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WO2005040582A2 - Diagnoseverfahren für einen elektromechanischen aktor - Google Patents

Diagnoseverfahren für einen elektromechanischen aktor Download PDF

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WO2005040582A2
WO2005040582A2 PCT/EP2004/051864 EP2004051864W WO2005040582A2 WO 2005040582 A2 WO2005040582 A2 WO 2005040582A2 EP 2004051864 W EP2004051864 W EP 2004051864W WO 2005040582 A2 WO2005040582 A2 WO 2005040582A2
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WO
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actuator
diagnostic method
parameter
determination
electrical resistance
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Ceased
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PCT/EP2004/051864
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Andre Freitag
Uwe Scharf
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Siemens AG
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
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Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
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Publication of WO2005040582A3 publication Critical patent/WO2005040582A3/de
Ceased legal-status Critical Current

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    • 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
    • H02N2/06—Drive circuits; Control arrangements or methods
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/20—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils
    • F02D41/2096—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils for controlling piezoelectric injectors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/22—Safety or indicating devices for abnormal conditions
    • F02D41/221—Safety or indicating devices for abnormal conditions relating to the failure of actuators or electrically driven elements

Definitions

  • the invention relates to a diagnostic method for an electromechanical actuator, in particular for a piezo actuator of an injector of an injection system, according to the preamble of claim 1.
  • the fuel is injected into the individual combustion chambers of the internal combustion engine by injectors which are controlled by electromechanical converters, piezo actuators being used to control the injectors, for example.
  • the actual control of the fuel injection takes place here by means of a valve needle which is displaceably mounted in the injector and is controlled by the piezo actuator via a servo valve.
  • the problem with such an injector is the fact that the power transmission from the piezo actuator to the servo valve for controlling the
  • Valve needle must not be free of play, so that the actuator has an idle stroke that is subject to manufacturing and aging-related component scatter. This tolerance of the idle stroke, however, reduces the quantity accuracy during injection and leads to undesirable deviations between the individual injectors of the internal combustion engine if they have a different idle stroke.
  • the effective capacitance of a piezo actuator is dependent on the force that acts on the piezo actuator. This is important because during the operation of the piezo actuator a sudden increase in force occurs when the idle stroke is exceeded and the piezo actuator hits the servo valve or other force transmission elements between the piezo actuator and the servo valve, which leads to a corresponding sudden change in the effective capacity of the piezo actuator , This change in the effective capacitance of the piezo actuator when the idle stroke is exceeded manifests itself in the voltage or current curve in a kink, so that the idle stroke of the injector can be determined by evaluating the voltage or current curve.
  • a disadvantage of the known method described above for determining the idle stroke of an injector is therefore the difficult and time-consuming evaluation of the voltage or current profile, which previously only allowed a laboratory determination of the idle stroke, whereas also during normal input 2003 P 10660
  • the invention is therefore based on the object of specifying a diagnostic method for a piezo actuator which enables the idle stroke to be determined even during normal injection operation with as little effort and great accuracy as possible.
  • the invention comprises the general technical teaching for
  • Determining the idle stroke of the piezo actuator does not examine the current or voltage profiles for a kink, but instead first determines the effective electrical resistance of the actuator and then examines the profile of the effective electrical resistance for a discontinuity, in order to then draw conclusions refer to the force acting on the actuator.
  • the invention is not limited to use in connection with a piezo actuator, but can in principle also be implemented with other types of electromechanical actuators that have a corresponding behavior.
  • the invention is not limited to the determination of the empty stroke of a piezo actuator for an injector of an injection system. Rather, another parameter of the actuator can be determined in the context of the diagnostic method according to the invention, which is dependent on the force acting on the actuator. Preferably, however, the idle stroke or the valve clearance of an injection valve controlled by the actuator is determined as a parameter of the actuator in the context of the diagnostic method according to the invention. 2003 P 10660
  • the impedance or the ohmic resistance of the actuator can optionally be determined as part of the diagnostic method according to the invention, in order to derive the characteristic variable (e.g. idle stroke) therefrom.
  • the electrical operating variable of the actuator serving as the basis for determining the parameter of interest of the actuator is preferably measured not only at one operating point, but for a large number of operating points. This is preferably achieved in that the actuator is controlled in succession with different values of an electrical control signal which generates a corresponding actuating movement of the actuator. During the actuating movement of the actuator, the electrical operating variable of interest of the actuator is then determined at different values of the control signal. The course of the determined electrical operating variable during the actuating movement of the actuator is then examined for a discontinuity (e.g. kink) in order to then derive the parameter of interest of the actuator from the position of the discontinuity and / or the associated control signal.
  • a discontinuity e.g. kink
  • the voltage across the actuator and the current flowing through the actuator can be measured continuously or at specific sampling times during the actuating movement of the actuator in order to calculate the effective electrical resistance of the actuator for different voltage values. If one then looks at the course of the effective electrical resistance of the actuator over the voltage, a kink occurs in the course of the effective electrical resistance at a certain voltage, the position of the kink representing the idle stroke. The idle stroke can then be determined directly from the associated electrical voltage at the kink from the known actuator equations. 2003 P 10660
  • the discontinuity in the course of the electrical resistance can be, for example, a kink or a jump point.
  • a predetermined current is impressed on the actuator as an electrical control signal, which facilitates the calculation of the effective electrical resistance.
  • a predetermined voltage is impressed on the actuator as an electrical control signal, it also being easy to calculate the effective electrical resistance of the actuator.
  • the chronological course of the control signal is preferably specified as a time function, the parameter of interest (e.g. idle stroke of the actuator) being calculated as a function of the specified time function.
  • the diagnostic method according to the invention described above is not only suitable for laboratory determination of the idle stroke or other parameters of interest for the actuator, but can also be carried out during normal injection operation of an injection system. 2003 P 10660
  • the effective electrical resistance of the actuator is preferably recorded as a large signal variable.
  • FIG. 1 shows a device according to the invention for controlling piezo actuators and for determining the empty strokes of the piezo actuators
  • FIG. 2 shows the diagnostic method according to the invention in the form of a flow chart
  • FIG. 3 shows the course of the effective electrical resistance of a piezo actuator of the device from FIG. 1 as a function of the electrical voltage applied to the piezo actuator.
  • FIG. 1 shows, in simplified form, a device according to the invention which is used to control a plurality of piezo actuators P1-P4 and thereby enables the determination of the empty stroke S LEER of the individual piezo actuators P1-P4.
  • the individual piezo actuators P1-P4 are separately connected to earth via a selection switch S1-S4, so that the individual piezo actuators P1-P4 can be controlled separately from one another.
  • the piezo actuators P1 — P4 are jointly connected to a driver circuit 1, the driver circuit 1 actuating the piezo actuators P1-P4 during normal operation with an electrical control signal in order to achieve the desired actuating movement of the piezo actuators P1-P4 2003 P 10 660
  • driver circuit 1 The structure and function of the driver circuit 1 are described below.
  • the driver circuit 1 has a battery U BAT , which can be a motor vehicle battery.
  • the battery U BA ⁇ is connected via a DC-DC converter 2 to a buffer capacitor C B oos ⁇ , which temporarily stores the electrical energy required to charge the piezo actuators P1-P4.
  • the buffer capacitor C B oos ⁇ is connected to a transformer 1 via an LC element, the LC element consisting of an inductor L 1 connected in series with the DC voltage converter 2 and a capacitor Cl connected in parallel with the buffer capacitor C B oos T.
  • the transformer T has a primary winding W1 and a secondary winding W2, the primary winding W1 being connected to ground via a switch S5 and a diode D1 connected in parallel with the switch S5, while the secondary winding W2 is connected via a further switch S6 and one to the switch S6 diode D2 connected in parallel is connected to ground.
  • the secondary winding W2 is connected to the piezo actuators P1-P4 via a further LC element, this LC element consisting of a further inductor L2 and a further capacitor C2.
  • the piezo actuators P1-P4 can be charged or discharged in order to achieve the desired actuating movement according to a predetermined one 2003 P 10660
  • the device enables an idle stroke detection in order to be able to take into account the component, temperature and aging-dependent idle stroke when actuating.
  • a voltage measuring device 4 which measures the electrical voltage dropping across the respective piezo actuator P1, P2, P3 or P4.
  • the current measuring device 3 and the voltage measuring device 4 are connected to an evaluation unit 5 which calculates the idle stroke S EER in accordance with the diagnostic method according to the invention described below.
  • the evaluation unit 5 uses the current measuring device 3 and the voltage measuring device 4 to acquire a plurality of current or voltage values and in each case calculates the effective electrical resistance R eff of the respective actuator Pl, P2, P3 or P4 from these.
  • the evaluation unit 5 then examines the curve shown in FIG. 3 for a discontinuity in the form of a kink, which in the present exemplary embodiment is at a voltage U RMICK ⁇ SS. In accordance with the known actuator equation, the evaluation unit 5 then calculates the idle stroke S I , BER from the voltage U KMTCK and the piezoelectric charge constant d of the respective piezo actuator Pl, P2, P3 or P4.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Diagnoseverfahren für einen eiektromechanisehen Aktor, insbesondere für einen Piezoaktor eines Injektors einer Einspritzanlage, mit den folgenden Schritten: Ermittlung mindestens einer elektrischen Betriebsgröße des Aktors und Ermittlung einer Kenngröße des Aktors, insbesondere des Leernubs des Aktors oder des Ventilspiels eines von dem Aktor angesteuerten Einspritzventils, in Abhängigkeit von der elektrischen Betriebsgröße, wobei die Kenngröße von der auf den Aktor wirkenden Kraft abhängig ist. Es wird vorgeschlagen, dass die elektrische Betriebsgröße der effektive elektrische widerstand des Aktors ist.

Description

2003 P 10660
Beschreibung
Diagnoseverfahren für einen elektromechanischen Aktor
Die Erfindung betrifft ein Diagnoseverfahren für einen elektromechanischen Aktor, insbesondere für einen Piezoaktor eines Injektors einer Einspritzanlage, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei modernen Einspritzanlagen für Brennkraftmaschinen erfolgt die Kraftstoffeinspritzung in die einzelnen Brennräume der Brennkraftmaschine durch Injektoren, die durch elektromecha- nische Wandler angesteuert werden, wobei zur Ansteuerung der Injektoren als Wandler beispielsweise Piezoaktoren eingesetzt werden. Die eigentliche Steuerung der Kraftstoffeinspritzung erfolgt hierbei durch eine Ventilnadel, die in dem Injektor verschiebbar gelagert ist und von dem Piezoaktor über ein Servoventil angesteuert wird. Problematisch an einem derartigen Injektor ist die Tatsache, dass die Kraftübertragung von dem Piezoaktor auf das Servoventil zur Ansteuerung der
Ventilnadel nicht spielfrei sein darf, so dass der Aktor einen Leerhub aufweist, der einer fertigungs- und alterungsbedingten Bauteilstreuung unterliegt. Diese Toleranz des Leerhubs verringert jedoch die Mengengenauigkeit bei der Ein- spritzung und führt zu unerwünschten Abweichungen zwischen den einzelnen Injektoren der Brennkraftmaschine, wenn diese einen unterschiedlichen Leerhub aufweisen .
Es ist weiterhin bekannt, serienmäßig verwendete Injektoren auf einen definierten Leerhub einzustellen, wobei die temperaturabhängige Änderung des Leerhubs über eine geeignete Materialauswahl und Dimensionierung für die Piezoaufnahme minimiert wird. Es ist jedoch hierbei nicht möglich, bauteilspezifische Streuungen der Wärmeausdehnung des Piezoaktors und Alterungseffekte zu berücksichtigen. Es wurde deshalb bereits labormäßig versucht, den Leerhub eines Injektors zu detektie- ren, indem der Spannungs- oder Stromverlauf des Piezoaktors 2003 P 10660
2 ausgewertet wird. Hierbei wird die physikalische Erkenntnis ausgenutzt, dass die effektive Kapazität eines Piezoaktors von der Kraft abhängig ist, die auf den Piezoaktor wirkt. Dies ist wichtig, da im Betrieb des Piezoaktors eine sprung- artige Krafterhöhung auftritt, wenn der Leerhub überschritten wird und der Piezoaktor auf das Servoventil oder sonstige Kraftübertragungselemente zwischen dem Piezoaktor und dem Servoventil auftrifft, was zu einer entsprechenden sprungartigen Änderung der effektiven Kapazität des Piezoaktors führt. Diese Änderung der effektiven Kapazität des Piezoaktors beim Überschreiten des Leerhubs äußert sich in dem Span- nungs- oder Stromverlauf in einem Knick, so dass der Leerhub des Injektors durch eine Auswertung des Spannungs- oder Stromverlaufs ermittelt werden kann.
Die Auswertung des Spannungs- oder Stromverlaufs des Piezoaktors zur Ermittlung des Leerhubs des Injektors ist jedoch schwierig, da es sich hierbei um einen hochdynamischen Vorgang handelt, bei dem sich mehrere Effekte überlagern können.
Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, dass aufgrund elastischer Verformungen unter hydraulischem Druck möglicherweise kein echter Leerhub im engeren Sinne existiert, so dass der zu messende Leerhub aus einer Überwindung von elastischen Verformungen besteht, was nach dem vorstehend beschriebenen bekannten Messprinzip bei niedrigem Raildruck aber sehr hohe An orderungen an die Auswertungen des Spannungs- oder Stromverlaufs stellt, da hierbei nicht die Ventilfeder des Injektors die wesentliche Kraftkomponente erzeugt, sondern der hydraulische Druck am geschlossenen Ventil.
Nachteilig an dem vorstehend beschriebenen bekannten Verfahren zur Ermittlung des Leerhubs eines Injektors ist also die schwierige und aufwändige Auswertung des Spannungs- oder Stromverlaufs, was bisher nur eine labormäßige Bestimmung des Leerhubs erlaubte, wohingegen auch während des normalen Ein- 2003 P 10660
3 spritzbetriebs eine Bestimmung des Leerhubs wünschenswert ist .
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Diagno- severfahren für einen Piezoaktor anzugeben, das mit möglichst geringem Aufwand und großer Genauigkeit die Bestimmung des Leerhubs auch während des normalen Einspritzbetriebs ermöglicht.
Diese Aufgabe wird, ausgehend von dem vorstehend beschriebenen bekannten Diagnoseverfahrens gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Die Erfindung umfasst die allgemeine technische Lehre, zur
Bestimmung des Leerhubs des Piezoaktors nicht die Strom- oder Spannungsverläufe auf eine Knickstelle hin zu untersuchen, sondern stattdessen zunächst den effektiven elektrischen Widerstand des Aktors zu ermitteln und dann den Verlauf des ef- fektiven elektrischen Widerstands auf eine Diskontinuität hin zu untersuchen, um daraus dann Rückschlüsse auf die auf den Aktor wirkende Kraft zu beziehen.
Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Verwendung im Zusam- menhang mit einem Piezoaktor beschränkt, sondern grundsätzlich auch mit anderen Typen von elektromechanischen Aktoren realisierbar, die ein entsprechendes Verhalten aufweisen.
Darüber hinaus ist die Erfindung nicht auf die Ermittlung des Leerhubs eines Piezoaktors für einen Injektor einer Ein- spritzanlage beschränkt. Vielmehr kann im Rahmen des erfindungsgemäßen Diagnoseverfahrens auch eine andere Kenngröße des Aktors ermittelt werden, die von der auf den Aktor wirkenden Kraft abhängig ist . Vorzugsweise wird im Rahmen des erfindungsgemäßen Diagnoseverfahrens jedoch als Kenngröße des Aktors der Leerhub oder das Ventilspiel eines von dem Aktor angesteuerten Einspritzventils ermittelt. 2003 P 10660
Bei der Ermittlung des effektiven elektrischen Widerstands des Aktors kann im Rahmen des erfindungsgemäßen Diagnoseverfahrens wahlweise die Impedanz oder der Ohmsche Widerstand des Aktors ermittelt werden, um daraus die Kenngröße (z.B. Leerhub) abzuleiten.
Vorzugsweise wird die als Grundlage zur Bestimmung der interessierenden Kenngröße des Aktors dienende elektrische Be- triebsgröße des Aktors nicht nur in einem Betriebspunkt gemessen, sondern für eine Vielzahl von Betriebspunkten. Dies wird vorzugsweise dadurch erreicht, dass der Aktor nacheinander mit unterschiedlichen Werten eines elektrischen Steuersignals angesteuert wird, das eine entsprechende Stellbewe- gung des Aktors erzeugt. Während der Stellbewegung des Aktors wird die interessierende elektrische Betriebsgröße des Aktors dann bei verschiedenen Werten des Steuersignals ermittelt. Der Verlauf der ermittelten elektrischen Betriebsgröße während der Stellbewegung des Aktors wird dann auf eine Diskon- tinuität (z.B. Knickstelle) hin untersucht, um die interessierende Kenngröße des Aktors dann aus der Lage der Diskontinuität und/oder dem zugehörigen Steuersignal abzuleiten.
Beispielsweise kann während der Stellbewegung des Aktors lau- fend oder zu bestimmten Abtastzeitpunkten die Spannung über dem Aktor sowie der durch den Aktor fließende Strom gemessen werden, um daraus für verschiedene Spannungswerte den effektiven elektrischen Widerstand des Aktors zu berechnen. Wenn man dann den Verlauf des effektiven elektrischen Widerstands des Aktors über der Spannung betrachtet, so tritt bei einer bestimmten Spannung eine Knickstelle im Verlauf des effektiven elektrischen Widerstands auf, wobei die Lage der Knickstelle den Leerhub wiedergibt. Aus der zugehörigen elektrischen Spannung an der Knickstelle kann dann aus den bekannten Aktorgleichungen der Leerhub direkt ermittelt werden. 2003 P 10660
5 Bei der Diskontinuität im Verlauf des elektrischen Widerstands kann es sich beispielsweise um eine Knickstelle oder aber auch um eine Sprungstelle handeln.
Vorzugsweise wird der als Grundlage für. die Bestimmung des Leerhubs dienende effektive elektrische Widerstands des Aktors während eines Entladevorgangs erfasst, was zu einer genaueren Bestimmung führt. Es ist jedoch grundsätzlich auch möglich, den effektiven elektrischen Widerstand des Aktors während eines Ladevorgangs zu ermitteln, da der Leerhub sowohl während des Ladevorgangs als auch während des Entladevorgangs zu der vorstehend erwähnten Diskontinuität im Verlauf des effektiven Widerstands führt.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird dem Aktor ein vorgegebener Strom als elektrisches Steuersignal aufgeprägt, was die Berechnung des effektiven elektrischen Widerstands erleichtert. Es ist jedoch alternativ auch möglich, dass dem Aktor eine vorgegebene Spannung als elekt- risches Steuersignal aufgeprägt wird, wobei die Berechnung des effektiven elektrischen Widerstands des Aktors ebenfalls leicht möglich ist.
Bei den beiden vorstehend beschriebenen Varianten mit einem eingeprägten elektrischen Steuersignal ist vorzugsweise der zeitliche Verlauf des Steuersignals als Zeitfunktion vorgegeben, wobei die interessierende Kenngröße (z.B. Leerhub des Aktors) in Abhängigkeit von der vorgegebenen Zeitfunktion berechnet wird.
Das vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Diagnoseverfahren eignet sich nicht nur für eine labormäßige Bestimmung des Leerhubs oder anderer interessierender Kenngrößen des Aktors, sondern kann auch während des normalen Einspritzbetriebs ei- ner Einspritzanlage durchgeführt werden. 2003 P 10660
6 Ferner ist noch zu erwähnen, dass der effektive elektrische Widerstand des Aktors vorzugsweise als Großsignalgröße er- fasst wird.
Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet oder werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Ansteuerung von Piezoaktoren und zur Bestimmung der Leerhubs der Piezoaktoren,
Figur 2 das erfindungsgemäße Diagnoseverfahren in Form ei- nes Flussdiagramms sowie
Figur 3 den Verlauf des effektiven elektrischen Widerstands eines Piezoaktors der Vorrichtung aus Figur 1 in Abhängigkeit von der an dem Piezoaktor anliegenden elektrischen Spannung.
Das in Figur 1 dargestellte Schaltbild zeigt in vereinfachter Form eine erfindungsgemäße Vorrichtung, die zur Ansteuerung mehrerer Piezoaktoren P1-P4 dient und dabei die Bestimmung des Leerhubs SLEER der einzelnen Piezoaktoren P1-P4 ermöglicht.
Masseseitig sind die einzelnen Piezoaktoren P1-P4 getrennt voneinander über jeweils einen Auswahlschalter S1-S4 mit Mas- se verbunden, so dass die einzelnen Piezoaktoren P1-P4 getrennt voneinander angesteuert werden können.
Spannungsseitig sind die Piezoaktoren Pl—P4 dagegen gemeinsam mit einer Treiberschaltung 1 verbunden, wobei die Trei- berschaltung 1 die Piezoaktoren P1-P4 während des normalen Betriebs mit einem elektrischen Steuersignal ansteuert, um die gewünschte Stellbewegung der Piezoaktoren P1-P4 zu er- 2003 P 10 660
7 reichen und dadurch das gewünschte Einspritzverhalten zu erzielen.
Im Folgenden werden Aufbau und Funktion der Treiberschaltung1 beschrieben.
Zur Stromversorgung weist die Treiberschaltung 1 eine Batterie UBAT auf, wobei es sich um eine Kraftfahrzeugbatterie handeln kann .
Die Batterie UBAτ ist über einen Gleichspannungswandler 2 mit einem Pufferkondensator CBoosτ verbunden, der die zur Aufladung der Piezoaktoren P1-P4 erforderliche elektrische Energie zwischenspeichert .
Der Pufferkondensator CBoosτ ist über ein LC-Glied mit einem Transformator 1 verbunden, wobei das LC-Glied aus einer mit dem Gleichspannungswandler 2 in Reihe geschalteten Induktivität Ll und einem zu dem Pufferkondensator CBoosτ parallel ge- schalteten Kondensator Cl besteht.
Der Transformator T weist eine Primärwicklung Wl und eine Sekundärwicklung W2 auf, wobei die Primärwicklung Wl über einen Schalter S5 und eine parallel zu dem Schalter S5 geschaltete Diode Dl mit Masse verbunden ist, während die Sekundärwicklung W2 über einen weiteren Schalter S6 und eine zu dem Schalter S6 parallel geschaltete Diode D2 mit Masse verbunden ist .
Spannungsseitig ist die Sekundärwicklung W2 über ein weiteres LC-Glied mit den Piezoaktoren P1-P4 verbunden, wobei dieses LC-Glied aus einer weiteren Induktivität L2 und einem weiteren Kondensator C2 besteht.
Durch eine geeignete Ansteuerung der Schalter S5, S6 können die Piezoaktoren P1-P4 aufgeladen bzw. entladen werden, um die gewünschte Stellbewegung entsprechend einem vorgegebenen 2003 P 10660
Einspritzverhalten zu erzeugen. Dabei ermöglicht die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Leerhubdetektion, um den bau- teil-, temperatur- und alterungsabhängigen Leerhub bei der Ansteuerung berücksichtigen zu können.
Hierzu weist die erfindungsgemäße Vorrichtung ein Strommess- gerät 3 auf, das den durch den jeweiligen Piezoaktor Pl, P2, P3 bzw. P4 fließenden elektrischen Strom misst.
Weiterhin ist ein Spannungsmessgerät 4 vorgesehen, das die über dem jeweiligen Piezoaktor Pl, P2, P3 bzw. P4 abfallende elektrische Spannung misst.
Das Strommessgerät 3 und das Spannungsmessgerät 4 sind aus- gangsseitig mit einer Auswertungseinheit 5 verbunden, die entsprechend dem nachfolgend beschriebenen erfindungsgemäßen Diagnoseverfahren den Leerhub S EER berechnet.
Im folgenden wird nun das erfindungsgemäße Diagnoseverfahren unter Bezugnahme auf das in Figur 2 dargestellte Flussdia- gram beschrieben.
Zunächst ist zu bemerken, dass die Bestimmung des Leerhubs SLEER jeweils während eines Entladevorgangs erfolgt, was zu einer genaueren Bestimmung des Leerhubs S^EER führt, wie Vergleichsmessungen ergeben haben.
Während des Entladevorgangs erfasst die Auswertungseinheit 5 dann mittels des Strommessgeräts 3 und des Spannungsmessge- räts 4 mehrere Strom- bzw. Spannungswerte und berechnet jeweils aus diesen den effektiven elektrischen Widerstand Reff des jeweiligen Aktors Pl, P2, P3 bzw. P4.
Aus dieser Messung ergibt sich dann die in Figur 3 darge- stellte Kurve, welche die Abhängigkeit des effektiven elektrischen Widerstands Re f von der an dem jeweiligen Piezoaktor 2003 P 10660
9 Pl, P2, P3 bzw. P4 anliegenden elektrischen Spannung U wiedergibt .
Die Auswertungseinheit 5 untersucht dann die in Figur 3 dar- gestellte Kurve auf eine Diskontinuität in Form einer Knickstelle, die in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel bei einer Spannung URMICK^SS liegt. Entsprechend der bekannten Aktorgleichung berechnet die Auswertungseinheit 5 dann den Leerhub SI,BER aus der Spannung UKMTCK und der piezoelektrischen Ladungskonstante d des jeweiligen Piezoaktors Pl, P2, P3 bzw. P4.
Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene bevorzugte Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen möglich, die ebenfalls von dem Erfindungsgedanken Gebrauch machen und deshalb in den Schutzbereich fallen.

Claims

2003 P 1066010 Patentansprüche
1. Diagnoseverfahren für einen elektromechanischen Aktor (P1-P4) , insbesondere für einen Piezoaktor eines Injektors einer Einspritzanlage, mit den folgenden Schritten:
- Ermittlung mindestens einer elektrischen Betriebsgröße (Reff) des Aktors (P1-P4) ,
- Ermittlung einer Kenngröße (SLEER) des Aktors (P1-P4) in Abhängigkeit von der elektrischen Betriebsgröße, wobei die Kenngröße <SLEER) von der auf den Aktor (P1-P4) wirkenden Kraft abhängig ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die elektrische Betriebsgröße der effektive elektrische
Widerstand (Reff) des Aktors (P1-P4) ist.
2. Diagnoseverfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die ermittelte Kenngröße (SLEER) des Aktors (P1-P4) der Leerhub des Aktors (P1-P4) oder das Ventilspiel eines von dem Aktor (P1-P4) angesteuerten Einspritzventils ist.
3. Diagnoseverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die elektrische Betriebsgröße (Reff) für die Bestimmung der Kenngröße (SLEER) die Impedanz oder der ohmsche Widerstand des Aktors (P1-P4) ist.
4. Diagnoseverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü- ehe, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h folgende Schritte:
- Ansteuerung des Aktors (P1-P4) mit einem elektrischen Steuersignal zur Erzeugung einer entsprechenden Stell- bewegung des Aktors (P1-P4) , 2003 P 10660
11 Ermittlung des effektiven elektrischen Widerstands (Reff) des Aktors (P1-P4) bei verschiedenen Werten des Steuersignals, Ermittlung einer Diskontinuität (UKNιCκ) des effektiven e- lektrischen Widerstands (Re ) des Aktors (P1-P4) bei der Ansteuerung mit dem Steuersignal, Bestimmung der Kenngröße (SLEER) des Aktors (P1-P4) in Abhängigkeit von der Lage der Diskontinuität (UKNICK) und/oder dem zugehörigen Steuersignal .
5. Diagnoseverfahren nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Diskontinuität (UKNICK) eine Knickstelle im Verlauf des effektiven elektrischen Widerstands (Reff) des Aktors (Pl- P4) ist.
6. Diagnoseverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der effektive elektrische Widerstand (Reff) des Aktors (P1-P4) während eines Entladevorgangs erfasst wird, um daraus die Kenngröße (SLBER) ZU bestimmen.
7. Diagnoseverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü- ehe, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass dem Aktor (P1-P4) ein vorgegebener Strom als elektrisches Steuersignal aufgeprägt wird.
8. Diagnoseverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass dem Aktor (P1-P4) eine vorgegebene Spannung als elektrisches Steuersignal aufgeprägt wird. 2003 P 10660
12
9. Diagnoseverfahren nach Anspruch 7 oder 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der zeitliche Verlauf des dem Aktor (P1-P4) eingeprägten Stroms bzw. der Spannung durch eine Zeitfunktion vorgegeben ist, wobei die Kenngröße (SLEER) in Abhängigkeit von der Zeitfunktion berechnet wird.
10. Diagnoseverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Ermittlung des effektiven elektrischen Widerstands (Reff) des Aktors (P1-P4) für die nachfolgende Bestimmung der Kenngröße (SLEER) während des normalen Einspritzbetriebs des Aktors erfolgt.
11. Diagnoseverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der effektive elektrische Widerstand (Reff) des Aktors (P1-P4) als Großsignalgröße ermittelt wird.
PCT/EP2004/051864 2003-10-23 2004-08-20 Diagnoseverfahren für einen elektromechanischen aktor Ceased WO2005040582A2 (de)

Applications Claiming Priority (2)

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