WO2006103266A1 - Stellgebersystem, stellgeber sowie steuereinheit und verfahren zum ansteuern des stellgebers - Google Patents

Stellgebersystem, stellgeber sowie steuereinheit und verfahren zum ansteuern des stellgebers Download PDF

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WO2006103266A1
WO2006103266A1 PCT/EP2006/061165 EP2006061165W WO2006103266A1 WO 2006103266 A1 WO2006103266 A1 WO 2006103266A1 EP 2006061165 W EP2006061165 W EP 2006061165W WO 2006103266 A1 WO2006103266 A1 WO 2006103266A1
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WO
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piezoelectric element
control unit
piezoelectric
operating mode
injection valve
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Application number
PCT/EP2006/061165
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English (en)
French (fr)
Inventor
Sven Eisen
Jürgen Rink
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M51/00—Fuel-injection apparatus characterised by being operated electrically
    • F02M51/06—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle
    • F02M51/0603—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using piezoelectric or magnetostrictive operating means
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/02—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors

Definitions

  • Positioner system Positioner system, positioner as well as control unit and method for controlling the positioner
  • the invention relates to a positioning element system, in particular an injection system for an internal combustion engine, sensor with an actuating ⁇ comprising a piezoelectric actuator.
  • the invention further relates to a positioning element, in particular an injection valve with a piezoelectric actuator and a control unit and a procedural ⁇ ren for driving the positioning element.
  • Positioners are often formed by means of piezoelectric actuators, which generate an adjusting movement, in particular a switching stroke or a travel.
  • the use of piezo actuators has the advantage that they have very short switching times and lower energy consumption compared to conventional magnetic drives.
  • the travel of a piezoelectric actuator is small due to its limited length and its electrical parameters.
  • the piezoelectric actuator In the case of the use of such an actuator for an injection valve in a Brennkraftma ⁇ machine, the piezoelectric actuator must be designed so that the travel over the entire temperature range is available to a sufficient degree. Must continue to have piezoelectric actuators, which also compensates over its entire operating period a longitudinal drift and the possibly counteracted schrangn to the function of the injection valve permanently ge ⁇ .
  • Positioner for such a positioner system to provide. It is another object of the present invention to provide a method for controlling a positioning element with reduced over-sizing is available, wherein the actuating stroke can be ensured over the entire life and particular Be ⁇ operating states.
  • a positioner system in particular an injection system for an internal combustion engine
  • the positioner system has a position indicator, in particular an injection valve, which comprises a first piezoelement and a second piezoelement.
  • the first and the second piezo element are so arranged to each other ⁇ that add their adjustment movements at a control.
  • the position encoder system further has a control unit, which is connected to the control with the first and with the second piezoelectric element. In a first operating mode, the control unit activates only the first piezoelectric element and, in a second operating mode, the first and the second piezoelectric element in parallel.
  • the position indicator can be operated both in a first operating mode (standard mode of operation) with only one of the piezo elements. If one requires a larger travel, ie further stroke, then the second piezoelectric element is connected and driven in parallel to the first piezoelectric element in a suitable manner. In this way Kings ⁇ reserves to achieve a larger travel, z. B. for critical cold starts or hot starts are retrieved. It is also possible to compensate for a drift of the piezo elements, the currency ⁇ end-of-life occurs, so that the positioning element is again adjusted, in its behavior to the behavior that had the positioning element to an initial state. In particular, the first or second operating mode can be chosen so that the drift of the positioner is compensated as possible with respect to the travel.
  • the positioner may comprise one or more further piezo elements which are connected to the first and second, respectively
  • Piezoelement are arranged, that adds the adjusting movements of the one or more further piezoelectric elements to the adjusting movement of the first and second piezoelectric element.
  • the further piezoelectric elements can be controlled individually by the control unit depending on the duration of operation.
  • the further piezoelectric element is actuated by the control unit in a third operating mode together with the first and the second piezoelectric element as a function of the operating time.
  • the Stabili ⁇ may be formed as an elastic membrane s ists founded which is connected to a housing of the injection valve to the area of the first piezoelectric element and the region to separate the second piezoelectric element from each other. In this way can be achieved, for example, that the Sta ⁇ bilmaschines adopted addition to stabilizing the positioning speed to a transverse movement also has bers suitable
  • a position indicator which has a first piezoelectric element and a second piezoelectric element.
  • the first and the second piezoelectric element are arranged one above the other so that add their adjusting movements in their control.
  • the piezoelectric elements are formed separately controllable from each other.
  • Such an actuator has the advantage that the piezoelectric elements can be actuated both individually and jointly, so that actuation and desired positioning movement can essentially be selected by controlling either only one of the piezoelectric elements or the first and second piezoelements.
  • a stabilizing device may be provided between the first and the second piezoelectric element, a stabilizing device to counteract a transverse movement perpendicular to the direction of the adjusting movement.
  • the stabilization device may be formed as an elastic membrane, which is ver ⁇ connected with a housing of the positioner to separate the region of the first piezoelectric element and the region of the second piezoelectric element from each other. Furthermore, it can be provided that a sealing device is provided between the first and the second piezoelectric element.
  • control unit for driving a connectable actuating ⁇ encoder combustion engine, particularly an injection valve for an internal ⁇ provided.
  • the control unit comprises an ERS ⁇ th and a second terminal, a first and a second piezoelectric element of a positioning element to be connected ⁇ control.
  • the control unit is designed such that in ei ⁇ nem operating mode only the first piezoelectric element controls and in a second operating mode in parallel drives the first and the second piezoelectric element.
  • the second operating mode is assumed in particular in the case of special operating states of the internal combustion engine and / or after a certain operating period of the injection valve has expired.
  • the control unit can be designed so that the first or the second operating mode Be ⁇ is selected so that the drift of the positioner is compensated as possible with respect to the travel.
  • a method for controlling a position indicator comprises a first and a second piezo element, which add up when they actuate their adjusting movements.
  • the method comprises the steps of driving only the first piezoelectric element in a first operating mode and the parallel driving of the first and the second piezoelectric element in a second operating mode.
  • FIG. 1 shows an injection system according to a preferred embodiment of the present invention
  • FIG. 2 shows an embodiment of an injection valve
  • FIG. 3 shows a further embodiment of an injection valve.
  • FIG. 1 shows a detail of an injection system 1 which comprises a control unit 2 and an injection valve 3.
  • the injection valve 3 serves to control the Zumoni ⁇ tion of fuel in an internal combustion engine.
  • the A ⁇ injection valve 3 is shown for clarity in Figure 1 only as a section in which a piezoelectric actuator is provided.
  • the piezoelectric actuator has a first piezoelectric element 4 and a second piezoelectric element 5 and is electrically connected to the control unit 2 via first control lines 6 and second control lines 7, respectively.
  • the control unit 2 controls the piezoelectric elements 4, 5 separately in order to cause a Stellbe- movement in them, which opens the valve in the case of an injection valve 3 or closes.
  • the opening and closing of the injection valve 3 is controlled by the control unit 2 depending on measured system sizes.
  • the control unit 2 activates only the first piezoelectric element 4, which is designed to achieve the desired set stroke, ie the adjusting movement necessary for opening and closing the injection valve.
  • the first operating mode Be ⁇ the second piezoelectric element is not driven, so that it zoiatas is moved only by the adjusting movement of the first piezo.
  • the first and the second piezoelectric element 4, 5 are coupled to each other via a connecting element 8, so that their actuation their rectifying movements are rectified in the direction of its longitudinal axis.
  • the connecting element 8 between the first and the second piezo element 4, 5 preferably connects the two piezo elements 4, 5 to one another such that a transverse movement perpendicular to the direction of the adjusting movement is prevented or attenuated as far as possible.
  • a fixed end 9 of the first piezoelectric element 4 is fixed to a housing 10 of the Injector 3 is connected so that an adjusting movement in the form of an elongation or stretching acts by supporting on the fixed end 9 directly via the connecting element 8 on the two ⁇ te piezoelectric element 5 and the second piezoelectric element 5 thus moves.
  • a caused by a corresponding control actuator ⁇ movement of the second piezoelectric element 5 is rectified and is added when driven to the actuating movement of the first piezo element, so that a secured at a fixed end 11 of the two ⁇ th piezoelectric element 5 setting pin 12 performs an adjusting movement.
  • the controller 2 In a second operating mode, the controller 2 then controls both piezo elements 4, 5 via the corresponding Ansteu ⁇ er réelleen 6, 7, so that the adjusting movement of the added control movements of the individual piezoelectric elements 4, 5 is composed.
  • the second operating mode can be taken in special operating conditions of the injection system, such as at a warm start or cold start, with other changes in the travel of the piezoelectric actuator, depending on a temperature in the internal combustion engine, or can be taken after a certain total operating time of the injector to a Usually to compensate for existing drift of the elongations of the piezo elements in an injection valve. Ie.
  • FIG. 2 shows a further embodiment of the injection valve of FIG. 1.
  • the execution form of the figure 2 differs from the injection valve in the exporting ⁇ approximate shape of Figure 1 in that 13 vorgese ⁇ is hen between the first and the second piezoelectric element 4, 5, an intermediate element that can be formed on the one hand as an elastic diaphragm, around the area of the first piezo-element 4 and the area, the second piezoelectric element 5 is in the to separate from ⁇ each other so, so that no dirt, fluids flues ⁇ and the like between the areas of the two piezoelectric elements 4, 5 can be exchanged.
  • the intermediate element 13 may also be provided as not the two Berei ⁇ che separating elastic element that is connected to the housing 10 of the injection valve 3 in order to stabilize the entire piezoelectric actuator in the transverse direction perpendicular to the direction of the adjusting movement. In particular, if a compressive force is exerted on the piezoelectric actuator by the adjusting movement, lateral deflection and bending of the piezoactuator may occur. By means of the intermediate element 13, which then serves as a stabilizing element, the deflection of the piezoelectric actuator in a lateral direction can be prevented or reduced.
  • an embodiment of the intermediate element 13 as a sealing element and at the same time as a stabilizing element is advantageous because at the same time the piezoelectric actuator in
  • Transverse direction can be stabilized and continue to seal the two areas can be achieved against each other.
  • FIG. 3 shows a further form of the guide is from erfindungsge ⁇ MAESSEN injector shown.
  • the one shown there ⁇ injection valve has a piezoelectric actuator 20 with four separated at ⁇ controllable piezoelectric elements 21, 22, 23, 24, which übereinan-

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Stellgebersystem, insbesondere ein Einspritzsystem für eine Brennkraftmaschine mit einem Stell- geber, insbesondere einem Einspritzventil, der ein erstes Piezoelement und ein zweites Piezoelement umfasst, wobei das erste und das zweite Piezoelement so aufeinander angeordnet sind, dass sich ihre Stellbewegungen addieren; und mit einer Steuereinheit, die zur Ansteuerung mit dem ersten und dem zweiten Piezoelement verbunden ist, wobei die Steuereinheit in einem ersten Betriebsmodus nur das erste Piezoelement an- steuert und in einem zweiten Betriebsmodus parallel das erste und das zweite Piezoelement ansteuert.

Description

Beschreibung
Stellgebersystem, Stellgeber sowie Steuereinheit und Verfahren zum Ansteuern des Stellgebers
Die Erfindung betrifft ein Stellgebersystem, insbesondere ein Einspritzsystem für eine Brennkraftmaschine, mit einem Stell¬ geber, der einen Piezoaktor umfasst. Die Erfindung betrifft weiterhin einen Stellgeber, insbesondere ein Einspritzventil mit einem Piezoaktor sowie eine Steuereinheit und ein Verfah¬ ren zur Ansteuerung des Stellgebers.
Stellgeber werden häufig mithilfe von Piezoaktoren ausgebildet, die eine Stellbewegung, insbesondere einen Schalthub bzw. einen Stellweg, erzeugen. Die Verwendung von Piezoaktoren hat den Vorteil, dass sie gegenüber herkömmlichen Magnetantrieben sehr kurze Schaltzeiten und einen geringeren Energieverbrauch aufweisen. Der Stellweg eines Piezoaktors ist jedoch aufgrund seiner begrenzten Länge und seiner elektri- sehen Parameter klein. Im Fall der Verwendung eines solchen Stellgebers für ein Einspritzventil in einer Brennkraftma¬ schine muss der Piezoaktor so ausgelegt werden, dass der Stellweg über den gesamten Temperaturbereich in ausreichendem Maß zur Verfügung steht. Weiterhin weisen Piezoaktoren über ihre gesamte Betriebsdauer eine Längsdrift auf, die ebenfalls kompensiert und der gegebenenfalls entgegengewirkt werden muss, um die Funktion des Einspritzventils dauerhaft zu ge¬ währleisten. Anderenfalls führte dies zu einer Einschränkung der Funktion des Einspritzventils oder zu seinem vollständi- gen Ausfall, so dass ein Öffnen und Schließen nicht im aus¬ reichenden Maße sichergestellt werden kann. Aus diesem Grunde werden herkömmliche Einspritzventile mit Piezoaktoren herge¬ stellt, in denen der Piezoaktor deutlich überdimensioniert ist. D. h. der Piezoaktor inklusive der den Piezoaktor an- steuernden Steuereinheit wird bislang so ausgelegt, dass er die Funktion sicher bei jeder Temperatur und Systemgröße über die gesamte Lebensdauer gewährleistet. Dadurch entsteht ein Mehraufwand bei der Herstellung eines solchen Piezoaktors, und die Schaltzeiten sind aufgrund der erhöhten kapazitiven Last erhöht.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Stellge- bersystem sowie einen Stellgeber zur Verfügung zu stellen, bei dem die Überdimensionierung reduziert werden kann und bei dem der benötigte Stellhub bei bestimmten Betriebszuständen sowie über die gesamte Lebensdauer gewährleistet werden kann.
Es ist weiterhin Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein
Stellgeber für ein solches Stellgebersystem zur Verfügung zu stellen. Es ist weiterhin Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Ansteuerung eines Stellgebers mit reduzierter Überdimensionierung zur Verfügung zu stellen, wobei der Stellhub über die gesamte Lebensdauer und bei besonderen Be¬ triebszuständen gewährleistet werden kann.
Diese Aufgabe wird durch das Stellgebersystem nach Anspruch 1, den Stellgeber nach Anspruch 9, die Steuereinheit nach An- spruch 13 sowie das Verfahren zur Ansteuerung eines Stellgebers nach Anspruch 16 gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Stellgebersystem, insbesondere ein Einspritzsystem für eine Brennkraftmaschine, vorgesehen. Das Stellgebersystem weist einen Stellgeber, insbesondere ein Einspritzventil, auf, der ein erstes Piezoelement und ein zweites Piezoelement umfasst. Das erste und das zweite Piezoelement sind so aufeinander an¬ geordnet, dass sich bei einer Ansteuerung ihre Stellbewegungen addieren. Das Stellgebersystem weist weiterhin eine Steuereinheit auf, die zur Ansteuerung mit dem ersten und mit dem zweiten Piezoelement verbunden ist. Die Steuereinheit steuert in einem ersten Betriebsmodus nur das erste Piezoelement an und in einem zweiten Betriebsmodus parallel das erste und das zweite Piezoelement an. Dadurch, dass der Stellgeber zwei oder mehrere getrennt ansteuerbare Piezoelemente aufweist, kann der Stellgeber sowohl in einem ersten Betriebsmodus (Standardbetriebsweise) mit nur einem der Piezoelemente betrieben werden. Benötigt man einen größeren Stellweg, d. h. weiteren Hub, so wird der das zweite Piezoelement dazugeschaltet und parallel zu dem ersten Piezo- element in geeigneter Weise angesteuert. Auf diese Weise kön¬ nen Reserven zur Erreichung eines größeren Stellwegs, z. B. für kritische Kaltstarts bzw. Heißstarts abgerufen werden. Es ist weiterhin möglich eine Drift der Piezoelemente, die wäh¬ rend ihrer Betriebsdauer auftritt, so zu kompensieren, dass der Stellgeber in seinem Verhalten wieder dem Verhalten, das der Stellgeber zu einem Anfangszustand hatte, angeglichen wird. Insbesondere kann der erste oder zweite Betriebsmodus so gewählt werden, dass die Drift des Stellgebers bezüglich des Stellweges möglichst kompensiert wird.
Insbesondere kann der Stellgeber ein oder mehrere weitere Piezoelemente umfassen, die so an den ersten bzw. zweiten
Piezoelement angeordnet sind, dass sich die Stellbewegungen des einen oder der mehreren weiteren Piezoelemente zu der Stellbewegung des ersten und zweiten Piezoelements addiert. Die weiteren Piezoelemente können abhängig von der Betriebs- dauer durch die Steuereinheit individuell angesteuert werden.
Auf diese Weise ist es möglich während der gesamten Betriebs¬ dauer eines Piezoelements dieses mehrfach an eine veränderte Drift oder eine sonstige zeitweilige oder dauerhafte Änderung des Stellwegs des Piezoaktors anzupassen. Diesbezüglich kann vorgesehen sein, dass das weitere Piezoelement abhängig von der Betriebsdauer durch die Steuereinheit in einem dritten Betriebsmodus gemeinsam mit dem ersten und dem zweiten Piezoelement angesteuert wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungs form kann zwischen dem ersten und dem zweiten Piezoelement eine Stabilisierungseinrichtung vorgesehen sein, um einer Querbewegung senkrecht zur Richtung der Stellbewegung entgegenzuwirken. Auf diese Weise kann eine Querverbiegung des Stellgebers mit mehreren Piezo- elementen verhindert werden. Insbesondere kann die Stabili¬ sierungseinrichtung als eine elastische Membran ausgebildet sein, die mit einem Gehäuse des Einspritzventils verbunden ist, um den Bereich des ersten Piezoelementes und dem Bereich des zweiten Piezoelementes voneinander zu trennen. Auf diese weise kann beispielsweise erreicht werden, dass das die Sta¬ bilisierungseinrichtung neben der Stabilisierung des Stellge- bers gegenüber einer Querbewegung auch dazu geeignet ist,
Schmutz oder sonstige Materialien, wie beispielsweise Flüs¬ sigkeiten, vom Eindringen in einen der Bereiche abzuhalten.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Stellgeber vorgesehen, der ein erstes Piezoelement und ein zweites Piezoelement aufweist. Das erste und das zweite Piezoelement sind so aufeinander angeordnet, dass sich bei ihrer Ansteuerung ihre Stellbewegungen addieren. Die Piezo- elemente sind voneinander separat ansteuerbar ausgebildet. Ein solcher Stellgeber hat den Vorteil, dass die Piezoelemen- te sowohl einzeln als auch gemeinsam ansteuerbar sind, so dass Ansteuerung und gewünschte Stellbewegung im Wesentlichen ausgewählt werden können, indem entweder nur eines der Piezo- elemente oder das erste und zweite Piezoelement angesteuert werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungs form der Erfindung kann zwischen dem ersten und dem zweiten Piezoelement eine Stabilisierungseinrichtung vorgesehen sein, um einer Querbewegung senkrecht zur Richtung der Stellbewegung entgegen zu wirken.
Die Stabilisierungseinrichtung kann als elastische Membran ausgebildet sein, die mit einem Gehäuse des Stellgebers ver¬ bunden ist, um den Bereich des ersten Piezoelementes und den Bereich des zweiten Piezoelementes voneinander zu trennen. Ferner kann vorgesehen sein, dass eine Dichtungseinrichtung zwischen dem ersten und dem zweiten Piezoelement vorgesehen ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Steuereinheit zum Ansteuern eines anschließbaren Stell¬ gebers, insbesondere eines Einspritzventils für eine Brenn¬ kraftmaschine, vorgesehen. Die Steuereinheit weist einen ers¬ ten und einen zweiten Anschluss auf, um ein erstes bzw. ein zweites Piezoelement eines anschließbaren Stellgebers anzu¬ steuern. Die Steuereinheit ist so gestaltet, dass die in ei¬ nem ersten Betriebsmodus nur das erste Piezoelement ansteuert und in einem zweiten Betriebsmodus parallel das erste und das zweite Piezoelement ansteuert. Der zweite Betriebsmodus wird insbesondere bei besonderen Betriebszuständen der Brennkraftmaschine und/oder nach Ablauf einer bestimmten Betriebsdauer des Einspritzventils eingenommen. Weiterhin kann die Steuereinheit so gestaltet sein, dass der erste oder der zweite Be¬ triebsmodus so gewählt wird, dass die Drift des Stellgebers bezüglich des Stellweges möglichst kompensiert wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Ansteuerung eines Stellgebers vorgesehen. Der Stellgeber umfasst ein erstes und ein zweites Piezoele- ment, das sich bei ihrer Ansteuerung ihrer Stellbewegungen addieren. Das Verfahren umfasst die Schritte des Ansteuerns nur des ersten Piezoelements in einem ersten Betriebsmodus und des Parallelansteuerns des ersten und des zweiten Piezo- elementes in einem zweiten Betriebsmodus.
Bevorzugte Ausführungs formen werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 ein Einspritzsystem gemäß einer bevorzugten Ausfüh- rungsform der vorliegenden Erfindung;
Figur 2 zeigt eine Ausführungsform eines Einspritzventils; und Figur 3 zeigt eine weitere Ausführungs form eines Einspritzventils .
In Figur 1 ist ein Ausschnitt eines Einspritzsystems 1 darge- stellt, das eine Steuereinheit 2 und ein Einspritzventil 3 umfasst. Das Einspritzventil 3 dient zum Steuern der Zufüh¬ rung von Kraftstoff in einer Brennkraftmaschine. Das Ein¬ spritzventil 3 ist der Übersichtlichkeit halber in der Figur 1 nur als ein Ausschnitt dargestellt, in dem ein Piezoaktor vorgesehen ist. Der Piezoaktor weist ein erstes Piezoelement 4 und ein zweites Piezoelement 5 auf und ist elektrisch mit der Steuereinheit 2 über erste Ansteuerleitungen 6 bzw. zweite Ansteuerleitungen 7 verbunden. Die Steuereinheit 2 steuert die Piezoelemente 4, 5 separat an, um in ihnen eine Stellbe- wegung hervorzurufen, die im Falle eines Einspritzventils 3 das Ventil öffnet oder schließt. Das Öffnen und Schließen des Einspritzventils 3 wird durch die Steuereinheit 2 abhängig von gemessenen Systemgrößen gesteuert.
Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, das Einspritzventil in zwei Betriebsarten zu betreiben. In einem ersten Betriebsmodus steuert die Steuereinheit 2 nur das erste Piezoelement 4 an, das so ausgelegt ist, um den gewünschten Sollhub, d. h. die Stellbewegung, die zum Öffnen und Schließen des Ein- spritzventil notwendig ist, zu erreichen. In dem ersten Be¬ triebsmodus wird das zweite Piezoelement nicht angesteuert, so dass es lediglich durch die Stellbewegung des ersten Pie- zoelementes mitbewegt wird.
Das erste und das zweite Piezoelement 4, 5 sind miteinander über ein Verbindungselement 8 gekoppelt, so dass bei ihrer Ansteuerung ihre Stellbewegungen gleichgerichtet in Richtung ihrer Längsachse sind. Das Verbindungselement 8 zwischen dem ersten und dem zweiten Piezoelement 4, 5 verbindet vorzugs- weise die beiden Piezoelemente 4, 5 so miteinander, dass eine Querbewegung senkrecht zur Richtung der Stellbewegung möglichst verhindert bzw. abgeschwächt wird. Ein festes Ende 9 des ersten Piezoelementes 4 ist fest mit einem Gehäuse 10 des Einspritzventils 3 verbunden, so dass eine Stellbewegung in Form einer Dehnung bzw. Streckung durch Abstützen an dem festen Ende 9 direkt über das Verbindungselement 8 auf das zwei¬ te Piezoelement 5 wirkt und das zweite Piezoelement 5 somit bewegt. Eine durch entsprechende Ansteuerung bewirkte Stell¬ bewegung des zweiten Piezoelementes 5 ist gleichgerichtet und addiert sich bei Ansteuerung zu der Stellbewegung des ersten Piezoelementes, so dass ein an einem festen Ende 11 des zwei¬ ten Piezoelementes 5 befestigter Stellstift 12 eine Stellbe- wegung ausführt.
In einem zweiten Betriebsmodus steuert die Steuereinheit 2 nun beide Piezoelemente 4, 5 über die entsprechenden Ansteu¬ erleitungen 6, 7 an, so dass sich die Stellbewegung aus den addierten Stellbewegungen der einzelnen Piezoelemente 4, 5 zusammensetzt. Der zweite Betriebsmodus kann bei besonderen Betriebszuständen des Einspritzsystems eingenommen werden, wie beispielsweise bei einem Warmstart bzw. Kaltstart, bei sonstigen Änderungen des Stellweges des Piezoaktors, abhängig von einer Temperatur in der Brennkraftmaschine, oder kann nach einer bestimmten Gesamtbetriebsdauer des Einspritzventils eingenommen werden, um eine üblicherweise in einem Einspritzventil vorhandene Drift der Längungen der Piezoelemente auszugleichen. D. h. wenn während der Betriebsdauer des ers- ten Piezoelements 4 dieses bei Wegnehmen der Ansteuerspannung nicht zu seiner ursprünglichen Länge zurückkehrt, sondern länger oder kürzer bleibt, als dies zu Beginn der Betriebs¬ dauer (bei Inbetriebnahme) des Einspritzventils der Fall war, so kann durch Wechseln in den zweiten Betriebsmodus gleich- zeitig das zweite Piezoelement 5 angesteuert werden, um die Stellbewegung des durch die beiden Piezoelemente 4, 5 gebil¬ deten Piezoaktors zu korrigieren. Somit ist es möglich eine Drift des Piezoaktors über seine Lebensdauer wieder an den Anfangszustand (bei Inbetriebnahme) anzugleichen. Sonstige Änderungen des Stellweges des Piezoaktors können beispiels¬ weise von der Motorelektronik durch Bestimmung des Luft- /Kraftstoffgemisches und durch Vergleich mit einem Soll-Luft- /Kraftstoffgemisch ermittelt werden und abhängig von eventu- eilen Abweichungen des ersten oder zweiten Betriebsmodus gewählt werden.
In Figur 2 ist eine weitere Aus führungsform des Einspritzven- tils der Figur 1 dargestellt. Die Ausführungs form der Figur 2 unterscheidet sich von dem Einspritzventil in der Ausfüh¬ rungsform der Figur 1 dadurch, dass zwischen dem ersten und dem zweiten Piezoelement 4, 5 ein Zwischenelement 13 vorgese¬ hen ist, das zum einen als elastische Membran ausgebildet sein kann, um den Bereich des ersten Piezoelementes 4 und den Bereich, in dem sich das zweite Piezoelement 5 befindet, von¬ einander so zu trennen, so dass keine Schmutzpartikel, Flüs¬ sigkeiten und dergleichen zwischen den Bereichen der beiden Piezoelemente 4, 5 ausgetauscht werden können.
Das Zwischenelement 13 kann auch als nicht die beiden Berei¬ che trennendes elastisches Element vorgesehen sein, dass mit dem Gehäuse 10 des Einspritzventils 3 verbunden ist, um den gesamten Piezoaktor in Querrichtung senkrecht zur Richtung der Stellbewegung zu stabilisieren. Insbesondere, wenn durch die Stellbewegung eine Druckkraft auf den Piezoaktor ausgeübt wird, kann es zu einem seitlichen Ausweichen und Verbiegen des Piezoaktors kommen. Mithilfe des Zwischenelementes 13, dass dann als Stabilisierungselement dient, kann die Auslen- kung des Piezoaktors in eine seitliche Richtung verhindert bzw. reduziert werden.
Insbesondere eine Ausführung des Zwischenelements 13 als Dichtungselement und gleichzeitig als Stabilisierungselement ist vorteilhaft, da damit gleichzeitig der Piezoaktor in
Querrichtung stabilisiert werden kann und weiterhin eine Abdichtung der beiden Bereiche gegeneinander erreicht werden kann .
In Figur 3 ist eine weitere Aus führungsform des erfindungsge¬ mäßen Einspritzventils dargestellt. Das dort gezeigte Ein¬ spritzventil weist einen Piezoaktor 20 mit vier getrennt an¬ steuerbaren Piezoelementen 21, 22, 23, 24 auf, die übereinan-

Claims

der angeordnet sind, so dass sich ihre jeweiligen Stellbewe¬ gungen bei entsprechender Ansteuerung addieren. Jedes der Piezoelemente 21 weist eigene Ansteuerleitungen 25 auf, die mit einer Steuereinheit verbunden werden können, um die Pie- zoelemente 21, 22, 23, 24 separat anzusteuern. In einem Einspritzventil kann der Piezoaktor 20 so dimensioniert sein, dass bei Betriebnahme des Einspritzventils die Stellbewegung eines ersten der Piezoelemente 21 ausreicht, um den gewünsch¬ ten Ventilbetrieb zu gewährleisten. Je nach verstrichener Be- triebsdauer bzw. nach erfolgter Drift des ersten Piezoelemen- tes 21 ist es nun während der Betriebsdauer möglich, das zweite 22, dritte 23 und/oder vierte Piezoelement 24 hinzuzu¬ schalten, d. h. gleichzeitig mit dem ersten Piezoelement 21 anzusteuern. Um bereits eine geringere Drift des ersten Pie- zoelementes 21 ausgleichen zu können, können das zweite bis vierte Piezoelement 22, 23, 24 jeweils kleiner als das erste Piezoelement ausgebildet sein und z. B. etwa 10% der Größe des ersten Piezoelementes, d. h. einen entsprechend reduzier¬ ten Stellweg aufweisen. Insbesondere können die zweiten bis vierten Piezoelemente 22, 23, 24 mit verschiedenen Längen vorgesehen sein und/oder verschiedene maximale Stellwege auf¬ weisen, so dass durch eine geeignete Kombination der des zweiten bis vierten Piezoelementes 22, 23, 24 eine Reihe von möglichen Kompensationsstellwegen realisiert werden können, um entsprechend dem zweiten Betriebsmodus eine Anpassung des Stellhubs vorzunehmen. Damit ist es möglich, eine Drift des Piezoaktors über seine Betriebsdauer stufenweise anzugleichen und z. B. einem Verschleiß gezielt entgegenzuwirken. Zudem kann bei Bedarf zusätzlicher Hub bei kritischen Betriebssitu- ationen, z. B. Warmstart, Kaltstart eines Verbrennungsmotors zur Verfügung gestellt werden.Das Einspritzsystem bzw. das Einspritzventil der vorliegenden Erfindung ermöglicht es, eine Überdimensionierung des in dem Einspritzventil verwendeten Piezoaktors zu vermeiden und eine Anpassungsmöglichkeit für verschiedene Betriebszustände bzw. für eine während der Betriebsdauer auftretende Drift des Pie¬ zoaktors bereitzustellen. Ansprüche
1. Stellgebersystem (1), insbesondere ein Einspritzsystem für eine Brennkraftmaschine mit einem Stellgeber (3) , insbesondere einem Einspritzventil, der ein erstes Piezoelement (4) und ein zweites Piezoelement (5) umfasst, wobei das erste und das zwei¬ te Piezoelement (5) so aufeinander angeordnet sind, dass sich ihre Stellbewegungen addieren; und mit einer Steuereinheit (2), die zur Ansteuerung mit dem ersten (4) und dem zweiten Piezoelement (5) verbunden ist, wobei die Steuereinheit (2) so ausgelegt ist, dass in einem ersten Betriebsmodus nur das erste Piezoelement (4) ansteuerbar ist und in einem zweiten Betriebsmodus parallel das erste und das zweite Piezoelement (4, 5) ansteuerbar sind.
2. Stellgebersystem (1) nach Anspruch 1, wobei der zweite Betriebsmodus bei vorgegebenen Betriebszuständen der
Brennkraftmaschine und/oder nach Ablauf einer vorgege¬ benen Betriebsdauer des Einspritzventils einnehmbar ist.
3. Stellgebersystem (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Steuereinheit so gestaltet ist, dass der erste oder zweite Betriebsmodus so wählbar sind, dass die Drift des Stellgebers (3) bezüglich des Stellwegs weitestge- hend kompensierbar ist.
4. Stellgebersystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Stellgeber (3) eines oder mehrere weitere Piezoelemente (23, 24) umfasst, die so an dem ersten bzw. zweiten Piezoelement (21, 22) angeordnet sind, dass sich die Stellbewegungen des einen oder der mehreren weiteren Piezoelemente zu den Stellbewegungen des ersten und zweiten Piezoelementes (21, 22) addieren, wobei die weiteren Piezoelemente (23, 24) abhängig von der Betriebsdauer individuell durch die Steuereinheit (2) ansteuerbar sind.
5. Stellgebersystem (1) nach Anspruch 4, wobei das weitere Piezoelement abhängig von der Betriebsdauer durch die Steuereinheit in einem dritten Betriebsmodus gemeinsam mit dem ersten und dem zweiten Piezoelement ansteuerbar ist.
6. Stellgebersystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei zwischen dem ersten und dem zweiten Piezoelement eine Stabilisierungseinrichtung vorgesehen ist, um einer Querbewegung senkrecht zur Richtung der Stellbewegung entgegenzuwirken.
7. Stellgebersystem (1) nach Anspruch 6, wobei die Stabilisierungseinrichtung als eine elastische Membran ausgebildet ist , die mit einem Gehäuse des Stellgebers verbunden ist, um den Bereich des ersten Piezoelementes und den Bereich des zweiten Piezoelementes voneinander zu trennen.
8. Stellgebersystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 wobei zwischen dem ersten und dem zweiten Piezoelement eine Dichtungseinrichtung vorgesehen ist, um den Bereich des ersten Piezoelementes von dem Bereich des zweiten Piezoelements zu trennen.
9. Stellgeber (3), insbesondere Einspritzventil für eine Brennkraftmaschine mit einem ersten Piezoelement (4) und mit einem zweiten Piezoelement (5) , wobei das erste und das zweite Piezoelement (4, 5) so aufeinander angeordnet sind, dass sich bei ihrer An- Steuerung ihre Stellbewegungen addieren; wobei die Piezoelemente (4, 5) voneinander separat an¬ steuerbar ausgebildet sind.
10. Stellgeber nach Anspruch 9, wobei zwischen dem ersten und dem zweiten Piezoelement (4, 5) eine Stabilisie¬ rungseinrichtung (13) vorgesehen ist, um einer Querbewegung senkrecht zur Richtung der Stellbewegung entge- genzuwirken.
11. Stellgeber nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Stabilisierungseinrichtung (13) als eine elastische Membran ausgebildet ist, die mit einem Gehäuse (10) des Stell- gebers (3) verbunden ist, um den Bereich des ersten
Piezoelementes (4) und den Bereich des zweiten Piezo- elementes (5) voneinander zu trennen.
12. Stellgeber (3) nach Anspruch 9, wobei eine Dichtungs- einrichtung (13) zwischen dem ersten und dem zweiten Piezoelement (4, 5) vorgesehen ist.
13. Steuereinheit zum Ansteuern eines Stellgebers (3), der ein erstes und ein zweites Piezoelement (4, 5) auf- weist, wobei die Steuereinheit (2) einen ersten An- schluss aufweist, um in einem ersten Betriebsmodus nur das erste Piezoelement (4) anzusteuern, und einen zwei¬ ten Anschluss aufweist, um in einem zweiten Betriebsmo¬ dus parallel das erste und das zweite Piezoelement (4, 5) anzusteuern.
14. Steuereinheit (2) nach Anspruch 13, wobei die Steuereinheit (2) den zweiten Betriebsmodus bei vorgegebenen Betriebszuständen der Brennkraftmaschine, abhängig von einer Temperatur in der Brennkraftmaschine, und/oder nach Ablauf einer gegebenen Betriebsdauer des Einspritzventils einnimmt.
15. Steuereinheit (2) nach Anspruch 13 oder 14, mittels der der erste oder zweite Betriebsmodus so auswählbar ist, dass eine Drift des anschließbaren Stellgebers (3) bezüglich des Stellweges weitestgehend kompensierbar ist.
16. Verfahren zur Ansteuerung eines Stellgebers, der ein erstes Piezoelement (4) und ein zweites Piezoelement (5) umfasst, wobei das erste und das zweite Piezoele- ment (4, 5) so aufeinander angeordnet sind, dass sich bei ihrer Ansteuerung ihre Stellbewegungen addieren; mit folgenden Schritten:
- Ansteuern nur des ersten Piezoelementes (4) in einem ersten Betriebsmodus; und - paralleles Ansteuern des ersten und des zweiten Pie¬ zoelementes (4, 5) in einem zweiten Betriebsmodus.
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