DE10225911B3 - Method and device for measuring and regulating the closing and opening times of a piezo control valve - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen der Zeitdauer, die die Ventilnadel (50) eines Steuerventils (21) einer Piezo-Pumpe-Düsen-Einheit benötigt, um von einer ersten Endposition (64) in eine zweite Endposition (65) zu gelangen. Wobei die Zeitdauer in Abhängigkeit von der am Steuerventil (21) angelegten Spannung (u (t)) und/oder des angelegten Stromes (i (t)) ermittelt wird, und das Stellsignal zu einem Zeitpunkt erzeugt wird, in dem gewährleistet ist, dass der Druck im Steuerventil (21) während der Messung weitgehend dem Druck des Kraftstoff-Niederdruckbereiches (31) entspricht.The invention relates to a method and a device for measuring the length of time that the valve needle (50) of a control valve (21) of a piezo pump nozzle unit needs to move from a first end position (64) to a second end position (65) reach. The duration is determined as a function of the voltage (u (t)) and / or the current (i (t)) applied to the control valve (21), and the control signal is generated at a point in time at which it is ensured that the pressure in the control valve (21) largely corresponds to the pressure of the low-pressure fuel region (31) during the measurement.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen der Zeitdauer, die eine Ventilnadel eines Piezo-Steuerventils benötigt, um von einer ersten Endposition in eine zweite Endposition zu gelangen.The invention relates to a method and a device for measuring the length of time that a valve needle a piezo control valve needed to get from a first end position to a second end position.

Piezo-Steuerventile werden in Piezo-Pumpe-Düse Einheiten (PPE) zur Kraftstoffmengenzumessung in Brennkraftmaschinen verwendet. Aus der DE 100 38 995 A1 ist eine solche PPE bereits bekannt. Bei dieser PPE bildet die Pumpe und die Düse eine Einheit. Die Pumpe wird entweder direkt über einen Stößel oder indirekt über Kipphebel von einer Motor-Nockenwelle betätigt. Das Piezo-Steuerventil wird über eine Betätigungseinheit so angesteuert, dass es in einer ersten Endposition vollständig geöffnet und in einer zweiten Endposition vollständig geschlossen ist. Bei geöffnetem Steuerventil wird der Kraftstoff während des Kolbenhubs, vom Pumpenkolben über das Pizo-Steuerventile, zurück in den Kraftstoff-Niederdruckbereich gedrückt. Schließt das Steuerventil so kann der Pumpenkolben den Kraftstoff nicht zurück in den Kraftstoff-Niederdruckbereich drücken. Der Kraftstoff wird verdichtet, was zu einem Druckanstieg im Hochdruckbereich der Pumpeneinheit führt. Überschreitet der Druck in der Pumpeneinheit den Öffnungsdruck der Einspritzdüse, so wird Kraftstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt.Piezo control valves are used in Piezo Pump Nozzle Units (PPE) to measure the amount of fuel in internal combustion engines. From the DE 100 38 995 A1 such a PPE is already known. With this PPE, the pump and nozzle form one unit. The pump is operated either directly via a tappet or indirectly via a rocker arm from an engine camshaft. The piezo control valve is controlled via an actuating unit in such a way that it is fully open in a first end position and completely closed in a second end position. When the control valve is open, the fuel is pressed back into the low-pressure fuel area during the piston stroke, from the pump piston via the Pizo control valve. If the control valve closes, the pump piston cannot push the fuel back into the low-pressure fuel range. The fuel is compressed, which leads to an increase in pressure in the high-pressure area of the pump unit. If the pressure in the pump unit exceeds the opening pressure of the injection nozzle, fuel is injected into the combustion chamber of the internal combustion engine.

Ded Schließzeitpunkt des Steuerventils bestimmt somit den Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung und die Schließzeitdauer die Einspritzmenge.Ded closing time of the control valve thus determines the time of fuel injection and the Closing time the injection quantity.

Die Betätigungseinheit der PPE besteht aus einem Piezo-Aktor.The actuation unit of the PPE exists from a piezo actuator.

Die Ausdehnung des Piezo-Aktor ist proportional zu der am Piezo-Aktor anliegenden Spannung (u(t)) und/oder des artgelegten Stroms (i(t)). Damit die Einspritzmengenstreuung möglichst gering ist, muss der Piezo-Aktor zur Einstellung von Beginn, Dauer und Ende des Einspritzvorgangs möglichst exakt durch eine genau definierte Spannung (u(t)) und/oder einen genau definierten Stromes (i(t)) angesteuert werden. Verschleiß, Alterungsprozesse und Temperaturänderungen führen zu veränderten Schließ- und Öffnungszeiten des Piezosteuerventils, wodurch eine genaue Kraftstoffeinspritzmengensteuerung nicht mehr gewährleistet ist.The expansion of the piezo actuator is proportional to the voltage applied to the piezo actuator (u (t)) and / or of the applied current (i (t)). So that the injection quantity spread preferably is low, the piezo actuator must be used to set the start and duration and end of the injection process if possible exactly by a precisely defined voltage (u (t)) and / or one precisely defined current (i (t)) can be controlled. Wear, aging processes and temperature changes to lead to changed closing and opening times of the piezo control valve, which enables precise fuel injection quantity control no longer guaranteed is.

Aus der DE 199 10 388 C2 ist ein Verfahren zur Überprüfung eines kapazitiven Stellgliedes auf ordnungsgemäße Funktion, bekannt. Die Überprüfung des Stellgliedes erfolgt in dem die Dauer der Stellgliedbetätigung mit der Dauer des Steuersignals, welches für die Stellgliedbetätigung verantwortlich ist, verglichen wird. Von der ordnungsgemäßen Funktion des Stellgliedes wird ausgegangen, wenn die gemessene Dauer der Stellgliedbetätigung innerhalb eines durch die Dauer des Steuersignals bestimmten Bereiches liegt.From the DE 199 10 388 C2 is a method for checking a capacitive actuator for proper function, known. The actuator is checked by comparing the duration of the actuator actuation with the duration of the control signal which is responsible for the actuator actuation. Proper function of the actuator is assumed if the measured duration of the actuation of the actuator lies within a range determined by the duration of the control signal.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu realisieren, welche die tatsächlichen Schließ- und Öffnungszeiten des Steuerventils genau bestimmen. Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.The invention is based on the object Realize method and an apparatus which the actual closing and opening times of the control valve precisely. The task is solved by the features of the independent claims. advantageous Embodiments of the invention are characterized in the subclaims.

Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Messung der tatsächlichen Schließ- und Öffnungszeit des Steuerventils, in Abhängigkeit von der am Steuerventil angelegten Spannung (u (t)) und/oder des angelegten Stromes (i(t)), innerhalb des Zeitintervalls durchgeführt wird, in dem der Druck im Steuer ventil weitgehend dem Druck des Niederdruckbereiches entspricht. Hierdurch können die durch die Hydraulik hervorgerufenen, sehr starken Druckstöße, die beim schnellen Schließen beziehungsweise Öffnen der Ventilnadel entstehen, vermieden werden. Dies wirkt sich positiv auf das Schließ- und Öffnungsverhalten der Ventilnadel aus. Insbesondere wird ein durch die Druckstöße verursachter, stotternder Ventilnadelhub vermieden, wodurch die Schließ- beziehungsweise Öffnungszeiten des Steuerventils genauer bestimmt werden können.The invention is characterized by this from that measuring the actual closing and opening hours of the control valve, depending from the voltage applied to the control valve (u (t)) and / or the applied current (i (t)) is carried out within the time interval, in which the pressure in the control valve largely the pressure of the low pressure area equivalent. This can the very strong pressure surges caused by the hydraulics, the when closing quickly or opening the valve needle arise, be avoided. This has a positive effect on the closing and opening behavior the valve needle. In particular, a stuttering valve needle stroke avoided, which means the closing or opening times of the Control valve can be determined more precisely.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, das Messen der Zeitdauer zum Bewegen der Ventilnadel, von der einen Endposition in die andere Endposition, am laufenden Motor, innerhalb der Zeitspanne durchzuführen, innerhalb der sich die Nockenwelle bezogen auf den Pumpenkolben der Einspritzdüse beziehungsweise auf die entsprechenden Übertragungsglieder, innerhalb ihres Grundkreises befindet. In dieser Zeit verharrt der Pumpenkolben der Pumpeneinheit in seiner oberen Endstellung, der Druck im Steuerventil entspricht somit annähernd dem Druck im Kraftstoff-Niederdruckbereich.An advantageous embodiment of the Invention provides for measuring the time period for moving the valve needle, from one end position to the other end position, in progress Engine to perform within the time span within which the camshaft based on the pump piston of the injection nozzle or on the corresponding transmission links, located within their base circle. During this time the Pump piston of the pump unit in its upper end position, the Pressure in the control valve thus approximately corresponds to the pressure in the low-pressure fuel range.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, das Messen der Zeitdauer zum Bewegen der Ventilnadel, von der einen Endposition in die andere Endposition, bei stehender Nockenwelle (Motor Aus) durchzuführen. Der Pumpenkolben führt in diesem Fall keinen Hub durch und es ist gewährleistet, dass ein Bewegen der Ventilnadel zu keinen Druckstößen innerhalb des Steuerventils führt.Another advantageous embodiment the invention provides for measuring the length of time for moving the Valve needle, from one end position to the other end position, to be carried out with the camshaft stationary (engine off). The pump piston leads in this Do not drop through and it is guaranteed that moving the valve needle to no pressure surges within the control valve leads.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:The invention is illustrated below the drawings closer explained. It shows:

1 eine schematische Darstellung einer PPE; 1 a schematic representation of a PPE;

2 eine Piezo-Steuereinheit für die nach 1 dargestellten PPE; 2 a piezo control unit for the after 1 illustrated PPE;

3 eine schematische Darstellung der Nockenwelle und des Kipphebels zur Betätigung des Pumpenkolbens der PPE; 3 a schematic representation of the Camshaft and rocker arm for actuating the pump piston of the PPE;

4 einen Graph, der den Verlauf der Piezospannung (u (t)), des Piezostromes (i(t)) und des Ventilnadelhubes (h(t)) für einen Schließvorgang des Steuerventils veranschaulicht; 4 a graph illustrating the course of the piezo voltage (u (t)), the piezo current (i (t)) and the valve needle stroke (h (t)) for a closing operation of the control valve;

5 einen weiteren Graph, der den Verlauf der Piezospannung (u(t)), des Piezostromes (i(t)), des Ven tilnadelhubes (h(t)) und der Piezoladung (q(t)), insbesondere für einen Öffnungsvorgang des Steuerventils, veranschaulicht; 5 a further graph, the course of the piezo voltage (u (t)), the piezo current (i (t)), the Ven tilnadelhubes (h (t)) and the piezo charge (q (t)), in particular for an opening process of the control valve , illustrated;

6 eine schematische Darstellung eines Ablaufdiagramms zur Regelung der Schließzeit eines Steuerventils. 6 is a schematic representation of a flow chart for controlling the closing time of a control valve.

1 zeigt schematisch eine PPE. Die dargestellte PPE dient zum Zuführen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine. Die PPE verfügt über eine Pumpeneinheit 1 die zum Aufbau des Einspritzdrucks dient. Über eine Einspritzdüse 10, wird der verdichtete Kraftstoff, in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt. Weiter weist die PPE eine Piezo-Ansteuereinheit 20, mit einem Steuerventil 21 und einer extern ansteuerbaren Betätigungseinheit 22 auf. Die Betätigungseinheit 22 ist als piezoelektrischer Aktor ausgeführt und ist mit dem Steuergerät 40 verbunden, welches eine Auswerteeinheit 41 und eine Steuereinheit 42 beinhaltet. Die Pumpeneinheit 1, die Einspritzdüse 10 und die Piezo-Ansteuereinheit 20 bilden vorzugsweise eine Einheit. 1 shows schematically a PPE. The PPE shown is used to supply fuel into the combustion chamber of an internal combustion engine. The PPE has a pump unit 1 which serves to build up the injection pressure. Via an injection nozzle 10 , the compressed fuel is injected into the combustion chamber of the internal combustion engine. The PPE also has a piezo control unit 20 , with a control valve 21 and an externally controllable actuation unit 22 on. The actuation unit 22 is designed as a piezoelectric actuator and is with the control unit 40 connected, which is an evaluation unit 41 and a control unit 42 includes. The pump unit 1 who have favourited Injector 10 and the piezo control unit 20 preferably form a unit.

Die Pumpeneinheit 1 wird direkt oder wie dargestellt über einen Kipphebel 3 von der Nockenwelle 2 angetrieben. Der Pumpenraum 5 ist über eine Bypassbohrung 30, mit dem Steuerventil 21, der Piezo-Ansteuereinheit 20 verbunden. Bei geöffneten Steuerventil 21 ist ein freier Durchfluss zwischen dem Kraftstoff-Niederdruckbereich 31 und dem Pumpenraum 5 gewährleistet. Im Saughub des Pumpenkolbens 4 kann Kraftstoff aus dem Niederdruckbereich 31, durch das Steuerventil 21 und die Bypassbohrung 30, in den Pumpenraum 5 angesaugt werden. Bleibt das Steuerventil 21 weiter geöffnet, so wird der Kraftstoff während des nachfolgenden Förderhubs des Pumpenkolbens 4, zurück in den Kraftstoff-Niederdruckteil 31 gedrückt, ohne das es zu einer Verdichtung des Kraftstoffs kommt.The pump unit 1 is directly or as shown via a rocker arm 3 from the camshaft 2 driven. The pump room 5 is via a bypass hole 30 , with the control valve 21 , the piezo control unit 20 connected. With the control valve open 21 is a free flow between the low pressure fuel area 31 and the pump room 5 guaranteed. In the suction stroke of the pump piston 4 can fuel from the low pressure range 31 , through the control valve 21 and the bypass hole 30 , in the pump room 5 be sucked in. The control valve remains 21 the fuel is opened further during the subsequent delivery stroke of the pump piston 4 , back to the low-pressure fuel section 31 pressed without the fuel becoming compressed.

Wird das Steuerventil 21, vor oder während des Förderhubes des Pumpenkolbens 4, über die extern ansteuerbare Betätigungseinheit 22 geschlossen, so erfolgt eine Verdichtung des Kraftstoffs im Pumpenraum 5. Überschreitet der Druck im Pumpenraum 5 den Öffnungsdruck der Einspritzdüse 10, öffnet die Einspritzdüse und Kraftstoff wird in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt.Will the control valve 21 , before or during the delivery stroke of the pump piston 4 , via the externally controllable actuation unit 22 closed, the fuel is compressed in the pump chamber 5 , Exceeds the pressure in the pump room 5 the opening pressure of the injector 10 , opens the injection nozzle and fuel is injected into the combustion chamber of the internal combustion engine.

2 zeigt in schematischer Darstellung einen Schnitt durch eine Piezo-Ansteuereinheit 20, welches mit einer PPE nach 1 verwendet werden kann. Die Piezo-Ansteuereinheit 20 weist eine Ventilnadel 50 auf, die zwischen einer ersten und einer zweiten Endposition bewegt werden kann. In der ersten Endposition 64 der Ventilnadel 50, angedeutet durch die gestrichelten Linien, ist das Steuerventil 21 vollständig geöffnet und es besteht eine Verbindung zwischen dem Kraftstoff-Niederdruckbereich 31 und dem Kraftstoff-Hochdruckbereich 52. In der zweiten Endposition 65, dargestellt durch die durchgezogenen Linien, ist das Steuerventil 21 vollständig geschlossen. Die Ventilnadel 50 befindet sich im gehäuseseitigen Ventilsitz 51 und trennt den Kraftstoff-Niederdruckbereich 31, vom Kraftstoff-Hochdruckbereich 52, der über die Bypassbohrung 30 mit dem Pumpenraum 5 verbunden ist. 2 shows a schematic representation of a section through a piezo control unit 20 which with a PPE after 1 can be used. The piezo control unit 20 has a valve needle 50 that can be moved between a first and a second end position. In the first end position 64 the valve needle 50 , indicated by the dashed lines, is the control valve 21 fully open and there is a connection between the low pressure fuel area 31 and the high pressure fuel area 52 , In the second end position 65 , shown by the solid lines, is the control valve 21 completely closed. The valve needle 50 is located in the valve seat on the housing side 51 and separates the low pressure fuel area 31 , from the high pressure fuel area 52 that over the bypass hole 30 with the pump room 5 connected is.

Die erste Endposition kann auch die Position sein, bei der das Steuerventil 21 vollständig geschlossen ist. Die zweite Endposition entspricht dann der Position in der das Steuerventil 21 vollständig geöffnet ist. Die Messung der Schließ- beziehungsweise Öffnungszeit des Steuerventils 21 erfolg dann analog zu der Beschreibung in den Ausführungsbeispielen.The first end position can also be the position at which the control valve 21 is completely closed. The second end position then corresponds to the position in which the control valve 21 is fully open. The measurement of the closing or opening time of the control valve 21 then takes place analogously to the description in the exemplary embodiments.

Die Ansteuerung der Ventilnadel 50 erfolgt über einen Piezo-Aktor 55. Wird der Piezo-Aktor 55 elektrisch geladen, dehnt er sich aus und überträgt über die Stirnfläche 56 eine Kraft auf das Druckstück 57. Das Druckstück 57, steht mit einem ersten Hebel 58 und einem zweiten Hebel 59 in Kontakt. Über die Hebel 58 und 59 wird die Kraft, die vom Piezo-Aktor 55 auf das Druckstück 57 übertragen wird, verstärkt und auf eine erste axiale Endfläche 70 der Ventilnadel 50 übertragen. Ist die vom Piezo-Aktor 55 erzeugte, über das Druckstück 57 übertragene und von den Hebeln 58 und 59 verstärkte Kraft größer als eine Gegenkraft, welche von einer Feder 71, über ein Federendstück 72, auf eine zweite axiale Endfläche 73 der Ventilnadel 50 übertragen wird, so wird die Ventilnadel 50 in den Ventilsitz 51 gedrückt. Der Kraftstoff-Niederdruckbereich 31 steht mit dem Absteuerraum 60 in Verbindung, der über eine Ausgleichsbohrung 61 mit dem Aktorraum 62 verbunden ist. Der Aktorraum 62 steht seinerseits mit dem Rücklauf 63 in Verbindung worüber der Kraftstoff aus dem Aktorraum 60 zurück in den Kraftstoff-Niederdruckbereich 31 fließen kann.The actuation of the valve needle 50 takes place via a piezo actuator 55 , Becomes the piezo actuator 55 electrically charged, it expands and transmits across the face 56 a force on the pressure piece 57 , The pressure piece 57 , stands with a first lever 58 and a second lever 59 in contact. About the levers 58 and 59 becomes the force exerted by the piezo actuator 55 on the pressure piece 57 is transmitted, reinforced and on a first axial end surface 70 the valve needle 50 transfer. Is that from the piezo actuator 55 generated over the pressure piece 57 transferred and from the levers 58 and 59 increased force greater than a counterforce exerted by a spring 71 , via a spring end piece 72 , on a second axial end surface 73 the valve needle 50 is transmitted, so the valve needle 50 in the valve seat 51 pressed. The fuel low pressure area 31 stands with the control room 60 in conjunction with a compensating hole 61 with the actuator space 62 connected is. The actuator room 62 stands with the return 63 in connection with what the fuel from the actuator space 60 back to the low-pressure fuel range 31 can flow.

3 zeigt in schematischer Darstellung eine beispielhafte Ausführung für eine Betätigung der PPE nach 1. Die Betätigung des Pumpenkolbens 4 erfolgt über die Nockenwelle 2 einer Brennkraftmaschine. Bei jeder Umdrehung der Nockenwelle 2, betätigt der Nocken 81 der Nockenweile 2, einen Kipphebel 82. Der Kipphebel 82 überträgt und verstärkt auf Grund seiner Hebelwirkung die Kraft von der Nockenwelle 2 auf ein Übertragungsglied 83 welches ihrerseits mit dem Pumpenkolben 4 in Kontakt steht. Je nach Stellung der Nocke 81 zum Kipphebel 82 befindet sich der Pumpenkolben 4 in einem Saughub, einem Förderhub oder er verharrt, zwischen dem Ende des Saughubs und dem Beginn des Förderhubs, in seiner oberen Ausgangsposition. Der Pumpenkolben 4 führt einen Förderhub aus, solange sich der Kontaktpunkt 84, Kipphebel 82 und Nockenwelle 2, im Bereich des Nockenanlaufs AN befindet. Liegt der Kontaktpunkt im Bereich des Nockenablaufs AB führt der Pumpenkol ben 4 einen Saughub durch. Während des Zeitintervalls in der der Kontaktpunkt 84 im Bereich des Grundkreises G liegt verharrt der Pumpenkolben 4 in seiner oberen Ausgangsposition. In diesem Zeitintervall ist der Druck zwischen dem Kraftstoff-Hochdruckbereich und dem Kraftstoff-Niederdruckbereich ausgeglichen und die Ventilnadel 50 kann zwischen den beiden Endpositionen hin und her bewegt werden ohne dass dabei Druckstöße erzeugt werden. Das Zeitintervall eignet sich daher besonders gut zur Messung der Schließ- und Öffnungszeit des Steuerventils 21. 3 shows a schematic representation of an exemplary embodiment for actuating the PPE 1 , The actuation of the pump piston 4 takes place via the camshaft 2 an internal combustion engine. Every revolution of the camshaft 2 , the cam actuates 81 the cam dwarf 2 , a rocker arm 82 , The rocker arm 82 transmits and amplifies the power from the camshaft due to its leverage 2 on a transmission link 83 which in turn with the pump piston 4 is in contact. Depending on the position of the cam 81 to the rocker arm 82 is the pump piston 4 in a suction stroke, a conveying stroke, or he remains in its upper starting position between the end of the suction stroke and the beginning of the conveying stroke. The pump piston 4 executes a conveying stroke as long as the contact point 84 , Rocker arm 82 and cams wave 2 , is located in the area of the cam start AN. If the contact point is in the area of the cam run AB, the pump piston ben 4 performs a suction stroke. During the time interval in which the contact point 84 the pump piston remains in the area of the base circle G. 4 in its upper starting position. In this time interval, the pressure between the high-pressure fuel area and the low-pressure fuel area is balanced and the valve needle 50 can be moved back and forth between the two end positions without generating pressure surges. The time interval is therefore particularly suitable for measuring the closing and opening times of the control valve 21 ,

4 zeigt einen Graph, der den Verlauf der Piezospannung (u(t)), des Piezostromes (i(t)) und des Ventilnadelhubes (h (t)), für einen Schließvorgang des Steuerventils 21 veranschaulicht. Zum Zeitpunkt tSON wird ein Stellsignal, beispielsweise in Form eines Normierpuls SON gesetzt, der den Befehl zum Schließen des Steuerventils 21 gibt. Die Ventilnadel 50 bewegt sich zwischen dem Zeitpunkt tSON und dem Zeitpunkt tC von der ersten Endposition 64 in die zweite Endposition 65. Das Zeitintervall zwischen tSON und tC entspricht somit genau der Zeitdauer die das Steuerventil 21, vom Steuerbefehl bis zum vollständigen Schließen benötigt. Beim Erreichen der zweiten Endposition 65, zum Zeitpunkt tC, wird durch den Einschlag der Ventilnadel 50, in den Ventilsitz 51, sprunghaft eine Gegenkraft erzeugt. Die Gegenkraft wird, durch die mechanische Koppelung der Ventilnadel 50, über die Hebel 58 und 59 und das Druckstück 57, an den Piezo-Aktor 55 weitergeleitet und bewirkt, dass Ladungsträger induziert werden, die sich als Unstetigkeit im Verlauf der Piezospannung (u(t)) bemerkbar machen. Die Unstetigkeit im Spannungsverlauf kann besonders einfach über die zeitliche Ableitung der Piezospannung (u'(t)) bestimmt werden. Zum Erfassen der Unstetigkeit im Spannungsverlauf eignet sich beispielsweise eine elektri sche Schaltung die einen Differenzieren mit nachgeschalteter Schwellwerterfassung beinhaltet. 4 shows a graph showing the course of the piezo voltage (u (t)), the piezo current (i (t)) and the valve needle stroke (h (t)), for a closing process of the control valve 21 illustrated. At the time t SON , an actuating signal is set, for example in the form of a normalization pulse SON, which gives the command to close the control valve 21 gives. The valve needle 50 moves between time t SON and time t C from the first end position 64 to the second end position 65 , The time interval between t SON and t C thus corresponds exactly to the length of time that the control valve 21 , required from the control command to complete closing. When the second end position is reached 65 , at time t C , is caused by the valve needle 50 , in the valve seat 51 , suddenly creates a counterforce. The counterforce is due to the mechanical coupling of the valve needle 50 , about the levers 58 and 59 and the pressure piece 57 , to the piezo actuator 55 passed on and causes charge carriers to be induced, which are noticeable as discontinuities in the course of the piezo voltage (u (t)). The discontinuity in the voltage curve can be determined particularly easily via the time derivative of the piezo voltage (u '(t)). An electrical circuit which includes differentiation with a subsequent threshold value detection is suitable, for example, for detecting the discontinuity in the voltage curve.

5 zeigt einen Graph, der den Verlauf der Piezospannung (u(t)), des Piezostromes (i(t)) und des Ventilnadelhubes (h (t)) sowie der Piezoladung (q(t)), insbesondere für einen Öffnungsvorgang des Steuerventils 21 veranschaulicht. Zum Zeitpunkt tEON wird ein Stellsignal, beispielsweise in Form eines Normierpulses EON gesetzt, der den Befehl zum Öffnen des Steuerventils 21 gibt. Die Ventilnadel 50 bewegt sich, zwischen dem Zeitpunkten tEON, und dem Zeitpunkt t0, von der zweiten Endposition 65 in die erste Endposition 64. Das Zeitintervall zwischen tEON und t0 entspricht somit genau der Zeit, die das Steuerventil 21 vom Steuerbefehl bis zum vollständigen Öffnen benötigt. Beim Öffnungsvorgang wird der Piezo-Aktor 55 entladen und fährt dabei sehr schnell in seine, für den Öffnungszustand definierte, Ausgangsstellung zurück. Die Ventilnadel 50 sowie die mit ihr gekoppelten mechanischen Bauteile können dem Piezo-Aktor 55 nicht kraftschlüssig folgen und treffen infolgedessen auf den bereits in seiner Ausgangsstellung befindlichen Piezo-Aktor 55 auf. Durch den Aufprall wird im Piezo-Aktor 55 eine Ladung induziert, die sich als Impuls im Spannungs- und/oder Stromverlauf bemerkbar macht. Die Unstetigkeit kann in einfacher Weise beispielsweise durch eine einfache Schwellwerterfassung bestimmt werden. 5 shows a graph showing the course of the piezo voltage (u (t)), the piezo current (i (t)) and the valve needle stroke (h (t)) and the piezo charge (q (t)), in particular for an opening process of the control valve 21 illustrated. At time t EON , an actuating signal is set, for example in the form of a normalization pulse EON, which gives the command to open the control valve 21 gives. The valve needle 50 moves between the time t EON and the time t 0 from the second end position 65 to the first end position 64 , The time interval between t EON and t 0 thus corresponds exactly to the time that the control valve 21 required from the control command to full opening. The piezo actuator is activated during the opening process 55 unloads and moves very quickly back to its starting position defined for the opening condition. The valve needle 50 and the mechanical components coupled to it can be used with the piezo actuator 55 do not follow non-positively and consequently hit the piezo actuator already in its initial position 55 on. Due to the impact, the piezo actuator 55 induces a charge that is felt as an impulse in the voltage and / or current curve. The discontinuity can be determined in a simple manner, for example by a simple threshold value detection.

6 zeigt eine schematische Darstellung eines Ablaufdiagramms zur Regelung der Schließzeit des Steuerventils 21. 6 shows a schematic representation of a flow chart for regulating the closing time of the control valve 21 ,

Die Regeleinrichtung beinhaltet, den Sensor 90, das Steuergerät 40, das eine Auswerteeinheit 41 und eine Steuereinheit 42 besitzt, sowie die Betätigungseinheit 22. Der gesamte Programmablauf zur Regelung der Ventilschließzeit sowie die Soll-Werte sind im Steuergerät 40 abgelegt. Die Auswertung der während des Programmablaufs erfassten Größen erfolgt in der Auswerteeinheit 41. Die Steuereinheit 42 erzeugt die notwendigen Stellsignale zum Bewegen der Ventilnadel 50. Die Intervalle in denen die Schließzeitmessungen durchgeführt werden soll, kann beispielsweise auf je einmal, zum Beginn eines neuen Betriebszyklus festlegen werden.The control device includes the sensor 90 , the control unit 40 which is an evaluation unit 41 and a control unit 42 owns, as well as the actuator 22 , The entire program sequence for regulating the valve closing time and the target values are in the control unit 40 stored. The variables recorded during the program run are evaluated in the evaluation unit 41 , The control unit 42 generates the necessary control signals for moving the valve needle 50 , The intervals in which the closing time measurements are to be carried out can, for example, be set at once at the beginning of a new operating cycle.

Sobald das Programm zur Regelung der Ventilschließzeit startet, erfolgt zunächst in einem ersten Schritt S0 eine Messung, welche ermittelt, ob die Nockenwelle 2 steht oder ob sie sich dreht. Bei stehender Nockenwelle 2 entspricht der Druck im Steuerventil 21 und in der Einspritzdüse 10, unabhängig von der Nockenwellenstellung und der Lage des Pumpenkolbens 4, weitgehend dem Druck des Kraftstoff-Niederdruckbereiches 31 und der Schließvorgang des Steuerventil 21 kann, wie später ab Schritt S3a beschrieben, durchgeführt werden.As soon as the program for regulating the valve closing time starts, a measurement is first carried out in a first step S0, which determines whether the camshaft 2 stands or whether it turns. With the camshaft stationary 2 corresponds to the pressure in the control valve 21 and in the injector 10 , regardless of the camshaft position and the position of the pump piston 4 , largely the pressure of the low-pressure fuel area 31 and the closing process of the control valve 21 can be carried out as described later from step S3a.

Dreht sich die Nockenwelle 2, so ermittelt der Sensor 90 zunächst in einem Schritt S1, in welcher Position PIST sich die Nockenwelle 2 momentan befindet. Als Sensor 90 kann hierzu beispielsweise ein Nockenwellen-Drehzahlsensor verwendet werden. Alternative ist auch ein Positionssensor einsetzbar. In einem Schritt S2 wird die momentane Position PIST mit einer gespeicherten Position PSTART verglichen. In der Position PSTART befindet sich die Nockenwelle 2 bezogen auf den Pumpenkolben 4 innerhalb ihres Grundkreis G, vorzugsweise in der Nähe des Nockenablaufs AB. Der Pumpenkolben 4 befindet sich zu diesem Zeitpunkt in seiner oberen Ausgangsposition und der Druck im Steuerventil 21 und in der Einspritzdüse 10 entspricht weitgehend dem Druck des Kraftstoff-Niederdruckbereichs 31. Ist PIST gleich PSTART beginnt die Messung der Ventilschließzeit. Der Schließvorgang des Steuerventils 21 wird im Schritt S3a eingeleitet, in dem ein Normierpuls SON gesetzt wird, durch den die Betätigungseinheit 22 angesteuert wird. Der Zeitpunkt tSON, der Ansteuerung wird im Schritt S3b gespeichert, und der Piezo-Aktor 55 wird innerhalb des Schrittes S3c und/oder S3c', mit der Piezospannung uPIEZO und/oder dem Piezostrom iPIE ZO beziehungsweise der Ansteuerenergie EPIEZO beaufschlagt. Im Piezo-Aktor 55 wird dadurch eine Ladung erzeugt, wodurch sich der Piezo-Aktor 55 ausdehnt. Die Ausdehnung des Piezo-Aktors 55 bewirkt, dass die Ventilnadel 50 beginnt, sich von ihrer ersten Endposition 64 in ihre zweite Endposition 65 zu bewegen.The camshaft turns 2 , the sensor determines 90 first in a step S1, in which position P IS the camshaft 2 is currently located. As a sensor 90 For example, a camshaft speed sensor can be used for this. Alternatively, a position sensor can also be used. In a step S2, the current position P IST is compared with a stored position P START . The camshaft is in position P START 2 related to the pump piston 4 within their base circle G, preferably in the vicinity of the cam outlet AB. The pump piston 4 is at this time in its upper starting position and the pressure in the control valve 21 and in the injector 10 largely corresponds to the pressure of the low-pressure fuel range 31 , If P IST is equal to P START , the measurement of the valve closing time begins. The closing process of the control valve 21 is initiated in step S3a, in which a normalization pulse SON is set by which the actuating unit 22 is controlled. The time t SON , the activation is stored in step S3b, and the piezo actuator 55 is charged within step S3c and / or S3c 'with the piezo voltage u PIEZO and / or the piezo current i PIE ZO or the control energy E PIEZO beat. In the piezo actuator 55 this creates a charge, which causes the piezo actuator 55 expands. The expansion of the piezo actuator 55 causes the valve needle 50 starts moving from their first end position 64 to their second end position 65 to move.

Trifft die Ventilnadel 50 in den Ventilsitz 51, so wird durch die mechanische Koppelung der Ventilnadel 50 mit dem Piezo-Aktor 55 eine Kraft auf den Piezo-Aktor 55 übertragen. Die plötzliche Krafteinwirkung auf den Piezo-Aktor 55, beim Einschlag der Ventilnadel 50 in den Ventilsitz 51 bewirkt, dass im Piezo-Aktor 55 sprunghaft eine Ladung induziert wird, die Proportional zur einwirkenden Kraft ist. Da die Kraft proportional zur Piezospannung uPIEZO und proportional zum Integral des Piezostroms ∫iPIEZO, kann eine sprunghafte Änderung der Ladung, die gleichbedeutend ist mit dem Erreichen der Ventilnadel im Ventilsitz, direkt anhand der Ableitung der Piezospannung u'PIEZO und/oder des Piezostroms iPIEZO erkannt werden. Hierzu wird während des Schließvorgang des Steuerventils 21, in einem Schritt S4, die Ableitung der Piezospannung u'PIEZO gebildet und in einem Schritt S5 bzw. S5' der Verlauf der abgeleiteten Piezospannung u'PIEZO bzw. der Verlauf des Piezostrom iPIEZO mit einem Schwellwert u'SCHWEL, bzw. iSCHWELL, verglichen. Überschreitet die abgeleitete Spannung u'PIEZO bzw. der Strom iPIEZO den entsprechenden Schwellwerte u'SCHWELL, bzw. iSCHWELL erkennt das Programm, dass das Steuerventil 21 geschlossen ist. Der Zeitpunkt tC zu dem der Schwellenwert überschritten wird und der den Schließzeitpunkt des Steuerventils 21 entspricht, wird in einem weiteren Schritt S6 erfasst und gespeichert. Aus der Subtraktion der Ansteuerzeit tSON von der Schließzeit tC wird in einem Schritt S7 die IST-Schließzeit tV_IST berechnet. Und aus der IST-Schließzeit tV_IST sowie einer vorgegebenen Soll-Schließzeit tV_SOLL wird in einem weiteren Schritt S8 durch Subtraktion der Ist-Schließzeit tV_IST von der Soll-Schließzeit tV_SOLL die Schließzeitdifferenz ΔtV berechnet. Aus der Schließzeitdifferenz ΔtV lässt sich dann, in einem weiteren Schritt S9 bestimmen, ob die Piezospanng uPIEZO und/oder der Piezostrom iPIEZO beziehungsweise die Ansteuerenergie EPIEZO, mit der der Piezo-Aktor 55 beaufschlagt wurde, zu hoch oder zu niedrig gewählt ist. Ist ΔtV > 0 so ist die tatsächliche Schließzeit tV_IST kürzer als die gewünschte Schließzeit tV_SOLL d. h., die Piezospannung uPIEZO und/oder der Piezostrom iPIEZO beziehungsweise die Ansteuerenergie EPIEZO sind zu hoch und werden in einem letzten Schritt S10 verringert. Ist ΔtV < 0 so ist die, tatsächliche Schließzeit tV_IST größer als die gewünschte Schließzeit tV_SOLL d. h., die Piezospannung uPIEZO und/oder der Piezostrom iPIEZO beziehungsweise die Ansteuerenergie EPIEZO sind zu niedrig und werden in einem letzten Schritt S10 erhöht. Mit der Nachregelung der Piezospannung uPIEZO und/oder der Piezostrom iPIEZO beziehungsweise die Ansteuerenergie EPIEZO ist der Programmdurchlauf beendet und es kann eine erneute Messung der Ventilschließzeit erfolgen.Meets the valve needle 50  in the valve seat 51 , so is due to the mechanical coupling the valve needle 50  with the piezo actuator 55  a force on the piezo actuator 55  transfer. The sudden Force applied to the piezo actuator 55 , on impact the valve needle 50  in the valve seat 51  causes that in the piezo actuator 55  leaps and bounds induced a charge that is proportional to the acting force. Because the force proportional to the piezo voltage uPIEZO and proportional to the integral of the piezo current ∫iPIEZO. can be a sudden change the charge that is equivalent to reaching the valve needle in the valve seat, directly based on the derivative of the piezo voltage u 'PIEZO and / or the piezo current iPIEZO recognized become. This is done during of the closing process of the control valve 21 , in a step S4, the derivation the piezo voltage u 'PIEZO educated and in one Step S5 or S5 'the course of the derived piezo voltage u'PIEZO or the course of the piezo current iPIEZO with a threshold u 'smoldering. or iswell, compared. exceeds the derived voltage u 'PIEZO or the Current iPIEZO the corresponding threshold values u 'swell, or iswell recognize that Program that the control valve 21  closed is. The Time tC at which the threshold is exceeded and the the closing time of the control valve 21  corresponds in a further step S6 recorded and saved. From the subtraction of the control time tSON from the closing time tC is in the actual closing time t in a step S7v_act calculated. And from the actual closing time tv_act and a predetermined target closing time tv_cmd in a further step S8 by subtracting the actual closing time tv_act of the target closing time tv_cmd the closing time difference ΔtV calculated. From the closing time difference ΔtV leaves then, in a further step S9, determine whether the piezo voltage uPIEZO and / or the piezo current iPIEZO or the control energy ePIEZOwith which the piezo actuator 55  was charged selected too high or too low is. Is ΔtV > 0 so is the actual one closing time tv_act shorter than the one you want closing time tv_cmd d. i.e. the piezo voltage uPIEZO  and / or the Piezo current iPIEZO or the control energy ePIEZO are too high and are in one last step S10 decreased. Is ΔtV <0 is the actual one closing time tv_act greater than the desired closing time tv_cmd d. i.e. the piezo voltage uPIEZO and / or the piezo current iPIEZO respectively the control energy EPIEZO are too low and are increased in a last step S10. With the readjustment of the Piezo voltage uPIEZO and / or the piezo current iPIEZO or the control energy ePIEZO the program run is ended and the valve closing time can be measured again.

Claims (7)

Verfahren zum Messen einer Zeitdauer, die die Ventilnadel (50) eines Steuerventils (21) einer Piezo-Pumpe-Düse-Einheit benötigt, unter Berücksichtigung der Ansprechzeit des Steuerventils (21), um von einer ersten Endposition (64) in eine zweite Endposition (65) zu gelangen, bei dem – die Zeitdauer in Abhängigkeit von der am Steuerventil (21) angelegten Spannung (u(t)) und/oder des angelegten Stroms (i(t)) ermittelt wird, – ein Stellsignal erzeugt wird zum Bewegen des Steuerventils (21) von der ersten (64) in die zweite Endposition. (65) und – das Stellsignal zu einem Zeitpunkt erzeugt wird, in dem gewährleistet ist, dass der Druck im Steuerventil (21) und in der Einspritzdüse (10) während der Messung weitgehend dem Druck des Kraftstoff-Niederdruckbereichs (31) entspricht.Method of measuring a length of time that the valve needle ( 50 ) of a control valve ( 21 ) requires a piezo pump-nozzle unit, taking into account the response time of the control valve ( 21 ) from a first end position ( 64 ) in a second end position ( 65 ) at which - the time period depending on that on the control valve ( 21 ) applied voltage (u (t)) and / or the applied current (i (t)) is determined, - an actuating signal is generated for moving the control valve ( 21 ) from the first ( 64 ) to the second end position. ( 65 ) and - the control signal is generated at a point in time at which it is ensured that the pressure in the control valve ( 21 ) and in the injector ( 10 ) during the measurement largely the pressure of the low-pressure fuel area ( 31 ) corresponds. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Messen der Zeitdauer am laufenden Motor innerhalb der Zeitspanne erfolgt, in der sich die Nockenwelle (2) bezogen auf den Pumpenkolben (4) der Einspritzdüse (10) oder die entsprechenden Übertragungsglieder innerhalb ihres Grundkreises (G) befindet.A method according to claim 1, characterized in that the measurement of the period of time on the running engine takes place within the period in which the camshaft ( 2 ) related to the pump piston ( 4 ) the injector ( 10 ) or the corresponding transmission elements are located within their base circle (G). Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Messen der Zeitdauer bei stehender Nockenwelle (2) erfolgt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the measurement of the duration with the camshaft stationary ( 2 ) he follows. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Erreichen der ersten (64) oder zweiten Endposition (65) anhand von zumindest einer Unstetigkeit im Verlauf der Spannung (u(t)) und/oder des Stromes (i(t)) erkannt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that reaching the first ( 64 ) or second end position ( 65 ) is detected on the basis of at least one discontinuity in the course of the voltage (u (t)) and / or the current (i (t)). Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Erkennen der ersten oder zweiten Endposition (64), (65) anhand von zumindest einem Impulse im Verlauf der Spannung (u(t)) und/oder des Stromes (i(t)) erfolgt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the detection of the first or second end position ( 64 ), ( 65 ) on the basis of at least one pulse in the course of the voltage (u (t)) and / or the current (i (t)). Vorrichtung zum Messen einer Zeitdauer, die die Ventilnadel (50) eines Steuerventils (21) einer Piezo-Pumpe-Düse-Einheit benötigt, unter Berücksichtigung der Ansprechzeit des Steuerventils (21), um von einer ersten Endposition (64) in eine zweite Endposition (65) zu gelangen, wobei die Vorrichtung ein Steuergerät (40) mit folgende Bestandteile umfasst: – eine Auswerteeinheit (41), die die Zeitdauer in Abhängigkeit von der am Steuerventil (21) angelegten Spannung (u(t)) und/oder des angelegten Stromes (i(t)) ermittelt, – und eine Steuereinheit (42), die das Stellsignal erzeugt, zum Bewegen des Steuerventils (21) von der ersten Endposition (64) in die zweite Endposition (65) und die das Stellsignal zu einem Zeitpunkt erzeugt, in dem gewährleistet ist, dass der Druck im Steuerventil (21) und in der Einspritzdüse (10) während der Messung weitgehend dem Druck des Kraftstoff-Niederdruckbereichs (31) entspricht.Device for measuring a period of time that the valve needle ( 50 ) of a control valve ( 21 ) requires a piezo pump-nozzle unit, taking into account the response time of the control valve ( 21 ) from a first end position ( 64 ) in a second end position ( 65 ) to arrive, the device being a control unit ( 40 ) with the following components: - an evaluation unit ( 41 ), which is the length of time depending on that on the control valve ( 21 ) applied voltage (u (t)) and / or the applied current (i (t)) -, and a control unit ( 42 ), which generates the control signal, for moving the control valve ( 21 ) of the first end position ( 64 ) to the second end position ( 65 ) and which generates the control signal at a point in time at which it is ensured that the pressure in the control valve ( 21 ) and in the injector ( 10 ) during the measurement largely the pressure of the low-pressure fuel area ( 31 ) corresponds. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (41) eine Schaltung umfasst, die durch das Auswerten der Spannung (u(t)) und/oder des Stromes (i(t)) das Erkennen von zumindest einer Unstetigkeit oder eines Impulses im Verlauf der Spannung (u(t)) und/oder des Stromes (i(t)) beinhaltet.Apparatus according to claim 6, characterized in that the evaluation unit ( 41 ) comprises a circuit which, by evaluating the voltage (u (t)) and / or the current (i (t)), recognizes at least one discontinuity or a pulse in the course of the voltage (u (t)) and / or of the current (i (t)).
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