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Stand der Technik
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines piezoelektrischen
Aktors, insbesondere eines Kraftstoffeinspritzventils einer Brennkraftmaschine eines
Kraftfahrzeugs, bei dem in Abhängigkeit
einer elektrischen Kapazität
des Aktors und mindestens eines Sollwertes für den Betrieb des Aktors, insbesondere
einer Sollspannung und/oder einer Soll-Ladezeit, mindestens eine Ansteuergröße zur Beaufschlagung
des Aktors ermittelt wird.
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Die
Erfindung betrifft ferner ein Steuergerät und ein Computerprogramm
für ein
Steuergerät.
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Betriebsverfahren
der eingangs genannten Art weisen den Nachteil auf, dass eine unzureichende
Anpassung an sich ändernde
Umgebungsbedingungen während
des Betriebs des piezoelektrischen Aktors und an beispielsweise
fertigungsbedingte Exemplarstreuungen gegeben ist, weil für die elektrische
Kapazität
des Aktors üblicherweise
ein Standardwert fest vorgegeben wird, der insbesondere bei sich ändernden
Umgebungsbedingungen zu einer nicht mehr vernachlässigbaren
Abweichung von den tatsächlichen
Eigenschaften des Aktors führt.
Ein Regelungsmechanismus zur Einregelung des Sollwerts für den Betrieb
des Aktors kann aufgrund dieser unzureichenden Anpassung der herkömmlichen
Verfahren an sich ändernde
Umgebungsbedingungen beziehungsweise Exemplarstreuungen daher nur verhältnismäßig langsam
die gewünschten
Sollwerte einstellen. Mitunter treten bei den herkömmlichen Verfahren
zeitweise derart große
Abweichungen zwischen Soll- und Istwerten auf, dass Überwachungsfunktionen
aktiviert werden, die eine Flexibilität bei dem Betrieb des Aktors
einschränken
oder den Aktor sogar deaktivieren.
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Offenbarung der Erfindung
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Dementsprechend
ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Betriebsverfahren,
ein Steuergerät
und ein Computerprogramm der eingangs genannten Art dahingehend
zu verbessern, dass auch unter sich ändernden Umgebungsbedingungen
und bei dem Auftreten von Exemplarstreuungen ein zuverlässiges und
schnelles Einregeln der gewünschten
Sollwerte möglich
ist.
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Diese
Aufgabe wird bei dem Betriebsverfahren der eingangs genannten Art
erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass bei der Ermittlung der mindestens einen Ansteuergröße eine
Temperaturabhängigkeit
der Kapazität
des Aktors und/oder sich auf die Aktorkapazität auswirkende Exemplarstreuungen
berücksichtigt
werden.
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Im
Gegensatz zu herkömmlichen
Betriebsverfahren, die für
die Kapazität
des Aktors einen festen Wert annehmen, der einer definierten Betriebstemperatur
entspricht, ermöglicht
das erfindungsgemäße Verfahren
somit vorteilhaft, auch Änderungen der
Betriebstemperatur des Aktors oder den Einfluss von Exemplarstreuungen
auf die tatsächliche
Kapazität
des Aktors während
seines Betriebs zu berücksichtigen.
Dadurch wird insbesondere die Regelgüte von zur Ansteuerung des
Aktors verwendeten Regelkreisen verbessert und somit ein schnelleres
Einregeln als bei den herkömmlichen
Verfahren auch unter solchen Betriebsbedingungen erreicht, die von
der definierten Betriebstemperatur abweichen.
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Durch
die erfindungsgemäß ermöglichte
präzisere
Ansteuerung des Aktors können
z. B. insbesondere Mengenfehler bei Kraftstoffeinspritzungen vermieden
werden. Auch ein unerwünschtes
Auslösen
von Überwachungs-
bzw. Diagnosefunktionen ist durch den Einsatz des erfindungsgemäßen Prinzips vermeidbar.
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Eine
besonders effiziente Ermittlung der Ansteuergröße ist bei einer vorteilhaften
Variante des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens
dadurch gegeben, dass die Ansteuergröße mittels eines die elektrische
Kapazität
des Aktors bei einer Referenztemperatur repräsentierenden Funktionsblocks
in Abhängigkeit
des mindestens einen Sollwerts ermittelt wird. In diesem Fall kann
der die Kapazität
des Aktors bei der Referenztemperatur repräsentierende Funktionsblock
für alle
Steuergerätevarianten
und alle einzusetzenden piezoelektrischen Aktoren verwendet werden.
Sofern die momentane Betriebstemperatur des piezoelektrischen Aktors
der zugrunde gelegten Referenztemperatur entspricht, ist mit dieser
Erfindungsvariante bereits eine verhältnismäßig präzise Ermittlung der Ansteuergröße und ein schnelles
Einregeln der Ansteuergröße gegeben.
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Bei
Abweichungen von der Referenztemperatur oder auch bei Exemplarstreuungen
des piezoelektrischen Aktors kann erfindungsgemäß ferner vorteilhaft vorgesehen
sein, dass die Ansteuergröße mit einer
Korrekturgröße modifiziert
wird, insbesondere addiert und/oder multipliziert wird, wobei die
Korrekturgröße die Temperaturabhängigkeit
der Kapazität des
Aktors und/oder die Exemplarstreuungen berücksichtigt. Bei dieser Erfindungsvariante
ist sehr vorteilhaft ebenfalls die vorstehend beschriebene Struktur
verwendbar, bei der ein Funktionsblock verwendet wird, der die elektrische
Kapazität
des Aktors bei einer Referenztemperatur repräsentiert. Die tatsächliche
Anpassung an sich ändernde
Umgebungsbedingungen wie beispielsweise eine andere Aktortemperatur
oder auch Exemplarstreuungen erfolgt auf einfache Weise durch die
Anwendung der erfindungsgemäßen Korrekturgröße auf die
Ansteuergröße, die
mittels des Funktionsblocks erhalten worden ist.
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Ganz
besonders vorteilhaft können
einer weiteren Erfindungsvariante zufolge sich auf die Aktorkapazität auswirkende
Exemplarstreuungen, vorzugsweise periodisch, ermittelt werden, und
entsprechende Informationen über
die Exemplarstreuungen werden nicht flüchtig gespeichert, um für zukünftige Ansteuer-
beziehungsweise Regelungsvorgänge
zur Verfügung
zu stehen.
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Die
Exemplarstreuungen der piezoelektrischen Aktoren hinsichtlich ihrer
Aktorkapazität
können
beispielsweise bereits während
einer Fertigung eines entsprechenden Kraftstoffeinspritzventils
ermittelt werden und in Form eines Abgleichwerts in einem nicht
flüchtigen
Speicher wie beispielsweise einem EEPROM für den späteren Gebrauch abgelegt werden.
Der Abgleichwert kann analog zu der die Temperaturabhängigkeit
der Kapazität
des Aktors repräsentierenden
Korrekturgröße mit der
erfindungsgemäß ermittelten
Ansteuergröße verrechnet
werden, beispielsweise durch Multiplikation oder Addition. Ebenso
ist es denkbar, eine einzige Korrekturgröße zu ermitteln, die einerseits
die Temperaturabhängigkeit
der Kapazität
des piezoelektrischen Aktors und dessen Exemplarstreuungen berücksichtigt
sowie ggf. weitere Einflüsse.
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Bei
einer weiteren ganz besonders vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens
ist vorgesehen, dass die Sollspannung mit einer Istspannung verglichen
wird, um eine Regeldifferenz zu ermitteln, und dass die Regeldifferenz
bei der Ermittlung der Ansteuergröße berücksichtigt wird. Hierbei ist
erfindungsgemäß ferner vorgesehen,
dass die Regeldifferenz einem mindestens einen Integralanteil aufweisenden
Regelglied zugeführt
wird, beispielsweise einem PI(proportional/integral)-Regler, und
dass der Integralanteil des Regelglieds initialisiert wird mit einem
zuvor gespeicherten Integralanteilwert, vorzugsweise einem solchen
Integralanteilwert, der in einem vorangehenden Betriebszyklus ermittelt
worden ist.
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Im
Gegensatz zu herkömmlichen
Betriebsverfahren, welche den Integralanteil stets mit dem Wert
Null initialisieren, und die lange Einregelungszyklen erfordern,
ist bei dieser Erfindungsvariante der Vorteil gegeben, dass basierend
auf einem zuvor ermittelten Integralanteilwert, der mit der besonderen Temperaturabhängigkeit
beziehungsweise Exemplarstreuung des tatsächlich verwendeten piezoelektrischen
Aktors korrespondiert, eine solche Initialisierung des Reglers möglich ist,
die zu einem verhältnismäßig schnellen
Einregelvorgang führt.
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Weil
der Integralanteilwert u. a. mit der aktuellen Temperatur des Aktors
korrespondiert, ist es zweckmäßig, ihn
vor der Speicherung für
eine zukünftige
Initialisierung des Reglers auf eine Bezugstemperatur zu normieren,
so dass der gespeicherte Integralanteilwert später bei einer anderen Aktortemperatur
in einfacher Weise von der Bezugstemperatur auf die dann vorliegende
Aktortemperatur umgerechnet werden kann.
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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.
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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.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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In der Zeichnung zeigt:
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1 eine
schematische Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines Kraftstoffeinspritzventils
zur Ausführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens,
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2 ein
Funktionsdiagramm einer Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens,
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3 ein
Funktionsdiagramm einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens,
und
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4a und 4b Funktionsdiagramme
einer dritten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens.
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Ausführungsformen der Erfindung
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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2 zeigt
ein Funktionsdiagramm zur Realisierung einer ersten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens.
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Aus
den Eingangsgrößen Usoll,
Uist, Ichsoll werden hierbei die Ausgangsgrößen Ichmax, Tppch ermittelt.
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Bei
der Eingangsgröße Usoll
handelt es sich um eine Sollspannung, auf die der piezoelektrische Aktor 12 (1)
bei einem zukünftigen
Ansteuervorgang aufgeladen werden soll. Die Eingangsgröße Uist
repräsentiert
eine beispielsweise messtechnisch erfasste tatsächliche Spannung, die an dem
piezoelektrischen Aktor 12 anliegt. Die Eingangsgröße Tchsoll
gibt einen Sollwert für
die Ladezeit an, in der der Aktor 12 aufgeladen werden
soll.
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Wie
aus 2 ersichtlich ist, wird durch den Addierer a1
aus der Sollspannung Usoll und der Istspannung Uist eine Regeldifferenz
e1 gebildet, die dem nachfolgenden Regelglied PI1 zugeführt wird. Bei
dem Regelglied PI1 handelt es sich beispielsweise um einen Regler
mit proportional-integral-Charakteristik. Das Regelglied PI1 transformiert
die ihm eingangsseitig zugeführte
Regeldifferenz e1 in einen entsprechenden Spannungswert Ue1, der
in dem Addierer a3 zu einer kraftstoffdruckkorrigierten Sollspannung
Usoll' hinzuaddiert
wird.
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Die
korrigierte Sollspannung Usoll wird ausgangsseitig des Addierers
a2 erhalten, der die Eingangsgröße Usoll
mit einer Korrekturspannung ΔUrail
addiert. Die Korrekturspannung ΔUrail
wird in dem Funktionsblock F1, bei dem es sich beispielsweise um
eine Kennlinie handeln kann, in Abhängigkeit des Kraftstoffdrucks
prail gebildet und ermöglicht dementsprechend
eine Berücksichtigung
des Kraftstoffdrucks bei der Bildung der Ausgangsgrößen.
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Wie
bereits beschrieben addiert der Addierer a3 die korrigierte Sollspannung
Usoll' und die von dem
Regler PI1 gebildete Spannung Ue1, wodurch am Ausgang des Addierers
a3 die Sollspannung Usoll'' erhalten wird. Zusammen
mit dem Vorgabewert Tchsoll für
die Ladezeit wird die Sollspannung Usoll'' dem
Funktionsblock KFC zugeführt.
Der Funktionsblock KFC repräsentiert
die elektrische Kapazität
des piezoelektrischen Aktors 12 (1) bei einer Referenztemperatur.
In Abhängigkeit
der eingangsseitig zugeführten
Sollspannung Usoll'' und der vorgegebenen
Ladezeit Tchsoll ermittelt der Funktionsblock KFC dementsprechend
eine Ansteuergröße Ichmax
für die
Ansteuerung des piezoelektrischen Aktors 12. Bei der Ansteuergröße Ichmax
handelt es sich vorliegend um einen maximalen Ladestrom, mit dem
der piezoelektrische Aktor 12 während des Aufladevorgangs beaufschlagt
wird.
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Erfindungsgemäß wird die
Ansteuergröße Ichmax
anschließend
von dem Multiplizierer m1 mit einer Korrekturgröße K1 multipliziert, die die
Temperaturabhängigkeit
der Kapazität
des Aktors 12 berücksichtigt.
Dabei wird eine korrigierte Ansteuergröße Ichmax' erhalten, die schließlich zur
Ansteuerung des piezoelektrischen Aktors 12 eingesetzt
wird.
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Die
erfindungsgemäße Korrektur
der Ansteuergröße Ichmax
ermöglicht
vorteilhaft die Verwendung des standardisierten Funktionsblocks
KFC, der die Kapazität
des piezoelektrischen Aktors 12 lediglich auf die Referenztemperatur
bezogen angibt. Etwaige temperaturbedingte Kapazitätsänderungen, d.
h. wenn die aktuelle Temperatur des Aktors 12 von der Referenztemperatur
abweicht, können
durch den Funktionsblock KFC nicht berücksichtigt werden. Derartige
temperaturbedingte Kapazitätsänderungen werden
erfindungsgemäß vielmehr
durch die Korrekturgröße K1 berücksichtigt,
die beispielsweise in Abhängigkeit
einer messtechnisch erfassten Temperatur Tist mittels des Funktionsblocks
F2, der vorliegend eine Kennlinie realisiert, erhalten wird.
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Sofern
kein Messwert für
die Isttemperatur Tist des piezoelektrischen Aktors 12 vorliegt,
kann auch eine modellbasierte Ermittlung der Aktortemperatur durchgeführt werden,
und die Korrekturgröße K1 wird
in diesem Fall aus dem modellbasiert erhaltenen Temperaturwert für den piezoelektrischen
Aktor 12 ermittelt.
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Neben
der erfindungsgemäß erhaltenen
Ansteuergröße Ichmax' wird dem piezoelektrischen
Aktor 12 wie aus 2 ersichtlich
als weitere Ansteuergröße auch
eine Pulspausenzeit Tppch für
den Aufladevorgang zugeführt.
Die Pulspausenzeit Tppch wird in Abhängigkeit der Soll-Ladezeit Ichsoll
mittels des Funktionsblocks F3 gebildet. Bei dem Funktionsblock F3
kann es sich wiederum um eine Kennlinie handeln.
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Als
dritte Ansteuergröße wird
schließlich auch
die Soll-Ladezeit Ichsoll zur Ansteuerung des piezoelektrischen
Aktors 12 verwendet.
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Während der
vorstehend beschriebene Bereich B1 des in 2 gezeigten
Funktionsdiagramms die Ansteuergrößen für den piezoelektrischen Aktor 12 während des
Aufladevorgangs bereitstellt, sind die nachstehend näher beschriebenen Funktionsblöcke des
Bereichs B2 zur Steuerung des Entladevorgangs des piezoelektrischen
Aktors 12 vorgesehen.
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In
dem Bereich B2 werden als Eingangsgrößen die Sollspannung Usoll
sowie die Größen Tdischsoll,
Tdischist verwendet. Bei der Eingangsgröße Tdischsoll handelt es sich
um eine Soll-Entladezeit, die beispielsweise von dem Steuergerät 20 (1)
vorgegeben wird. Die Soll-Entladezeit Tdischsoll wird, wie aus 2 ersichtlich,
in dem Addierer a4 mit einer beispielsweise messtechnisch erfassten
Ist-Ladezeit Tdischist verknüpft
zu einer weiteren Regelabweichung e2, die dem Regler PI2 zugeführt wird.
Bei dem Regler PI2 kann es sich ebenfalls bevorzugt um einen Regler
mit proportional-integral-Charakteristik handeln.
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Der
Bereich B2 verfügt
analog zu dem Bereich B1 über
einen die Kapazität
des Aktors 12 bei einer Referenztemperatur repräsentierenden
Funktionsblock KFC2, der vorliegend in Abhängigkeit der Sollspannung Usoll
und der Soll-Entladezeit Tdischsoll einen maximalen Entladestrom
Idischmax ermittelt. Bei dem maximalen Entladestrom Idischmax handelt
es sich um denjenigen Entladestrom, der den piezoelektrischen Aktor 12 in
der vorgebbaren Entladezeit Tdischsoll auf die vorgebbare Sollspannung Usoll
entlädt.
Der ermittelte Entladestrom Idischmax wird durch den mittels des
Reglers PI2 erhaltenen Korrekturwert Ie2 in dem Addierer a5 korrigiert,
und der hierbei erhaltene korrigierte Entladestrom Idischmax' wird anschließend in
Verwirklichung des erfindungsgemäßen Prinzips
um eine weitere Korrekturgröße K2 in
dem Multiplizierer m2 korrigiert, wodurch schließlich der zur Ansteuerung des
piezoelektrischen Aktors 12 vorgesehene maximale Entladestrom
Idischmax'' erhalten wird. Die
Korrekturgröße K2 ermöglicht wiederum
eine Korrektur des Entladestroms Idischmax', der mittels des auf die Referenztemperatur
bezogenen Funktionsblocks KFC2 erhalten worden ist.
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Durch
die Korrektur mit dem Faktor K2 kann daher die Berücksichtigung
einer gegebenenfalls von der Referenztemperatur abweichenden Temperatur Tist
auch bei dem Entladen des Aktors 12 erfolgen. Die Temperatur
Tist wird durch den Funktionsblock F4 in die Korrekturgröße K2 transformiert.
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Analog
zu der Temperaturkompensation der Kapazität des piezoelektrischen Aktors 12 für das Aufladen
in dem Bereich B1 wird demnach auch in dem zweiten Bereich B2 der
Entladestrom Idischmax zunächst
in Abhängigkeit
eines Kapazitätsmodells des
Funktionsblocks KFC2 berechnet, das auf eine festgelegte Referenztemperatur
bezogen ist. Erst anschließend
erfolgt im Wege der Multiplikation in dem Multiplizierer m2 eine
temperaturkompensierende Korrektur des Entladestromwerts Idischmax', die eine aufgrund
von Abweichungen von der Referenztemperatur von einem Standardwert
abweichende elektrische Kapazität
des piezoelektrischen Aktors 12 durch die Korrekturgröße K2 berücksichtigt.
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Neben
dem erfindungsgemäß ermittelten maximalen
Entladestrom Idischmax'' wird analog zu dem
Aufladevorgang auch eine Pulspausenzeit Tppdisch für das Entladen
zur Ansteuerung des piezoelektrischen Aktors 12 vorgegeben.
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Das
Auf- und Entladen des piezoelektrischen Aktors 12 erfolgt
beispielsweise derart über
eine nicht abgebildete Transferinduktivität, dass in Abhängigkeit
der entsprechenden Pulspausenzeit Tppch, Tppdisch ein Lade-beziehungsweise
Entladestrom geschaltet wird.
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3 zeigt
eine weitere Ausführungsform der
Erfindung, bei der wiederum aus den Eingangsgrößen Usoll, Uist, Ichsoll entsprechende
Ansteuergrößen Ichmax'', Tppch zur Ansteuerung des piezoelektrischen
Aktors 12 gebildet werden.
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Im
Unterschied zu der Ausführungsform
gemäß 2 wird
bei der Ausführungsform
gemäß 3 jedoch
keine Temperaturkompensation über die
Funktionsblöcke
F2, F4 und die Korrekturgrößen K1,
K2 durchgeführt.
Vielmehr wird bei der vorliegenden Ausführungsform nunmehr ein in einem
nicht flüchtigen
Speicher M, bei dem es sich beispielsweise um einen EEPROM-Speicher
handeln kann, abgelegter Abgleichwert zur Korrektur des maximalen Ladestroms
Ichmax, wie er durch den Funktionsblock KFC ermittelt wird, verwendet.
Der Abgleichwert aus dem Speicher M bildet hierbei die Korrekturgröße K3, die über den
Multiplizierer m1 multiplikativ mit dem maximalen Ladestrom Ichmax
verknüpft
wird und somit die Ansteuergröße Ichmax'' liefert. Bei dem in dem Speicher M
abgelegten Abgleichwert, der mit der Korrekturgröße K3 korrespondiert, handelt
es sich um einen Faktor für
den maximalen Ladestrom Ichmax, der eine exemplarstreuungsbedingte
Abweichung der tatsächlichen
Kapazität
des verwendeten piezoelektrischen Aktors 12 von der Nennkapazität repräsentiert,
wie sie in dem Funktionsblock KFC allgemein zur Bildung des maximalen
Ladestroms Ichmax aus der Sollspannung Usoll und dem Soll-Ladezeitwert
Ichsoll vorgesehen ist.
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Dementsprechend
kann unter Anwendung des erfindungsgemäßen Prinzips auch bei der Ausführungsform
gemäß 3 für den Funktionsblock KFC
nach wie vor derselbe Zusammenhang zwischen den betreffenden Eingangs-
und Ausgangsgrößen verwendet
werden, der sich wie bereits beschrieben auf eine speziell vorgegebene
Referenztemperatur und einen Nennwert für die Aktorkapazität bezieht.
Eine Anpassung an beispielsweise fertigungsbedingte Exemplarstreuungen
der elektrischen Kapazität
des piezoelektrischen Aktors 12 erfolgt erfindungsgemäß durch
die Berücksichtigung
der Korrekturgröße K3.
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Die
Korrekturgröße K3 beziehungsweise
der in dem Speicher M abgelegte Wert kann beispielsweise nach einer
Fertigung des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils 10 beziehungsweise
des piezoelektrischen Aktors 12 ermittelt und für den späteren Gebrauch
in dem Speicher M abgelegt werden.
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Analog
zu der vorstehend beschriebenen Kompensation von Exemplarstreuungen
bei der Kapazität
des piezoelektrischen Aktors 12 für den Aufladevorgang (Bereich
B1) kann auch in dem Bereich B2, der den Entladevorgang steuert,
die erfindungsgemäße Korrekturgröße K3 vorgesehen
sein, die mittels des Multiplizierers m2 auf die Bildung der Ansteuergröße Idischmax''' wirkt.
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Die
verschiedenen Korrekturwerte K1, K2, K3 sind jeweils auch miteinander
kombinierbar, so dass unter Anwendung des erfindungsgemäßen Prinzips
beispielsweise gleichzeitig eine Temperaturkompensation und eine
Kompensation von anderweitig (z. B. durch Exemplarstreuungen) bedingten
Abweichungen der Aktorkapazität
realisierbar ist bei der Bildung der Ansteuergrößen.
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Die 4a, 4b zeigen
unterschiedliche Betriebszustände
einer weiteren Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens.
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Im
Unterschied zu den vorstehend unter Bezugnahme auf die 2 und 3 beschriebenen Ausführungsformen
der Erfindung ist bei der Ausführungsform
gemäß 4a, 4b kein
separater Funktionsblock F2, F4 beziehungsweise ein gespeicherter
Abgleichwert (vergleiche Speichereinheit M) vorgesehen.
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Ein
Temperaturabweichungen beziehungsweise Exemplarstreuungen hinsichtlich
der Kapazität des
piezoelektrischen Aktors 12 berücksichtigender Faktor wird
vielmehr direkt in Form eines Ausgangswerts KI1, KI2 der jeweiligen
Regler PI1, PI2 bereitgestellt. Die Ausgangswerte KI1, KI2 werden
gemäß 4a wie
seither die Korrekturgrößen K1,
K2, K3 mittels der Multiplizierer m1, m2 mit den jeweiligen zu korrigierenden
Größen Ichmax''',
Idischmax'''' verknüpft.
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Dieser
Erfindungsvariante liegt die Beobachtung zugrunde, dass der Integralanteil
der Regler PI1, PI2 nach dem Abschluss eines Einregelvorgangs im
Wesentlichen den Kapazitätstoleranzen des
piezoelektrischen Aktors 12, die einerseits durch Exemplarstreuung
und andererseits beispielsweise durch den Temperaturgang der Kapazität bedingt sind,
entspricht. Das heißt,
die den Integralanteil des betreffenden Reglers PI1, PI2 repräsentierenden Ausgangswerte
KI1, KI2 wirken im Sinne einer Korrekturgröße über die Multiplizierer m1,
m2 direkt auf die zu beeinflussenden Ansteuergrößen.
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4a zeigt
hierbei eine Situation, wie sie nach einem Abschluss des Einregelvorgangs
der betreffenden Ansteuergröße Ichmax''',
Idischmax'''' gegeben
ist. Dabei werden die Ausgangswerte KI1, KI2 der Regler PI1, PI2
nicht nur den Multiplizieren m1, m2 zur Echtzeit-Korrektur der Ansteuergrößen Ichmax''',
Idischmax'''' zur
Verfügung
gestellt, sondern die Ausgangswerte KI1, KI2 werden gleichzeitig
dem Funktionsblock TG zugeführt,
der einen Temperaturgang der Kapazität des piezoelektrischen Aktors 12 bezogen
auf die definierte Referenztemperatur modelliert.
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Durch
den Funktionsblock TG werden die in Form der Korrekturgrößen KI1,
KI2 vorliegenden Integralanteile der Regler PI1, P12, die auf die
aktuelle Temperatur des Aktors 12 bezogen sind, umgerechnet
auf solche Korrekturfaktoren, die sich auf die vorgebbare Referenztemperatur
beziehen. Die auf diese Weise normierten Werte werden schließlich in
dem nicht flüchtigen
Speicher M abgelegt.
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4b zeigt
das Funktionsdiagramm der 4a in
einer weiteren Betriebssituation, der Inbetriebnahme der erfindungsgemäßen Reglerstruktur, beispielsweise
nach einer vorangehenden Deaktivierung. Erfindungsgemäß werden
die zuvor aus den Integralanteilen ermittelten Korrekturwerte KI1,
KI2 beziehungsweise hiermit korrespondierende, auf die Referenztemperatur
normierte Größen aus
dem nicht flüchtigen
Speicher M in den Funktionsblock TG geladen, wo sie unter Berücksichtigung
der aktuellen Temperatur Tist des piezoelektrischen Aktors 12 in entsprechende
Korrekturwerte umgerechnet werden, um in dieser Form zur Initialisierung
der Integralanteile der Regler PI1, PI2 verwendet zu werden, vgl.
die Pfeile von dem Funktionsblock TG zu den Reglern PI1, PI2.
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Auf
diese Weise ist vorteilhaft eine gezielte Initialisierung der Regler
PI1, PI2 möglich,
die einen besonders schnellen Einregelvorgang unter Berücksichtigung
der tatsächlichen
Temperatur und daher auch der tatsächlichen momentanen Kapazität des piezoelektrischen
Aktors 12 erlaubt. Damit ist es vorteilhaft möglich, bereits
für die
ersten Ansteuerungen des Kraftstoffeinspritzventils 10 (1)
nahezu optimale Ansteuerparameter zu erhalten, um präzise Kraftstoffeinspritzungen
vornehmen zu können,
wodurch Mengenfehler vermieden werden und insbesondere auch ein
unerwünschtes
Auslösen
von Überwachungsfunktionen
ausbleibt.
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Wie
bereits beschrieben, kann alternativ oder ergänzend auch eine modellbasiert
ermittelte Temperatur des piezoelektrischen Aktors 12 verwendet
werden, um die vorstehend beschriebene Betriebsweise des Funktionsblocks
TG zu ermöglichen.
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Unter
Verwendung des erfindungsgemäßen Prinzips
sind demnach hochgenaue Kraftstoffeinspritzungen möglich, welche
auch die Verminderung von Emissionen und Geräuschentwicklung während des
Betriebs einer das Kraftstoffeinspritzventil 10 enthaltenden
Brennkraftmaschine bedingen. Das von herkömmlichen Systemen bekannte
Auslösen
von Überwachungs-
bzw. Diagnosefunktionen insbesondere in solchen Fällen, wenn
sich die kapazitätsbeeinflussenden
Effekte der Umgebungstemperatur und Exemplarstreuung konstruktiv überlagern,
kann durch Anwendung des erfindungsgemäßen Prinzips vorteilhaft vermieden
werden.