Bestimmen der Ladeflanke eines piezoelektrischen Aktors (2) wenigstens eines Injektors, mit dem eine Flüssigkeitsmenge unter Hochdruck in einen Hohlraum, insbesondere in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine einspritzbar ist, gekennzeichnet durch eine Schaltungseinheit zur Regelung der Differenz zwischen einer Abschaltspannungsschwelle (Uabschal) und einer Spannung des Aktors (2) kurz vor Beginn des Entladevorgangs auf einen vorgebbaren Sollwert.Device for determining the charging edge of a piezoelectric actuator ( 2 ) at least one injector, with which a liquid quantity under high pressure in a cavity, in particular in a combustion chamber of an internal combustion engine can be injected, characterized by a circuit unit for controlling the difference between a switch-off voltage threshold (U Abschal ) and a voltage of the actuator ( 2 ) shortly before the start of the discharge process to a predefinable setpoint.
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