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DE102010039165A1 - Positioning device for use in combustion engine of vehicle, has piezoelectric actuator placing position element in one direction and another piezoelectric actuator placing position element in another direction - Google Patents

Positioning device for use in combustion engine of vehicle, has piezoelectric actuator placing position element in one direction and another piezoelectric actuator placing position element in another direction Download PDF

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Publication number
DE102010039165A1
DE102010039165A1 DE102010039165A DE102010039165A DE102010039165A1 DE 102010039165 A1 DE102010039165 A1 DE 102010039165A1 DE 102010039165 A DE102010039165 A DE 102010039165A DE 102010039165 A DE102010039165 A DE 102010039165A DE 102010039165 A1 DE102010039165 A1 DE 102010039165A1
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DE
Germany
Prior art keywords
piezoelectric actuator
actuator
piezoelectric
actuating element
control unit
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Withdrawn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
DE102010039165A
Other languages
German (de)
Inventor
Gernot Wuerfel
Ingo Pietsch
Ingo Kerkammm
Thomas Sebastian
Andreas Jakobi
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
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Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

The device has a position element (2) i.e. needle, movably arranged between directions (A), where the directions are opposite to each other. A piezoelectric actuator (3) places the position element in one direction and another piezoelectric actuator places the position element in another direction. A control unit (5) comprises a computing device (6) that is laid out to compute an exact position of the position element based on each deactivated detected signals of the former piezoelectric actuator. The two piezoelectric actuators are directly in contact with the position element. An independent claim is also included for a method for regulating a regulating device with a position element.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Stelleinrichtung.The present invention relates to an adjusting device.

Stelleinrichtungen zur Fluideinspritzung sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen mit nadelförmigen Stellelementen bekannt, die mittels eines keramischen Piezoaktors zur Realisierung schneller Fluideinspritzungen betätigt werden. Hierbei ist es von besonderem Nachteil, dass aufgrund der Eigenschaftsdegradation der Piezoaktoren als Funktion der elektrischen Zyklenzahl keine direkte Korrelation zwischen der anliegenden Spannung und der Dehnung des Piezoaktors möglich ist. Somit kann die tatsächliche Position des Stellelements zu jedem Zeitpunkt des Einspritzvorgangs nicht exakt bestimmt werden. Ferner muss jeder einzelne Piezoaktor in der Fertigung zeit- und kostenaufwändig vermessen und codiert werden, um das individuelle Hubvermögen für eine Fluiddosierung zu ermitteln.Adjusting devices for fluid injection are known from the prior art in various configurations with needle-shaped adjusting elements, which are actuated by means of a ceramic piezoelectric actuator to realize faster fluid injections. In this case, it is of particular disadvantage that due to the property degradation of the piezoelectric actuators as a function of the number of electrical cycles no direct correlation between the applied voltage and the expansion of the piezoelectric actuator is possible. Thus, the actual position of the actuator can not be determined exactly at each time of the injection process. Furthermore, each individual piezoelectric actuator in the production has to be measured and coded in a time-consuming and cost-intensive manner in order to determine the individual lifting capacity for a fluid metering.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die erfindungsgemäße Stelleinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass hierbei zwei seriell angeordnete Piezoaktoren verwendet werden, die eine genaue Positionierung des Stellelements zu jedem Zeitpunkt des Einspritzvorgangs und somit eine präzisere Dosierung des eingespritzten Fluids ermöglichen. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass die Stelleinrichtung ein Stellelement umfasst, welches in eine erste Richtung und eine zweite Richtung bewegbar angeordnet ist, wobei die ersten und zweiten Richtungen einander entgegengesetzt sind. Ferner umfasst die Stelleinrichtung einen ersten Piezoaktor und einen zweiten Piezoaktor, wobei der erste Piezoaktor das Stellelement in die erste Richtung stellt, und der zweite Piezoaktor das Stellelement in die zweite Richtung stellt. Die Fertigungsschritte für die Vermessung und Codierung der Piezoaktoren können somit entfallen, was zu einer beachtlichen Kostenersparnis und deutlich kürzeren Fertigungszeiten führt.The adjusting device according to the invention with the features of claim 1 has the advantage that in this case two serially arranged piezoelectric actuators are used, which allow precise positioning of the actuating element at any time of the injection process and thus a more precise dosage of the injected fluid. This is inventively achieved in that the adjusting device comprises an actuating element, which is arranged to be movable in a first direction and a second direction, wherein the first and second directions are opposite to each other. Furthermore, the adjusting device comprises a first piezoelectric actuator and a second piezoelectric actuator, the first piezoelectric actuator setting the adjusting element in the first direction, and the second piezoelectric actuator setting the adjusting element in the second direction. The production steps for the measurement and coding of the piezoelectric actuators can thus be omitted, which leads to a considerable cost savings and significantly shorter production times.

Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.The dependent claims show preferred developments of the invention.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung stellt der erste Piezoaktor das Stellelement von einer Ausgangsposition in eine Stellposition in die erste Richtung und der zweite Piezoaktor stellt das Stellelement von der Stellposition in die Ausgangsposition in die zweite Richtung zurück. Dadurch wird ein betriebssicheres Öffnen bzw. Schließen des Stellelements mit hoher Dynamik erreicht.According to a preferred embodiment of the invention, the first piezoelectric actuator sets the actuating element from a starting position to a setting position in the first direction and the second piezoelectric actuator returns the actuating element from the setting position to the starting position in the second direction. As a result, a reliable opening or closing of the actuator is achieved with high dynamics.

Weiterhin bevorzugt umfasst die Stelleinrichtung eine Steuereinheit, welche mit dem ersten und zweiten Piezoaktor verbunden ist. Die Steuereinheit ist ausgelegt, den ersten und zweiten Piezoaktor abwechselnd zu aktivieren bzw. anzusteuern und ferner die Signale des deaktivierten bzw. nicht angesteuerten Piezoaktors zu erfassen. Der deaktivierte Piezoaktor wird hierbei als Sensor verwendet und erfasst die vom aktivierten Piezoaktor auf ihn ausgeübte Kraft als Signal, das zur Positionsbestimmung des Stellelements verwendet werden kann. Aus dieser Information Isst sich die genaue Dehnung des ersten Piezoaktors und somit die Hubbewegung des Stellelementes bestimmen. Eine aufwändige Vermessung zur Selektion der zu verwendenden Piezoaktoren in der Fertigung kann daher entfallen.Further preferably, the adjusting device comprises a control unit, which is connected to the first and second piezoelectric actuator. The control unit is designed to alternately activate and / or control the first and second piezoelectric actuators and also to detect the signals of the deactivated or non-actuated piezoactuator. The deactivated piezoelectric actuator is used here as a sensor and detects the force exerted by the activated piezoelectric actuator on it as a signal that can be used to position the positioner. From this information is the exact strain of the first piezoelectric actuator and thus determine the stroke of the control element. A complex measurement for the selection of the piezoelectric actuators to be used in production can therefore be omitted.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Steuereinheit eine Recheneinrichtung, welche ausgelegt ist, eine exakte Position des Stellelements basierend auf den erfassten Signalen des jeweils deaktivierten Piezoaktors zu berechnen. Aufgrund der berechneten Positionierung des Piezoaktors zu jedem Zeitpunkt des Einspritzvorgangs kann die Fluiddosierung wesentlich genauer erfolgen als über die herkömmliche Codierung des Piezoaktors. Durch den Entfall bisher notwendiger, aufwändiger Feedforward-Korrekturfunktionen in der Steuereinheit zur Richtigstellung der eingespritzten Fluidmenge kann zudem der Aufbau und die Auslegung der Steuereinheit wesentlich vereinfacht werden. Ferner kann durch einen Abgleich mit der erfassten, tatsächlich eingespritzten Fluidmenge und der von der Steuereinheit definierten Sollmenge ein Tuning, z. B. durch ein Dazwischenschalten eines weiteren Steuergeräts, welches die Sollmenge verändert, deutlich erschwert werden.In a further advantageous embodiment of the invention, the control unit comprises a computing device which is designed to calculate an exact position of the actuating element based on the detected signals of the respectively deactivated piezoelectric actuator. Due to the calculated positioning of the piezoelectric actuator at any time during the injection process, the fluid metering can be done much more accurately than via the conventional coding of the piezoelectric actuator. By eliminating the hitherto necessary, complex feedforward correction functions in the control unit for correcting the injected fluid quantity, the structure and the design of the control unit can also be substantially simplified. Furthermore, by tuning with the detected, actually injected fluid quantity and the setpoint defined by the control unit tuning, z. B. by an intermediary of another control unit, which changes the target amount, are made much more difficult.

Vorzugsweise kontaktiert der erste Piezoaktor und/oder der zweite Piezoaktor das Stellelement direkt. Durch die direkte Betätigung des Stellelements können Bauteile entfallen, was die Anzahl der Bauteile minimiert und eine deutliche Kostenersparnis zur Folge hat.Preferably, the first piezoelectric actuator and / or the second piezoelectric actuator contacted directly the actuator. Due to the direct actuation of the actuator components can be omitted, which minimizes the number of components and has a significant cost savings.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist der zweite Piezoaktor eine Durchgangsöffnung zum Durchführen des Stellelements auf. Dadurch wird eine verschleißarme, betriebssichere Führung des Stellelementes sichergestellt. Durch eine entsprechende Anpassung des Innenelektrodendesigns des zweiten Piezoaktors werden elektrische Überschläge an der Durchgangsöffnung auf das Stellelement vermieden.In a further advantageous embodiment of the invention, the second piezoelectric actuator on a passage opening for performing the actuating element. As a result, a low-wear, reliable management of the control element is ensured. By a corresponding adaptation of the internal electrode design of the second piezoelectric actuator electrical flashovers are avoided at the passage opening to the actuator.

Weiterhin bevorzugt ist das Stellelement eine Nadel, welche an einem Ende einen flachen Fußbereich aufweist, der zwischen dem ersten und zweiten Piezoaktor angeordnet ist. Dadurch können mechanische Fehler, wie z. B. ein Verklemmen des Stellelements, oder ein Verschleiß, wie z. B. durch Verkokung des Stellelements und/oder benachbarter Bauteile, aufgrund des einfachen Aufbaus der Stelleinrichtung leichter diagnostiziert werden.Further preferably, the actuator is a needle having at one end a flat foot region which is arranged between the first and second piezoelectric actuator. As a result, mechanical errors, such. B. jamming of the Stellelements, or wear, such. B. by coking of the control element and / or adjacent components, due to the simple structure of the actuator are easily diagnosed.

Vorzugsweise umfasst die Stelleinrichtung ein Federelement zur Unterstützung einer Rückstellung wenigstens eines der Piezoaktoren. Hierdurch ist ein schnelleres Schließen des Stellelements, das mit erhöhter Rückstellgeschwindigkeit und größerer Rückstellkraft in einen Ventilsitz gepresst wird, erreichbar, wodurch zum Beispiel bei Verwendung in einem Fahrzeug eine deutlich reduzierte Fluidmenge in den Brennraum eingespritzt werden muss. Dies führt zu einem verbesserten Leerlaufverhalten und Abgasverhalten des Motors.Preferably, the adjusting device comprises a spring element for supporting a provision of at least one of the piezoelectric actuators. As a result, a faster closing of the actuating element, which is pressed with increased return speed and greater restoring force in a valve seat, reachable, whereby, for example, when used in a vehicle, a significantly reduced amount of fluid must be injected into the combustion chamber. This leads to improved idling behavior and emission behavior of the engine.

Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Stellen einer Stelleinrichtung mit einem Stellelement, einem ersten Piezoaktor und einem zweiten Piezoaktor. Hierbei wird in einem ersten Verfahrensschritt der erste Piezoaktor in einer ersten Richtung aktiviert, um das Stellelement von einer Ausgangsposition in eine Stellposition zu stellen. Dabei arbeitet der zweite deaktivierte Piezoaktor als Sensor, der die auf ihn wirkenden Kräfte vom Stellelement aufnimmt und an die Steuereinheit übermittelt. In einem zweiten Verfahrensschritt wird der erste Piezoaktor deaktiviert und der zweite Piezoaktor in einer zweiten Richtung aktiviert, um das Stellelement von der Stellposition in die Ausgangsposition zurückzustellen. Hierbei arbeitet der erste Piezoaktor als Sensor und nimmt die auf den zweiten Piezoaktor wirkenden Kräfte auf und übermittelt diese an die Steuereinheit. Die Steuereinheit berechnet basierend auf den übermittelten Signalen eine exakte Position des Stellelements. Aufgrund des einfachen Steuerungsablaufs kann eine betriebssichere und kostengünstige Steuerung des Stellelements realisiert werden. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann eine Fluidmenge wesentlich genauer als über die herkömmliche Piezoaktor-Selektion in der Fertigung bestimmt werden, was in einer deutlichen Effizienzsteigerung von Verbrennungsmotoren resultiert, bei denen die Stelleinrichtung eingesetzt wird. Ferner ist eine kostengünstigere Fertigung der Stelleinrichtung mit einer geringen Anzahl von Fertigungsschritten und kürzeren Taktzeiten erreichbar. Alternativ kann das erfindungsgemäße Stellelement auch indirekt über ein Servoventil mit einer Bewegungsumkehr betätigt werden, wodurch ein Einsatz in einem weiten Bereich von Verbrennungsmotoren möglich ist.Furthermore, the invention relates to a method for setting an adjusting device with an actuating element, a first piezoelectric actuator and a second piezoelectric actuator. In this case, in a first method step, the first piezoelectric actuator is activated in a first direction in order to set the adjusting element from a starting position into a setting position. In this case, the second deactivated piezoactuator operates as a sensor, which receives the forces acting on it from the actuator and transmitted to the control unit. In a second method step, the first piezoelectric actuator is deactivated and the second piezoelectric actuator is activated in a second direction in order to reset the adjusting element from the setting position to the starting position. In this case, the first piezoelectric actuator acts as a sensor and absorbs the forces acting on the second piezoelectric actuator and transmits them to the control unit. The control unit calculates an exact position of the control element based on the transmitted signals. Due to the simple control sequence, a reliable and cost-effective control of the control element can be realized. With the method according to the invention, a quantity of fluid can be determined much more accurately than via the conventional piezoactuator selection in production, which results in a significant increase in the efficiency of internal combustion engines in which the adjusting device is used. Furthermore, a more cost-effective production of the adjusting device with a small number of manufacturing steps and shorter cycle times can be achieved. Alternatively, the actuating element according to the invention can also be actuated indirectly via a servo valve with a reversal of motion, whereby an employment in a wide range of internal combustion engines is possible.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird basierend auf der berechneten Position des Stellelements eine Öffnungsdauer für eine Fluideinspritzung, insbesondere eine Kraftstoffeinspritzung oder Kraftstoffeinblasung, bestimmt. Dadurch kann selbst bei Einspritzvorgängen mit sehr hoher Frequenz bzw. sehr kurzen Taktzeiten eine präzise Fluidosierung in allen Lastbereichen des Verbrennungsmotors erfolgen.According to a preferred embodiment of the method, an opening duration for a fluid injection, in particular a fuel injection or fuel injection, is determined based on the calculated position of the actuating element. As a result, even with injection processes with very high frequency or very short cycle times, a precise metering of the fluid can take place in all load ranges of the internal combustion engine.

Zeichnungdrawing

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:Hereinafter, embodiments of the invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawing is:

1 eine geschnittene Teilansicht einer Stelleinrichtung gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung, 1 4 is a partial sectional view of a control device according to a first preferred embodiment of the invention,

2 eine weitere geschnittene Teilansicht der Stelleinrichtung von 1, 2 a further sectional partial view of the adjusting device of 1 .

3 eine Querschnittansicht eines ersten Piezoaktors des ersten Ausführungsbeispiels, 3 a cross-sectional view of a first piezoelectric actuator of the first embodiment,

4 eine Querschnittansicht eines zweiten Piezoaktors des ersten Ausführungsbeispiels, und 4 a cross-sectional view of a second piezoelectric actuator of the first embodiment, and

5 eine geschnittene Teilansicht der Stelleinrichtung gemäß einem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung. 5 a sectional partial view of the adjusting device according to a second preferred embodiment of the invention.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf 1 bis 4 eine Stelleinrichtung gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben.The following is with reference to 1 to 4 an adjusting device according to a first preferred embodiment of the invention described in detail.

1 zeigt eine geschnittene Teilansicht einer Stelleinrichtung 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Stelleinrichtung 1 umfasst ein Stellelement 2, einen ersten Piezoaktor 3 und einen zweiten Piezoaktor 4, die vorzugsweise als keramische Vielschicht-Piezoaktoren ausgebildet und in einem Gehäuse 9 angeordnet sind, dem ein Fluid über eine Kraftstoffleitung 10 zugeführt wird. Ferner umfasst die Stelleinrichtung 1 eine außerhalb des Gehäuses 9 angeordnete Steuereinheit 5 mit einer darin vorgesehenen Recheneinheit 6, welche mit dem ersten Piezoaktor 3 und dem zweiten Piezoaktor 4 elektrisch verbunden ist. Die ersten und zweiten Piezoaktoren 3, 4 weisen, wie in 3 und 4 dargestellt, jeweils einen quadratischen Querschnitt auf. Alternativ könnten die Piezoaktoren auch einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen. Das als Nadel ausgebildete Stellelement 2 weist einen flachen Fußbereich 7 auf, der zwischen dem ersten und zweiten Piezoaktor 3, 4 angeordnet ist und an den ersten und zweiten Piezoaktoren 3, 4 direkt anliegt bzw. diese kontaktiert. Ein mit dem Fußbereich 7 verbundener Halsbereich 12 des Stellelements 2 ist, wie auch aus der Querschnittsansicht von 4 ersichtlich, durch eine im zweiten Piezoaktor 4 ausgebildete Durchgangsöffnung 12 hindurchgeführt. Ein dem Fußbereich 7 gegenüberliegender Endbereich 13 des Stellelements 2 ist kegelförmig ausgebildet und verschließt einen im Gehäuse 9 gegenüberliegend angeordneten Ventilsitz 11. 1 zeigt eine Ausgangsposition des Stellelements 2, welche die geschlossene Stellung ist. 1 shows a sectional partial view of an actuating device 1 according to the first embodiment of the invention. The adjusting device 1 includes an actuator 2 , a first piezoelectric actuator 3 and a second piezoelectric actuator 4 , which are preferably formed as a ceramic multilayer piezoelectric actuators and in a housing 9 are arranged, which a fluid via a fuel line 10 is supplied. Furthermore, the adjusting device comprises 1 one outside the case 9 arranged control unit 5 with a computing unit provided therein 6 , which with the first piezoelectric actuator 3 and the second piezoelectric actuator 4 electrically connected. The first and second piezo actuators 3 . 4 wise, as in 3 and 4 represented, each having a square cross section. Alternatively, the piezo actuators could also have a circular cross-section. The trained as a needle actuator 2 has a flat foot area 7 on that between the first and second piezoelectric actuator 3 . 4 is arranged and at the first and second piezoelectric actuators 3 . 4 directly applied or contacted. One with the foot area 7 connected neck area 12 of the actuating element 2 is, as well as from the cross-sectional view of 4 can be seen by a in the second piezoelectric actuator 4 trained passage opening 12 passed. A the foot area 7 opposite end region 13 of the actuating element 2 is cone-shaped and closes one in the housing 9 opposite arranged valve seat 11 , 1 shows a starting position of the actuating element 2 which is the closed position.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zum Öffnen der Stelleinrichtung 1 der erste Piezoaktor 3 von der Steuereinheit 5 in einer als Pfeil dargestellten ersten Richtung A aktiviert bzw. angesteuert. Infolge der elektrischen Bestromung bzw. Belastung dehnt sich der erste Piezoaktor 3 aus und das mit dem Fußbereich 7 anliegende Stellelement 2 wird von einer Ausgangsposition in eine Stellposition bewegt. Der am Fußbereich 7 gegenüberliegend anliegende und am Gehäuse 9 abgestützte zweite Piezoaktor 4, der deaktiviert bzw. nicht angesteuert ist, wird hierbei durch die vom ersten Piezoaktor 3 erzeugte Kraft zusammengedrückt. Hierbei sei angemerkt, dass der Ausdruck „deaktiviert” hier im Sinne von „im Ruhezustand bzw. in Ruhestellung befindlich” zu verstehen ist, bei dem der hier elektrisch nicht belastete und zum Bewegen des Stellelements 2 nicht verwendete zweite Piezoaktor 4 lediglich zusammengedrückt wird und dabei als Sensor geschaltet ist, der die auf ihn wirkenden Kräfte vom Stellelement 2 aufnimmt. Die dabei erfassten Sensorsignale des zweiten Piezoaktors 4 werden an die Recheneinheit 6 in der Steuereinheit 5 übermittelt, die darauf basierend eine exakte Position des Stellelements 2 berechnet.According to the method according to the invention is for opening the actuator 1 the first piezoelectric actuator 3 from the control unit 5 activated or activated in a first direction A shown as arrow. As a result of the electrical current or load, the first piezoelectric actuator expands 3 off and that with the foot area 7 adjoining control element 2 is moved from a home position to a parking position. The at the foot area 7 Opposite fitting and on the housing 9 supported second piezoelectric actuator 4 , which is deactivated or not activated, in this case by the first piezoelectric actuator 3 generated force compressed. It should be noted that the term "deactivated" here in the sense of "at rest or in rest position" is to be understood, in which the electrically not loaded here and for moving the control element 2 unused second piezoelectric actuator 4 is merely compressed and is connected as a sensor, the forces acting on it from the actuator 2 receives. The case detected sensor signals of the second piezoelectric actuator 4 be to the arithmetic unit 6 in the control unit 5 transmitted based on an exact position of the actuator 2 calculated.

Wie in 2 dargestellt, hebt der Endbereich 13 des Stellelements 2 aufgrund der Ausdehnung des ersten Piezoaktors 3 in der ersten Richtung A vom Ventilsitz 11 in die Stellposition ab, sodass das durch die Kraftstoffleitung 10 zugeführte Fluid zur Außenseite des Gehäuses 9 ausströmen kann.As in 2 shown, the end raises 13 of the actuating element 2 due to the expansion of the first piezoelectric actuator 3 in the first direction A from the valve seat 11 in the parking position, so that through the fuel line 10 supplied fluid to the outside of the housing 9 can flow out.

Um das Stellelement 2 wieder auf den Ventilsitz 11 zurückzustellen bzw. die Stelleinrichtung 1 zu schließen, wird nun der zweite Piezoaktor 4 von der Steuereinheit 5 aktiviert und der erste Piezoaktor 3 deaktiviert. Hierbei dehnt sich der zweite Piezoaktor 4 aus und bewegt das Stellelement 2 von der in 2 dargestellten Stellposition in einer durch einen Pfeil dargestellten zweiten Richtung B wieder in die Ausgangsposition zurück. Dadurch wird der erste, deaktivierte Piezoaktor 3 zusammengedrückt, der nun als Sensor geschaltet ist, um die vom zweiten Piezoaktor 4 auf ihn ausgeübte Kraft zu erfassen und als Sensorsignale an die Recheneinheit 6 in der Steuereinheit 5 zu übermitteln, die darauf basierend wieder eine exakte Position des Stellelements 2 berechnet.To the actuator 2 back to the valve seat 11 reset or the adjusting device 1 to close, now becomes the second piezoelectric actuator 4 from the control unit 5 activated and the first piezoelectric actuator 3 disabled. Here, the second piezoelectric actuator expands 4 off and moves the actuator 2 from the in 2 shown positioning position in a second direction B shown by an arrow back to the starting position. This will be the first deactivated piezo actuator 3 compressed, which is now connected as a sensor to that of the second piezoelectric actuator 4 To detect applied to him force and as sensor signals to the computing unit 6 in the control unit 5 to transmit based on it again an exact position of the actuator 2 calculated.

Auf Grundlage der berechneten und bekannten Positionen des Stellelements 2 zu jedem Zeitpunkt des Einspritzvorgangs, dem sogenannten Nadelflugverhalten, kann die erforderliche Fluidmenge mit wesentlich höherer Präzision bestimmt werden als durch die üblicherweise beim Stand der Technik vor dem Einbau eingesetzten Piezoaktor-Vermessung und -Codierung. Hieraus resultieren große Kraftstoffeinsparpotentiale.Based on the calculated and known positions of the actuator 2 At any time of the injection process, the so-called needle flight behavior, the required amount of fluid can be determined with much higher precision than by the piezoelectric actuator measurement and coding conventionally used in the prior art prior to installation. This results in great fuel savings potential.

Nachfolgend wird mit Bezug auf 5 eine Stelleinrichtung gemäß einem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung detailliert beschrieben. Gleiche oder funktional gleiche Bauteile sind hier mit denselben Bezugszeichen wie im ersten Ausführungsbeispiel bezeichnet.Hereinafter, with reference to 5 an adjusting device according to a second preferred embodiment of the invention described in detail. The same or functionally identical components are designated here by the same reference numerals as in the first embodiment.

Im Gegensatz zum zuvor beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel weist das zweite Ausführungsbeispiel ein Federelement 8 zur Unterstützung einer Rückstellung des Stellelements 2 auf. Das Federelement 8 ist zwischen dem zweiten Piezoaktor 4 und dem Fußbereich 7 des Stellelements 2 angeordnet. Alternativ dazu kann das Federelement 8 auch zwischen dem zweiten Piezoaktor 4 und dem Gehäuse 9 angeordnet sein. Hierdurch kann ein schnelleres Schließen des Stellelements 2 realisiert werden.In contrast to the first embodiment described above, the second embodiment has a spring element 8th in support of a provision of the actuator 2 on. The spring element 8th is between the second piezoelectric actuator 4 and the foot area 7 of the actuating element 2 arranged. Alternatively, the spring element 8th also between the second piezoelectric actuator 4 and the housing 9 be arranged. This allows a faster closing of the actuating element 2 will be realized.

Obwohl in den Figuren nicht dargestellt, kann bei allen beschriebenen Ausführungsbeispielen zusätzlich ein hydraulischer Koppler zwischen dem ersten Piezoaktor 3 und dem Gehäuse 9 angeordnet bzw. hintergeschaltet werden, um einen Wärme bedingten Längenausgleich bereitzustellenAlthough not shown in the figures, in all the described embodiments additionally a hydraulic coupler between the first piezoelectric actuator 3 and the housing 9 can be arranged or switched behind to provide a heat-related length compensation

Die erfindungsgemäße Stelleinrichtung 1 weist den Vorteil auf, dass durch die Verwendung und getrennte Ansteuerung von zwei seriell verbauten Piezoaktoren 3, 4 einer der Piezoaktoren immer als Sensor arbeiten kann und eine exakte Position des Stellelements 2 bestimmen kann. Somit wird eine präzisere Bestimmung der Fluidmenge sowohl bei direkt- als auch indirektbetätigten Piezoaktoren erreicht. Ferner können dadurch der Kraftstoffverbrauch bzw. das Emissionsverhalten weiter reduziert und zukünftig vorgeschriebene Limitierungen eingehalten bzw. unterschritten werden.The adjusting device according to the invention 1 has the advantage that by the use and separate control of two serially installed piezo actuators 3 . 4 one of the piezo actuators can always work as a sensor and an exact position of the control element 2 can determine. Thus, a more precise determination of the amount of fluid is achieved in both directly and indirectly actuated piezoelectric actuators. Furthermore, fuel consumption and emission behavior can be further reduced and future prescribed limits can be met or exceeded.

Claims (10)

Stelleinrichtung, umfassend: – ein Stellelement (2), welches in eine erste Richtung (A) und eine zweite Richtung (B) bewegbar angeordnet ist, wobei die ersten und zweiten Richtungen (A, B) einander entgegengesetzt sind, – einen ersten Piezoaktor (3), und – einen zweiten Piezoaktor (4), – wobei der erste Piezoaktor (3) das Stellelement (2) in die erste Richtung (A) stellt, und – wobei der zweite Piezoaktor (4) das Stellelement (2) in die zweite Richtung (B) stellt.Actuating device comprising: - an actuating element ( 2 ) arranged movably in a first direction (A) and a second direction (B), the first and second directions (A, B) being opposite to each other, - a first piezoactuator ( 3 ), and - a second piezoelectric actuator ( 4 ), - wherein the first piezoelectric actuator ( 3 ) the actuator ( 2 ) in the first direction (A), and - wherein the second piezoelectric actuator ( 4 ) the actuator ( 2 ) in the second direction (B). Stelleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Piezoaktor (3) das Stellelement (2) von einer Ausgangsposition in eine Stellposition in die erste Richtung (A) stellt und der zweite Piezoaktor (4) dass Stellelement von der Stellposition in die Ausgangsposition in die zweite Richtung (B) zurückgestellt.Setting device according to claim 1, characterized in that the first piezoelectric actuator ( 3 ) the actuator ( 2 ) from a starting position into a Positioning position in the first direction (A) and the second piezoelectric actuator ( 4 ) that actuator from the setting position to the starting position in the second direction (B) reset. Stelleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend eine Steuereinheit (5), welche mit den ersten und zweiten Piezoaktoren (3, 4) verbunden ist und ausgelegt ist, den ersten und zweiten Piezoaktor (3, 4) abwechselnd zu aktivieren, und welche ferner ausgelegt ist, Signale des jeweils deaktivierten Piezoaktors zu erfassen.A control device according to claim 1 or 2, further comprising a control unit ( 5 ), which with the first and second piezoelectric actuators ( 3 . 4 ) and is adapted to the first and second piezoelectric actuator ( 3 . 4 ) and which is further designed to detect signals of the respective deactivated piezoelectric actuator. Stelleinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (5) eine Recheneinrichtung (6) umfasst, welche ausgelegt ist, eine exakte Position des Stellelements (2) basierend auf den erfassten Signalen des jeweils deaktivierten Piezoaktors zu berechnen.Setting device according to claim 3, characterized in that the control unit ( 5 ) a computing device ( 6 ), which is designed, an exact position of the actuating element ( 2 ) based on the detected signals of the respective disabled piezoelectric actuator to calculate. Stelleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Piezoaktor (3) das Stellelement (2) direkt kontaktiert, und/oder dass der zweite Piezoaktor (4) das Stellelement (2) direkt kontaktiert.Adjusting device according to one of the preceding claims, characterized in that the first piezoelectric actuator ( 3 ) the actuator ( 2 ) directly contacted, and / or that the second piezoelectric actuator ( 4 ) the actuator ( 2 ) contacted directly. Stelleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Piezoaktor (4) eine Durchgangsöffnung (12) zum Durchführen des Stellelements (2) aufweist.Adjusting device according to one of the preceding claims, characterized in that the second piezoelectric actuator ( 4 ) a passage opening ( 12 ) for performing the actuating element ( 2 ) having. Stelleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellelement (2) eine Nadel ist, welche an einem Ende einen flachen Fußbereich (7) aufweist, der zwischen dem ersten und zweiten Piezoaktor (3, 4) angeordnet ist.Adjusting device according to one of the preceding claims, characterized in that the actuating element ( 2 ) is a needle having at one end a flat foot area ( 7 ), which between the first and second piezoelectric actuator ( 3 . 4 ) is arranged. Stelleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend ein Federelement (8) zur Unterstützung einer Rückstellung wenigstens eines der Piezoaktoren (3, 4).Adjusting device according to one of the preceding claims, further comprising a spring element ( 8th ) in support of a provision of at least one of the piezo actuators ( 3 . 4 ). Verfahren zum Stellen einer Stelleinrichtung mit einem Stellelement (2), einem ersten Piezoaktor (3) und einem zweiten Piezoaktor (4), umfassend die Schritte: – Aktivieren des ersten Piezoaktors (3) in einer ersten Richtung (A), um das Stellelement (2) von einer Ausgangsposition in eine Stellposition zu stellen, wobei der zweite Piezoaktor (4) deaktiviert ist und als Sensor arbeitet und die auf den zweiten Piezoaktor (4) wirkenden Kräfte vom Stellelement (2) aufnimmt und an die Steuereinheit (5) übermittelt, und – Deaktivieren des ersten Piezoaktors (3) und Aktivieren des zweiten Piezoaktors (4) in einer zweiten Richtung (B), um das Stellelement (2) von der Stellposition in die Ausgangsposition zurückzustellen, wobei der erste Piezoaktor (3) als Sensor arbeitet und die auf den zweiten Piezoaktor (4) wirkenden Kräfte aufnimmt und an die Steuereinheit (5) übermittelt, – wobei die Steuereinheit (5) basierend auf den übermittelten Signalen eine exakte Position des Stellelements (2) berechnet.Method for setting an actuating device with an actuating element ( 2 ), a first piezoelectric actuator ( 3 ) and a second piezoelectric actuator ( 4 ), comprising the steps: - activating the first piezoelectric actuator ( 3 ) in a first direction (A) to the actuator ( 2 ) from a starting position to a setting position, wherein the second piezoelectric actuator ( 4 ) is disabled and works as a sensor and that on the second piezoelectric actuator ( 4 ) acting forces from the actuator ( 2 ) and to the control unit ( 5 ), and - deactivating the first piezoelectric actuator ( 3 ) and activating the second piezo actuator ( 4 ) in a second direction (B) to the actuator ( 2 ) from the setting position to the starting position, wherein the first piezoelectric actuator ( 3 ) works as a sensor and the second piezoelectric actuator ( 4 ) absorbs acting forces and to the control unit ( 5 ), the control unit ( 5 ) based on the transmitted signals an exact position of the actuating element ( 2 ). Verfahren zum Stellen einer Stelleinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass basierend auf der berechneten Position des Stellelements (2) eine Öffnungsdauer für eine Fluideinspritzung, insbesondere eine Kraftstoffeinspritzung oder Kraftstoffeinblasung, bestimmt wird.Method for setting an adjusting device according to claim 9, characterized in that based on the calculated position of the actuating element ( 2 ) an opening duration for a fluid injection, in particular a fuel injection or fuel injection, is determined.
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