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DE102007057141A1 - Fuel injecting valve's piezoelectric actuator operating method for internal-combustion engine of motor vehicle, involves determining electrical capacity of actuator based on reloading time or current and/or voltage range during reloading - Google Patents

Fuel injecting valve's piezoelectric actuator operating method for internal-combustion engine of motor vehicle, involves determining electrical capacity of actuator based on reloading time or current and/or voltage range during reloading Download PDF

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DE102007057141A1
DE102007057141A1 DE102007057141A DE102007057141A DE102007057141A1 DE 102007057141 A1 DE102007057141 A1 DE 102007057141A1 DE 102007057141 A DE102007057141 A DE 102007057141A DE 102007057141 A DE102007057141 A DE 102007057141A DE 102007057141 A1 DE102007057141 A1 DE 102007057141A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
actuator
reloading
capacity
piezoelectric actuator
injection valve
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102007057141A
Other languages
German (de)
Inventor
Harald Wuest
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Priority to DE102007057141A priority Critical patent/DE102007057141A1/en
Publication of DE102007057141A1 publication Critical patent/DE102007057141A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

The method involves reloading a piezoelectric actuator (12) of a fuel injecting valve (10) with a reference voltage on the basis of an output voltage, and with constant reloading current. Actual electrical capacity of the piezoelectric actuator is determined based on a reloading time, a voltage range during reloading and/or reloading current, and from a temporal change of an actuator voltage and the reloading current. The determined electrical capacity of the piezoelectric actuator is used for controlling the piezoelectric actuator. An independent claim is also included for a computer program comprising instructions to perform a method for operating a piezoelectric actuator.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines piezoelektrischen Aktors, insbesondere eines Kraftstoffeinspritzventils einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, bei dem der Aktor ausgehend von einer Ausgangsspannung auf eine vorgebbare Sollspannung umgeladen wird.The The invention relates to a method of operating a piezoelectric Actuator, in particular a fuel injection valve of an internal combustion engine of a Motor vehicle, wherein the actuator, starting from an output voltage is reloaded to a predetermined target voltage.

Die Erfindung betrifft ferner ein Steuergerät für ein Kraftstoffeinspritzventil und ein Computerprogramm für ein Steuergerät.The The invention further relates to a control device for a fuel injection valve and a computer program for a control unit.

Es ist bekannt, dass die elektrische Kapazität eines piezoelektrischen Aktors, wie er beispielsweise in modernen Diesel-Kraftstoffeinspritzsystemen verwendet wird, stark temperaturabhängig ist. Bei tiefen Temperaturen, die speziell bei Kraftfahrzeuganwendungen Werte bis zu –40° Celsius annehmen können, verkleinert sich der Wert der elektrischen Kapazität des piezoelektrischen Aktors gegenüber einem Standardwert bei Raumtemperatur sehr stark. Die relativen Kapazitätsänderungen können mehrere 10% betragen.It it is known that the electrical capacitance of a piezoelectric actuator, as in modern diesel fuel injection systems, for example is used, is highly temperature dependent. At low temperatures, especially in motor vehicle applications values up to -40 ° Celsius can accept the value of the electrical capacitance of the piezoelectric decreases Actors opposite a standard value at room temperature very strong. The relative capacity changes can several 10%.

Um dennoch präzise Ansteuerungen des Aktors und damit u. a. Kraftstoffzumessungen zu ermöglichen, sehen herkömmliche Verfahren vor, die Temperatur des piezoelektrischen Aktors zu ermitteln und hieraus vermöge entsprechender Kennfelder auf dessen Kapazität zu schließen. Beispielsweise kann aus einer messtechnisch erfassten Kraftstofftemperatur und/oder einer Kühlwassertemperatur die Temperatur des piezoelektrischen Aktors abgeleitet werden, was jedoch verhältnismäßig aufwändig und aufgrund des komplexen Zusammenhangs zwischen den betrachteten Größen darüberhinaus fehlerbehaftet ist.Around nevertheless precise Actuations of the actuator and thus u. a. Fuel metering too enable, see conventional Method to determine the temperature of the piezoelectric actuator and From this wealth corresponding maps on the capacity to close. For example, off a metrologically detected fuel temperature and / or a Cooling water temperature the temperature of the piezoelectric actuator can be deduced what however, relatively expensive and due to the complex relationship between the variables considered beyond is flawed.

Insbesondere gilt die vorstehend beschriebene Temperatur- beziehungsweise Kapazitätsermittlung nur für einen stationären Betrieb einer das betreffende Kraftstoffeinspritzventil enthaltenden Brennkraftmaschine mit hinrechender Genauigkeit. Bei Betriebsartenwechseln und insbesondere bei einem Kaltstart der Brennkraftmaschine lässt sich die Aktortemperatur nur mit unzureichender Genauigkeit ableiten, da sich der piezoelektrische Aktor, die Brennkraftmaschine, das Kühlwasser und der Kraftstoff noch nicht in einem thermischen Gleichgewicht befinden. Bei den zur zukünftigen Verwendung geplanten Kraftstoffeinspritzventilen, die keinen Kraftstoffrücklauf vorsehen und dementsprechend keine Erwärmung des Tankinhaltes bedingen, besteht überdies kein einfach auswertbarer Zusammenhang zwischen den verschiedenen Betriebsgrößen, so dass die Ableitung einer Aktortemperatur nur sehr ungenau erfolgen kann.Especially the temperature or capacity determination described above applies only for a stationary one Operation of an internal combustion engine containing the relevant fuel injection valve with amazing accuracy. For operating mode changes and in particular during a cold start of the internal combustion engine, the actuator temperature can be derive only with insufficient accuracy, since the piezoelectric Actuator, the internal combustion engine, the cooling water and the fuel not yet in thermal equilibrium. Both to the future Use planned fuel injectors that do not provide fuel return and accordingly no warming the tank contents condition, there is also no easily evaluable Relationship between the different farm sizes, so that the derivation of an actuator temperature can only be very inaccurate.

Die unzureichende Kenntnis der tatsächlichen elektrischen Kapazität des piezoelektrischen Aktors kann zu fehlerhaften Ansteuerungen führen, die ihrerseits Mengenfehler bei der eingespritzten Kraftstoffmenge bedingen, so dass insbesondere bei einem Kaltstart der zuverlässige Betrieb der Brennkraftmaschine beeinträchtigt ist.The insufficient knowledge of the actual electrical capacity of the piezoelectric actuator can lead to faulty drives lead that in turn cause quantity errors in the injected fuel quantity, so that especially during a cold start the reliable operation the internal combustion engine affected is.

Speziell dann, wenn aufgrund der vorstehend beschriebenen Störeffekte irrtümlich eine zu geringe Aktorkapazität ermittelt worden ist, kann ein hieraus abgeleiteter Ladestrom für die Ansteuerung des Aktors zu niedrige Werte aufweisen, wodurch beispielsweise eine zu geringe Kraftstoffmenge eingespritzt wird und im Extremfall z. B. ein Kaltstart der Brennkraftmaschine abgebrochen beziehungsweise verhindert wird.specially when, due to the above-mentioned disturbing effects erroneous too little actuator capacity has been determined, a derived charging current for the control of the Aktors too low values, whereby, for example, a too little fuel is injected and in extreme cases z. B. canceled or prevented a cold start of the engine becomes.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Dementsprechend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Betriebsverfahren und ein Steuergerät der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass eine präzisere Ermittlung der elektrischen Kapazität des piezoelektrischen Aktors möglich ist.Accordingly It is an object of the present invention, an operating method and a controller of the type mentioned above to improve that a precise Determining the electrical capacitance of the piezoelectric actuator possible is.

Diese Aufgabe wird bei dem Betriebsverfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass eine tatsächliche elektrische Kapazität des Aktors in Abhängigkeit einer Umladezeit und/oder eines Spannungshubs bei dem Umladen und/oder eines Umladestroms ermittelt wird. Im Gegensatz zu den herkömmlichen Ansätzen, die eine Ermittlung der Aktorkapazität in Abhängigkeit der Aktortemperatur zum Gegenstand haben, ermöglicht die erfindungsgemäße Ermittlung unter Berücksichtigung der Umladezeit und der elektrischen Betriebsgrößen des piezoelektrischen Aktors eine äußerst präzise Aussage über die tatsächliche elektrische Kapazität des piezoelektrischen Aktors.These Task is in the operating method of the type mentioned according to the invention thereby solved, that an actual electrical capacity of the actor in dependence a recharge time and / or a voltage swing in the reloading and / or a recharge current is determined. Unlike the conventional ones approaches, a determination of the actuator capacity as a function of the actuator temperature to the object allows the determination according to the invention considering the recharging time and the electrical operating variables of the piezoelectric actuator a very precise statement about the actual electrical capacity of the piezoelectric actuator.

Unter Verwendung des erfindungsgemäßen Prinzips kann demnach die Kapazität des piezoelektrischen Aktors mit hoher Genauigkeit bestimmt und vorteilhaft für weitere, zukünftige Ansteuerungen des piezoelektrischen Aktors verwendet werden.Under Use of the principle according to the invention can therefore the capacity of the piezoelectric actuator determined with high accuracy and advantageous for further, future Actuators of the piezoelectric actuator can be used.

Dadurch ist ein zuverlässiger Betrieb einer den piezoelektrischen Aktor enthaltenden Brennkraftmaschine insbesondere auch unter Extrembedingungen, wie sie beispielsweise bei einem Kaltstart vorliegen, sicher gewährleistet.Thereby is a reliable one Operation of an internal combustion engine containing the piezoelectric actuator especially under extreme conditions, such as in case of a cold start, safely guaranteed.

Ganz besonders vorteilhaft kann einer Erfindungsvariante zufolge der Aktor mit einem im Wesentlichen konstanten vorgebbaren Umladestrom umgeladen werden, und die tatsächliche elektrische Kapazität des Aktors wird aus einer zeitlichen Änderung einer an dem Aktor anliegenden Aktorspannung und dem Umladestrom ermittelt. Hierzu kann insbesondere der folgende Zusammenhang verwendet werden: C = (Ium·(t2 – t1))/(U2 – U1),wobei C die tatsächliche elektrische Kapazität des Aktors ist, wobei Ium der Umladestrom ist, wobei (t2 – t1) die Umladezeit ist, und wobei U2 die Sollspannung und U1 die Ausgangsspannung ist.According to a variant of the invention, the actuator can be reloaded with a substantially constant predefinable charge-reversal current, and the actual electrical current can be very particularly advantageous Capacitance of the actuator is determined from a change over time of an actuator voltage applied to the actuator and the charge-reversal current. In particular, the following relationship can be used: C = (Ium * (t2-t1)) / (U2-U1), where C is the actual electrical capacitance of the actuator, where Ium is the charge-reversal current, where (t2 -t1) is the charge-up time, and where U2 is the setpoint voltage and U1 is the output voltage.

Eine ganz besonders präzise Ermittlung der Kapazität des Aktors ohne Beeinträchtigung eines Normalbetriebs des Aktors ergibt sich dadurch, dass ein Umladevorgang zur Ermittlung der Kapazität des Aktors in einer Initialisierungsbetriebsart vorgenommen wird, die zeitlich vor einem Normalbetrieb des Aktors durchgeführt wird, insbesondere unmittelbar davor. Dadurch ist vorteilhaft sichergestellt, dass der Aktor vor Aufnahme seines Normalbetriebs stets unter Verwendung seiner tatsächlichen momentanen elektrischen Kapazität korrekt angesteuert werden kann.A very precise Determination of capacity of the actuator without interference a normal operation of the actuator results from the fact that a transshipment process to determine the capacity the actuator is made in an initialization mode, which is performed before a normal operation of the actuator, especially immediately before. This ensures advantageous that the actuator is always using before starting its normal operation his actual instantaneous electrical capacity can be controlled correctly.

Besonders vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Verfahren bei solchen Konfigurationen eines Kraftstoffeinspritzventils anwendbar, bei denen das Kraftstoffeinspritzventil derart durch den Aktor betätigt wird, dass das Kraftstoffeinspritzventil einen Schließzustand aufweist, wenn der Aktor aufgeladen ist, und/oder dass das Kraftstoffeinspritzventil einen Öffnungszustand aufweist, wenn der Aktor entladen ist. Hierbei kann das erstmalige Aufladen des piezoelektrischen Aktors nach einer vorherigen Deaktivierung des Kraftstoffeinspritzventils vorteilhaft gleichzeitig als Initialisierungsbetriebsart verwendet werden, das heißt während des erstmaligen Aufladens des piezoelektrischen Aktors kann vorteilhaft die erfindungsgemäße Ermittlung der elektrischen Kapazität des piezoelektrischen Aktors vorgenommen werden, ohne den weiteren Betrieb, das heißt den Normalbetrieb des Aktors, zu beeinträchtigen.Especially the process according to the invention is advantageous in such configurations applicable to a fuel injection valve, in which the fuel injection valve so actuated by the actuator is that the fuel injection valve is a closed state when the actuator is charged, and / or that the fuel injector an open state when the actuator is discharged. This may be the first time Charging the piezoelectric actuator after a previous deactivation the fuel injection valve advantageously simultaneously as the initialization mode used, that is while the initial charging of the piezoelectric actuator may be advantageous the determination according to the invention the electrical capacity be made of the piezoelectric actuator, without the other Operation, that is the normal operation of the actuator to affect.

Eine besonders genaue Ermittlung der Kapazität des Aktors kann erfindungsgemäß vorteilhaft dadurch erfolgen, dass der Aktor zur Ermittlung der Kapazität anders betrieben wird als während eines Normalbetriebs des Aktors, insbesondere mit geringeren Werten für den Umladestrom. Dadurch ist einerseits eine Erfassung der zur Ermittlung der Kapazität erforderlichen Betriebsgrößen mit einer größeren zeitlichen Auflösung und damit mit einer höheren Präzision möglich. Andererseits wird durch die Verwendung beispielsweise eines geringeren Umladestroms gleichzeitig eine von einer Ansteuerschaltung für den Aktor umgesetzte elektrische Leistung verringert, wodurch sich eine Einsparung elektrischer Energie ergibt.A Particularly accurate determination of the capacity of the actuator can according to the invention advantageously characterized done that the actor to determine the capacity differently is operated as during a normal operation of the actuator, in particular with lower values for the Charge-reversal. As a result, on the one hand, a detection of the determination the capacity required operating variables with a larger temporal resolution and thus with a higher precision possible. on the other hand is due to the use of, for example, a lower charge current at the same time a converted by a drive circuit for the actuator electrical Power is reduced, resulting in a saving of electrical energy results.

Von besonderer Bedeutung ist die Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens in Form eines Computerprogramms, das auf einem Computer beziehungsweise einer Recheneinheit eines Steuergeräts ablauffähig und zur Ausführung des Verfahrens geeignet ist. Das Computerprogramm kann beispielsweise auf einem elektronischen Speichermedium abgespeichert sein, wobei das Speichermedium seinerseits zum Beispiel in dem Steuergerät enthalten sein kann.From Of particular importance is the realization of the method according to the invention in the form of a computer program running on a computer respectively an arithmetic unit of a control unit executable and execution of the Method is suitable. The computer program can, for example be stored on an electronic storage medium, wherein the storage medium in turn contained in the control unit, for example can be.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.Further Advantages, features and details emerge from the following Description in which referring to the drawing various embodiments the invention are shown. It can in the claims and mentioned in the description Features individually for each itself or in any combination essential to the invention.

Kurze Beschreibung der ZeichnungShort description of the drawing

In der Zeichnung zeigt:In the drawing shows:

1 eine schematische Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines Kraftstoffeinspritzventils zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, und 1 a schematic sectional view of an embodiment of a fuel injection valve for carrying out the method according to the invention, and

2 einen zeitlichen Verlauf der Aktorspannung während der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. 2 a temporal course of the actuator voltage during the implementation of the method according to the invention.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

In der 1 ist ein als Kraftstoffeinspritzventil 10 ausgebildetes Einspritzventil einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs dargestellt, das mit einem piezoelektrischen Aktor 12 versehen ist. Der piezoelektrische Aktor 12 wird wie in 1 durch den Pfeil angedeutet von einem Steuergerät 20 angesteuert. Weiterhin weist das Kraftstoffeinspritzventil 10 eine Ventilnadel 13 auf, die auf einem Ventilsitz 14a im Inneren des Gehäuses des Kraftstoffeinspritzventils 10 aufsitzen kann.In the 1 is as a fuel injector 10 formed injection valve of an internal combustion engine of a motor vehicle, which with a piezoelectric actuator 12 is provided. The piezoelectric actuator 12 will be like in 1 indicated by the arrow of a control unit 20 driven. Furthermore, the fuel injection valve 10 a valve needle 13 on that on a valve seat 14a inside the housing of the fuel injection valve 10 can sit up.

Ist die Ventilnadel 13 von dem Ventilsitz 14a abgehoben, so ist das Kraftstoffeinspritzventil 10 geöffnet und es wird Kraftstoff eingespritzt. Dieser Zustand ist in der 1 dargestellt. Ein vollständig geöffneter Zustand des Kraftstoffeinspritzventils 10 ist dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilnadel 13 an einem in dem Bereich 14b angeordneten und nicht näher dargestellten Nadelhubanschlag anliegt, der eine weitere Bewegung der Ventilnadel 13 weg von ihrem Ventilsitz 14a, d. h. auf den Aktor 12 zu, verhindert. Sitzt die Ventilnadel 13 auf dem Ventilsitz 14a auf, so ist das Kraftstoffeinspritzventil 10 geschlossen. D. h., der gesamte, bei der Abbildung nach 1 vertikal verlaufende, Hubweg, den die Ventilnadel 13 zurücklegen kann, ist einerseits durch den Ventilsitz 14a (Schließposition) und andererseits durch den Nadelhubanschlag in dem Bereich 14b (Öffnungsposition) begrenzt.Is the valve needle 13 from the valve seat 14a lifted off, so is the fuel injector 10 open and fuel is injected. This condition is in the 1 shown. A fully opened state of the fuel injection valve 10 is characterized in that the valve needle 13 at one in the area 14b arranged and not shown Nadelhubanschlag is applied, which further movement of the valve needle 13 away from her valve seat 14a ie on the actuator 12 to, prevented. Sits the valve needle 13 on the valve seat 14a on, so is the fuel injector 10 closed. That is, the whole, according to the picture 1 vertically extending, stroke the valve needle 13 on the one hand through the valve seat 14a (Closed position) and on the other hand by the Nadelhubanschlag in the area 14b (Opening position) limited.

Der Übergang von dem geschlossenen in den geöffneten Zustand wird mithilfe des piezoelektrischen Aktors 12 bewirkt. Hierzu wird eine nachfolgend auch als Aktorspannung U bezeichnete elektrische Spannung an den Aktor 12 angelegt, die eine Längenänderung eines in dem Aktor 12 angeordneten Piezostapels hervorruft, welche ihrerseits zum Öffnen beziehungsweise Schließen des Kraftstoffeinspritzventils 10 ausgenutzt wird.The transition from the closed to the open state is by means of the piezoelectric actuator 12 causes. For this purpose, a voltage referred to below as the actuator voltage U is applied to the actuator 12 created, which is a change in length of one in the actuator 12 arranged piezo stack causes, which in turn to open or close the fuel injection valve 10 is exploited.

Das Kraftstoffeinspritzventil 10 weist ferner einen hydraulischen Koppler 15 auf. Der hydraulische Koppler 15 ist innerhalb des Kraftstoffeinspritzventils 10 angeordnet und weist ein Kopplergehäuse 16 auf, in dem zwei Kolben 17, 18 geführt sind. Der Kolben 17 ist mit dem Aktor 12 und der Kolben 18 ist mit der Ventilnadel 13 verbunden. Zwischen den beiden Kolben 17, 18 ist ein Volumen 19 eingeschlossen, das die Übertragung der von dem Aktor 12 ausgeübten Kraft auf die Ventilnadel 13 bewerkstelligt.The fuel injector 10 also has a hydraulic coupler 15 on. The hydraulic coupler 15 is inside the fuel injection valve 10 arranged and has a coupler housing 16 on, in which two pistons 17 . 18 are guided. The piston 17 is with the actor 12 and the piston 18 is with the valve needle 13 connected. Between the two pistons 17 . 18 is a volume 19 included, which is the transfer of the actor 12 applied force on the valve needle 13 accomplished.

Der Koppler 15 ist von unter Druck stehendem Kraftstoff 11 umgeben. Das Volumen 19 ist ebenfalls mit Kraftstoff gefüllt. Über die Führungsspalte zwischen den beiden Kolben 17, 18 und dem Kopplergehäuse 16 kann sich das Volumen 19 über einen längeren Zeitraum hinweg an die jeweils vorhandene Länge des Aktors 12 anpassen. Bei kurzzeitigen Änderungen der Länge des Aktors 12 bleibt das Volumen 19 jedoch nahezu unverändert und die Änderung der Länge des Aktors 12 wird auf die Ventilnadel 13 übertragen.The coupler 15 is from pressurized fuel 11 surround. The volume 19 is also filled with fuel. About the guide gap between the two pistons 17 . 18 and the coupler housing 16 can the volume 19 over a longer period of time to the respective existing length of the actuator 12 to adjust. For short-term changes in the length of the actuator 12 the volume stays 19 however, almost unchanged and the change in the length of the actuator 12 gets on the valve needle 13 transfer.

2 gibt schematisch den zeitlichen Verlauf der Aktorspannung U zur Ansteuerung des piezoelektrischen Aktors 12 des Einspritzventils 10 aus 1 wieder. 2 schematically shows the time course of the actuator voltage U for driving the piezoelectric actuator 12 of the injection valve 10 out 1 again.

Erfindungsgemäß wird der Aktor 12 (1) ausgehend von der Ausgangsspannung U1, die zu dem Zeitpunkt t1 an dem Aktor 12 anliegt, auf die Sollspannung U2 aufgeladen. Der Aufladevorgang erfolgt mit einem näherungsweise konstanten Ladestrom, so dass sich wie aus 2 ersichtlich ein im Wesentlichen linearer zeitlicher Anstieg der Aktorspannung U ergibt. Zu dem Zeitpunkt t2 ist der Aufladevorgang beendet.According to the invention, the actuator 12 ( 1 ) based on the output voltage U1, which at the time t1 to the actuator 12 is applied, charged to the target voltage U2. The charging process takes place with an approximately constant charging current, so that as out 2 Obviously results in a substantially linear increase in time of the actuator voltage U. At the time t2, the charging is completed.

Die erfindungsgemäße Ermittlung der elektrischen Kapazität des Aktors 12 kann ausgehend von dem Ansteuerspannungsverlauf gemäß 2 vorteilhaft beispielsweise anhand des folgenden Zusammenhangs durchgeführt werden: C = (Ium·(t2 – t1))/(U2 – U1), wobei C die tatsächliche elektrische Kapazität des Aktors ist, wobei Ium der Umladestrom ist, wobei (t2 – t1) die Umladezeit ist, und wobei U2 die Sollspannung und U1 die Ausgangsspannung ist.The inventive determination of the electrical capacitance of the actuator 12 can be based on the Ansteuerspannungsverlauf according to 2 Advantageously, for example, be carried out on the basis of the following relationship: C = (Ium * (t2-t1)) / (U2-U1), where C is the actual electrical capacitance of the actuator, where Ium is the charge-reversal current, where (t2 -t1) is the charge-up time, and where U2 is the setpoint voltage and U1 is the output voltage.

Der Umladestrom Ium kann beispielsweise als zeitlicher Mittelwert des für den Umfladevorgang verwendeten Ladestroms gebildet werden. Vorliegend ist der Umladestrom Ium konstant und beispielsweise durch das Steuergerät 20 (1) vorgegeben und somit zur Auswertung der Kapazität des Aktors 12 bekannt, ebenso wie die Spannungswerte U1, U2. Die Zeitpunkte t1, t2, zumindest jedoch der Zeitpunkt t1, sind üblicherweise ebenfalls bekannt bzw. können messtechnisch erfasst werden.The recharging current Ium can be formed, for example, as the time average of the charging current used for the recharging process. In the present case, the charge-reversal current Ium is constant and, for example, by the control unit 20 ( 1 ) and thus to evaluate the capacity of the actuator 12 known, as well as the voltage values U1, U2. The times t1, t2, but at least the time t1, are usually also known or can be detected by measurement.

Der Ansteuerspannungsverlauf gemäß 2 kann besonders vorteilhaft für Kraftstoffeinspritzventile 10 des in 1 abgebildeten Typs zur erfindungsgemäßen Kapazitätserfassung verwendet werden, weil der in 2 abgebildete Aufladevorgang von der Ausgangsspannung U1 auf die Sollspannung U2 zum Beispiel immer dann im Sinne einer Initialisierungsbetriebsart für das Kraftstoffeinspritzventil 10 vorgenommen werden kann, wenn dieses nach einer vorherigen Deaktivierung einen Normalbetrieb aufnehmen soll. In diesem Fall wird nämlich der piezoelektrische Aktor 12 ausgehend von seiner Ausgangs- beziehungsweise Ruhespannung, bei der es sich beispielsweise um einen Spannungswert von etwa 0 V handeln kann, erstmals auf die Sollspannung U2 aufgeladen, um zunächst den Schließzustand des Kraftstoffeinspritzventils 10 einzustellen. Das heißt, durch diesen Aufladevorgang wird nicht bereits der weitere Normalbetrieb des Kraftstoffeinspritzventils 10 beeinträchtigt, sondern vielmehr ein Ausgangszustand für nachfolgende Kraftstoffeinspritzungen des Normalbetriebs eingenommen, und gleichzeitig kann hierbei vorteilhaft die Kapazität des piezoelektrischen Aktors 12 ermittelt werden. Dementsprechend liegt die erfindungsgemäß ermittelte tatsächliche Kapazität des Aktors 12 für nachfolgende Ansteuervorgänge des Kraftstoffeinspritzventils 10 während seines Normalbetriebs vor.The Ansteuerspannungsverlauf according to 2 Can be particularly beneficial for fuel injectors 10 of in 1 of the type shown are used for capacitance detection according to the invention, because the in 2 illustrated charging from the output voltage U1 to the target voltage U2, for example, always in the sense of an initialization mode for the fuel injection valve 10 can be made if this should start normal operation after a previous deactivation. In this case, namely, the piezoelectric actuator 12 starting from its output or rest voltage, which may be, for example, a voltage value of about 0 V, first charged to the target voltage U2 to first the closed state of the fuel injection valve 10 adjust. That is, by this charging process is not already the normal operation of the fuel injection valve 10 impaired, but rather an initial state for subsequent fuel injections of normal operation taken, and at the same time can advantageously the capacity of the piezoelectric actuator 12 be determined. Accordingly, the inventively determined actual capacity of the actuator is 12 for subsequent drive processes of the fuel injection valve 10 during its normal operation.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht auf die Auswertung von Aufladevorgängen des Aktors 12 beschränkt, sondern kann ebenso bei Entladevorgängen eingesetzt werden. Obwohl die erfindungsgemäße Analyse mit dem Ziel der Ermittlung der tatsächlichen elektrischen Kapazität des Aktors 12 bevorzugt außerhalb des Normalbetriebs, d. h. in einer gesonderten Initialisierungsbetriebsart, durchgeführt wird, ist es auch denkbar, die Analyse bei einem Ansteuerspannungsverlauf in dem Normalbetrieb anzuwenden, sofern die zu analysierenden Größen U, Ium geeignete Eigenschaften wie z. B. Gradienten usw. aufweisen.The method according to the invention is not based on the evaluation of charging processes of the actuator 12 limited, but can also be used in unloading. Although the analysis according to the invention with the aim of determining the actual electrical capacity of the actuator 12 Preferably, outside the normal operation, ie, in a separate initialization mode, is performed, it is also conceivable to apply the analysis in a Ansteuerspannungsverlauf in normal operation, provided that the variables to be analyzed U, Ium suitable properties such. B. gradients, etc. have.

Zur Steigerung der Präzision bei der Erfassung des Ladestroms beziehungsweise der Aktorspannung U kann in der erfindungsgemäßen Initialisierungsbetriebsart auch ein gegenüber dem Normalbetrieb verhältnismäßig geringer Ladestrom gewählt werden. Gleichzeitig ergeben sich hierdurch Einsparungen an elektrischer Energie bzw. die Verringerung einer elektrischen Verlustleistung für den erfindungsgemäßen Umladevorgang zur Ermittlung der elektrischen Kapazität des piezoelektrischen Aktors 12.To increase the precision in the detection of the charging current or the actuator voltage U, a relatively low charging current compared to the normal operation can be selected in the initialization mode according to the invention. At the same time, this results in savings in electrical energy or the reduction of electrical power loss for the inventive charging process for determining the electrical capacitance of the piezoelectric actuator 12 ,

Im Gegensatz zu herkömmlichen Systemen, bei denen die Kapazität des Aktors 12 abgeleitet wird aus dessen Temperatur beziehungsweise aus einer Temperatur der den Aktor 12 umgebenden weiteren Komponenten der Brennkraftmaschine, liefert das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere auch in einem nichtstationären Betriebszustand genaue Werte für die Aktorkapazität und ermöglicht dadurch eine präzise Ansteuerung des Kraftstoffeinspritzventils 10. Insbesondere ergeben sich hierdurch eine Reduktion der Abgasemissionen sowie ein zuverlässiger Start der Brennkraftmaschine auch unter Kaltstartbedingungen.Unlike traditional systems, where the capacity of the actuator 12 is derived from the temperature or from a temperature of the actuator 12 surrounding further components of the internal combustion engine, the inventive method provides in particular in a non-stationary operating state accurate values for the actuator capacity and thereby enables a precise control of the fuel injection valve 10 , In particular, this results in a reduction of the exhaust emissions and a reliable start of the internal combustion engine even under cold start conditions.

Unter Kenntnis des erfindungsgemäß ermittelten präzisen Werts für die Aktorkapazität kann insbesondere auch vermieden werden, dass ein Regelbereich eines Spannungsreglers des Steuergeräts 20 überschritten wird, der während eines Normalbetriebs des Aktors 12 zur Einregelung einer vorgebbaren Sollspannung vorgesehen ist.With knowledge of the precise value for the actuator capacitance determined according to the invention, it is also possible, in particular, to avoid having a control range of a voltage regulator of the control unit 20 exceeded during normal operation of the actuator 12 is provided for adjusting a predetermined target voltage.

Claims (9)

Verfahren zum Betreiben eines piezoelektrischen Aktors (12), insbesondere eines Kraftstoffeinspritzventils (10) einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, bei dem der Aktor (12) ausgehend von einer Ausgangsspannung (U1) auf eine vorgebbare Sollspannung (U2) umgeladen wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine tatsächliche elektrische Kapazität des Aktors (12) in Abhängigkeit einer Umladezeit und/oder eines Spannungshubs bei dem Umladen und/oder eines Umladestroms ermittelt wird.Method for operating a piezoelectric actuator ( 12 ), in particular a fuel injection valve ( 10 ) an internal combustion engine of a motor vehicle, wherein the actuator ( 12 ) is reloaded on the basis of an output voltage (U1) to a predetermined target voltage (U2), characterized in that an actual electrical capacitance of the actuator ( 12 ) is determined as a function of a recharging time and / or a voltage swing during the transfer and / or a recharging current. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (12) mit einem im wesentlichen konstanten vorgebbaren Umladestrom umgeladen wird, und dass die tatsächliche elektrische Kapazität des Aktors (12) aus einer zeitlichen Änderung einer an dem Aktor (12) anliegenden Aktorspannung (U) und dem Umladestrom ermittelt wird, insbesondere gemäß C = (Ium·(t2 – t1))/(U2 – U1), wobei C die tatsächliche elektrische Kapazität des Aktors (12) ist, wobei Ium der Umladestrom ist, wobei (t2 – t1) die Umladezeit ist, und wobei U2 die Sollspannung und U1 die Ausgangsspannung ist.Method according to Claim 1, characterized in that the actuator ( 12 ) is reloaded with a substantially constant predefinable Umladestrom, and that the actual electrical capacity of the actuator ( 12 ) from a change in time of one at the actuator ( 12 ) and the recharging current is determined, in particular according to C = (Ium · (t2 - t1)) / (U2 - U1), where C is the actual electrical capacitance of the actuator ( 12 where Ium is the charge-reversal current, where (t2-t1) is the charge-up time, and where U2 is the target voltage and U1 is the output voltage. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Umladevorgang zur Ermittlung der Kapazität des Aktors (12) in einer Initialisierungsbetriebsart vorgenommen wird, die zeitlich vor einem Normalbetrieb des Aktors (12) durchgeführt wird, insbesondere unmittelbar davor.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a transfer operation for determining the capacity of the actuator ( 12 ) is carried out in an initialization mode which is timed before normal operation of the actuator ( 12 ), especially immediately before. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelte Kapazität des Aktors (12) für zukünftige Ansteuerungen des Aktors (12) verwendet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the determined capacitance of the actuator ( 12 ) for future actuations of the actuator ( 12 ) is used. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (12) ein Kraftstoffeinspritzventil (10) derart betätigt, dass das Kraftstoffeinspritzventil (10) einen Schließzustand aufweist, wenn der Aktor (12) aufgeladen ist, und/oder das Kraftstoffeinspritzventil (10) einen Öffnungszustand aufweist, wenn der Aktor (12) entladen ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the actuator ( 12 ) a fuel injection valve ( 10 ) is actuated such that the fuel injection valve ( 10 ) has a closed state when the actuator ( 12 ) and / or the fuel injection valve ( 10 ) has an open state when the actuator ( 12 ) is discharged. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapazität des Aktors (12) bei einem erstmaligen Aufladen des Aktors (12) nach einer vorhergehenden Deaktivierung ermittelt wird.Method according to claim 5, characterized in that the capacity of the actuator ( 12 ) upon initial charging of the actuator ( 12 ) is determined after a previous deactivation. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (12) zur Ermittlung der Kapazität anders betrieben wird als während eines Normalbetriebs des Aktors (12), insbesondere mit geringeren Werten für den Umladestrom.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the actuator ( 12 ) is operated differently for determining the capacity than during a normal operation of the actuator ( 12 ), in particular with lower values for the transfer charge. Computerprogramm, dadurch gekennzeichnet, dass es zur Ausführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 programmiert ist.Computer program, characterized in that it for execution the method according to any one of claims 1 to 7 is programmed. Steuergerät (20) für ein Kraftstoffeinspritzventil (10), insbesondere einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass es zur Ausführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 ausgebildet ist.Control unit ( 20 ) for a fuel injection valve ( 10 ), in particular an internal combustion engine of a motor vehicle, characterized in that it is designed for carrying out the method according to one of claims 1 to 7.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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GB2480076A (en) * 2010-05-05 2011-11-09 Gm Global Tech Operations Inc Method for controlling a directly acting piezoelectric injector of an internal combustion engine

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