DE102010040761A1 - Method for adjusting piezoelectric actuator module of piezoelectric injector to operate module, involves measuring stroke of actuator at reference temperature, and storing measured value of stroke together with characteristics of module - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einstellen eines Piezoaktormoduls und ein Verfahren zum Betreiben ein Piezoaktormoduls sowie ein Piezoaktormodul.The invention relates to a method for adjusting a piezoelectric actuator module and a method for operating a piezoelectric actuator module and a piezoelectric actuator module.
Stand der TechnikState of the art
Ein Piezoaktormodul besteht regelmäßig aus einem Piezoaktor mit übereinander gestapelten aktiven Piezoelementen und inaktiven bzw. passiven Bereichen am Kopf und Fuß des Piezoaktors, wobei die aktiven Piezoelemente aus jeweils mit Innenelektroden eingefassten Piezolagen bzw. Piezokeramiken gebildet sind, einer Modulhülse, einem Modulfuß und einer an einem Aktorkopf befindlichen Membran. Ein solches Piezoaktormodul wird in einen Piezoinjektor eingebaut, der eine der Hauptkomponenten des Common-Rail-Injektorsystems (CRI) bildet. Piezoelemente weisen die Eigenschaft auf, dass diese sich als Funktion einer angelegten oder in ihnen auftretenden Spannung zusammenziehen oder ausdehnen. Auf diese Weise kann ein Öffnen und Schließen eines Ventils des Piezoinjektors bewirkt werden.A piezoelectric actuator module regularly consists of a piezoelectric actuator with stacked active piezoelectric elements and inactive or passive regions on the head and foot of the piezoactuator, the active piezoelectric elements being formed by piezoelectric layers or piezoceramics surrounded by internal electrodes, a module sleeve, a module foot and a contactor Actuator head located membrane. Such a piezoelectric actuator module is installed in a piezo injector, which forms one of the main components of the common rail injector system (CRI). Piezoelectric elements have the property that they contract or expand as a function of an applied or occurring voltage. In this way, opening and closing of a valve of the piezo injector can be effected.
Die aktiven Piezoelemente des Piezoaktors tragen somit unter Beaufschlagung durch ein elektrisches Feld zu einer Bauteildehnung bei. Dabei ist zu beachten, dass diese Bauteildehnung des Piezoaktors sich temperaturabhängig verhält. Um das temperaturabhängige Verhalten der Piezoinjektoren nutzen zu können, wird überlegt, ein Temperaturkorrekturalgorithmus im Steuergerät, das zur Ansteuerung vorgesehen ist, zu hinterlegen.The active piezo elements of the piezoelectric actuator thus contribute to a component elongation when acted upon by an electric field. It should be noted that this component elongation of the piezoelectric actuator behaves temperature-dependent. In order to be able to use the temperature-dependent behavior of the piezoinjectors, consideration is given to depositing a temperature correction algorithm in the control unit which is intended for activation.
Im aktuellen Serienprozess wird bei der Klassifizierung der Injektoren bislang nur der Raumtemperaturwert des Hubs berücksichtigt, d. h. das unterschiedliche Verhalten von hubschwachen und hubstarken Aktoren in Abhängigkeit von der Temperatur wird nicht berücksichtigt.In the current series process, the classification of the injectors so far takes into account only the room temperature value of the stroke. H. the different behavior of low-lift and high-lift actuators as a function of the temperature is not taken into account.
Ein Verfahren zum Betreiben eines piezoelektrischen Aktors für ein Kraftstoffeinspritzventil einer Brennkraftmaschine ist in der Druckschrift
Ein Kraftstoffeinspritzsystem mit einem piezoelektrischen Element zum Steuern einer eingespritzten Kraftstoffmenge ist Gegenstand der Druckschrift
Ein Verfahren zur Ansteuerung einer geschichteten piezoelektrischen Vorrichtung ist aus der Druckschrift
Die Druckschrift
Aus den vorstehend genannten Druckschriften ist eine Temperaturkompensation bekannt, wobei diese in Verbindung mit einer gemessenen Kapazität oder Polarisation, auf Basis einer Temperaturmessung oder Abschätzung aus weiteren Zuständen im Motor durchgeführt wird. Es ist also notwendig, neben der Temperatur eine zweite Größe, die das Aktorverhalten beschreibt, messtechnisch zu erfassen. A temperature compensation is known from the above-mentioned publications, this being carried out in conjunction with a measured capacitance or polarization on the basis of a temperature measurement or estimation from further states in the motor. It is therefore necessary, in addition to the temperature, to measure a second quantity which describes the actuator behavior.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Vor diesem Hintergrund werden ein Verfahren zum Einstellen eines Piezoaktormoduls gemäß Anspruch 1, ein Verfahren zum Betreiben eines Piezoaktormoduls nach Anspruch 5 und ein Piezoaktormodul mit den Merkmalen des Anspruchs 8 vorgestellt. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen und der Beschreibung.Against this background, a method for adjusting a piezoelectric actuator module according to claim 1, a method for operating a piezoelectric actuator module according to claim 5 and a piezoelectric actuator module with the features of claim 8 are presented. Further embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims and the description.
Es wird somit in Ausgestaltung durch Codierung der Funktion:
Dies kann über die Verarbeitung der vorliegenden Informationen Temperatur im Piezoaktor, Piezoaktorhub bei Referenztemperatur, wie bspw. Raumtemperatur (RT), und das Temperatur-Kennfeld des Piezoaktor über eine Variation der Betriebsspannung am Piezoinjektor erfolgen. Der Vorteil der dargelegten Vorgehensweise ergibt sich aus einem über den gesamten Betriebstemperaturbereich konstanten Mengenkennfeld.This can be done via the processing of the present information temperature in the piezoelectric actuator, Piezoaktorhub at reference temperature, such as. Room temperature (RT), and the temperature characteristic of the piezoelectric actuator via a variation of the operating voltage at the piezoelectric injector. The advantage of the procedure described results from a constant over the entire operating temperature range quantity map.
Es wird folglich eine vorteilhafte Nutzung des temperaturabhängigen Verhaltens von Piezoinjektoren erreicht. Diese Nutzung wird ermöglicht durch die Codierung des Referenztemperaturwerts, regelmäßig des Raumtemperaturwerts, des Piezoaktorhubs im Piezoinjektor sowie die Messung der Piezoaktortemperatur im Betrieb und Speicherung des Referenztemperatur-hubabhängigen-Temperaturkennfelds des Piezoaktors im Steuergerät. Das Steuergerät kann mittels des bezogen auf die Temperatur und Referenztemperatur hubabhängigen Spannungskorretur-Kennfelds den Piezoinjektor durch Variation der Steuer- bzw. Betriebsspannung den Betriebstemperaturen anpassen.Consequently, an advantageous use of the temperature-dependent behavior of piezoinjectors is achieved. This use is made possible by the coding of the reference temperature value, regularly the room temperature value, the Piezoaktorhubs in Piezoinjektor and the measurement of the piezoelectric actuator temperature during operation and storage of the reference temperature-stroke-dependent temperature characteristic of the piezoelectric actuator in the control unit. The control unit can adapt the operating temperatures to the piezoinjector by varying the control or operating voltage by means of the voltage variation characteristic dependent on the temperature and reference temperature.
Im Gegensatz zu den Verfahren aus dem Stand der Technik wird hiermit eine Möglichkeit vorgestellt, auf die individuelle Temperaturabhängigkeit der Piezoaktoren über die Information Piezoaktorhub bei Referenztemperatur, regelmäßig Raumtemperatur, zurückzuschließen. Dabei kann die Erkenntnis, die über viele Messungen an vielen Piezoaktormodulen empirisch ermittelt wurde, in Form einer Steuerung genutzt werden, bei der aus einem Kennfeld die richtige Kennlinie über eine Zusatzinformation, nämlich Piezoaktorhub bei Referenztemperatur, die bspw. bei der Montage des Piezoaktormoduls oder Piezoinjektors gemessen wird, auszuwählen ist.In contrast to the methods of the prior art, hereby presented a possibility to infer the individual temperature dependence of the piezo actuators on the information Piezoaktorhub at reference temperature, regularly room temperature. In this case, the knowledge that has been determined empirically over many measurements on many piezoelectric actuator modules, can be used in the form of a control in which the characteristic from an engine map via additional information, namely Piezoaktorhub at reference temperature, eg. When installing the piezoelectric actuator or piezoelectric injector is to be selected.
Die beschriebene temperaturabhängige Spannungskorrektur am Piezoinjektor kann in einem CRI-System zur Anwendung kommen.The described temperature-dependent voltage correction on the piezoinjector can be used in a CRI system.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.Further advantages and embodiments of the invention will become apparent from the description and the accompanying drawings.
Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the respectively specified combination but also in other combinations or alone, without departing from the scope of the present invention.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Ausführungsformen der Erfindung Embodiments of the invention
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.The invention is schematically illustrated by means of embodiments in the drawings and will be described in detail below with reference to the drawings.
Weiterhin zeigt die Darstellung einen Koppler
In
y bezeichnet den relativen Hubwert und x den Hubwert bei Raumtemperatur. Der Verlauf der gezeigten Kurven ergibt sich empirisch, nämlich durch Messung unterschiedlicher Piezoaktoren und Mittelung der Werte. Es wird somit die Erkenntnis genutzt, die über viele Messungen an unterschiedlichen Piezoaktoren ermittelt wurde. Bei einer Steuerung kann aus dem Kennfeld der
Tabelle 1 gibt Werte für A und B wieder.
Mittels des vorstehenden Kennfelds
Zur Bestimmung der Temperaturkurven werden Piezoelemente, die bei Raumtemperatur verschiedene Hübe aufweisen, auf die exemplarisch angegebenen Temperaturen zwischen 80°C und 160°C erwärmt und für jedes Piezoelement mit individuellem Hub bei Raumtemperatur für jede der exemplarisch angegebenen Temperaturen eine prozentuale relative Hubänderung gemessen. Weiterhin wird für jede der angegebenen Temperaturen eine Temperaturkurve ermittelt. Dabei gibt eine Temperaturkurve für jeweils eine Temperatur die prozentuale relative Hubänderung für alle durch Messung untersuchten Piezoelemente in Abhängigkeit von dem jeweils piezoelement-individuellen Hub bei Raumtemperatur wieder.To determine the temperature curves, piezoelectric elements having different strokes at room temperature are heated to the temperatures exemplified between 80 ° C and 160 ° C and a percentage relative stroke change is measured for each piezo element with individual stroke at room temperature for each of the temperatures exemplified. Furthermore, a temperature curve is determined for each of the specified temperatures. In this case, a temperature curve for one temperature in each case represents the percentage relative change in stroke for all the piezoelements investigated by measurement as a function of the respective piezoelement-individual stroke at room temperature.
Bei den Temperaturkurven handelt es sich um Geraden, wie in dem Diagramm aus
Zur Bestimmung des Hubs für ein Piezoelement bei einer bestimmten Temperatur wird dieser Hub aus der Temperaturkurve, die für die jeweilige Temperatur ermittelt wird, verwendet. Unter Berücksichtigung der ermittelten Temperaturabhängigkeit des Hubs kann, um einen gewünschten Hub zu erreichen, eine an ein Piezoaktormodul anzulegende Steuer- bzw. Betriebsspannung (Ladespannung usw.) für die jeweilige Betriebstemperatur angepasst werden.To determine the stroke for a piezo element at a specific temperature, this stroke is used from the temperature curve determined for each temperature. Taking into account the determined temperature dependence of the stroke can, in order to achieve a desired stroke, to be applied to a piezoelectric actuator control or operating voltage (charging voltage, etc.) for the respective operating temperature can be adjusted.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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