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Stand der
Technik
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Die Erfindung geht aus von einem
Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, bei dem Kraftstoff
von einem Injektor in einen Brennraum eingespritzt wird, wobei der
Injektor einen ansteuerbaren Piezoaktor aufweist, und bei dem ein
Vorsteuer-Sollwert für
die Ansteuerung des Piezoaktors erzeugt wird. Die Erfindung betrifft
ebenfalls ein Computerprogramm, ein Speichermedium, ein Steuer- und/oder
Regelgerät
und eine Brennkraftmaschine insbesondere für ein Kraftfahrzeug.
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Ein derartiges Verfahren ist aus
der
DE 101 48 217.5 bekannt.
Dort ist ein Injektor für
die Einspritzung von Kraftstoff vorgesehen, dessen Ventilnadel mit
einem Piezoaktor verbunden ist. Wenn an dem Piezoaktor eine Spannung
angelegt wird, erfährt
dieser eine Längenänderung,
die er auf die Ventilnadel überträgt. Diese
hebt somit von ihrem Ventilsitz ab, so dass Kraftstoff unter hohem
Druck aus dem Injektor in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt
werden kann.
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Zur Ansteuerung des Piezoaktors ist
vorgesehen, dass ein Sollwert erzeugt wird, der nicht nur abhängig ist
von der erwünschten,
einzuspritzenden Kraftstoffmasse oder – menge, sondern bei dem auch
weitere Einflussgrößen berücksichtigt
werden, die eine Verfälschung
des Sollwerts bewirken könnten.
Derartige Einflussgrößen sind
beispielsweise die Temperatur des Injektors oder dessen Alterung
oder Exemplarstreuungen oder dergleichen.
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Aus der
DE 198 54 789.7 ist es bekannt,
die Kapazität
des Piezoaktors bei der Ermittlung des den Piezoaktor beaufschlagenden
Stroms zu berücksichtigen.
Damit soll eine genauere Steuerung des Piezoaktors erreicht werden.
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Die vorliegende Erfindung hat die
Aufgabe, ein Verfahren der eingangs genannten An so weiterzubilden,
dass der Kraftstoff noch präziser
eingespritzt werden kann.
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Vorteile der
Erfindung
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Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren
der eingangs genannten An erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass
aus dem Sollwert eine Soll-Ladungsmenge ermittelt wird, dass eine
dem Piezoaktor zugeführte
Ist-Ladungsmenge ermittelt wird, dass die Soll-Ladungsmenge und die Ist-Ladungsmenge
miteinander verknüpft
werden, und dass das Verknüpfungsergebnis
auf die Ansteuerung des Piezoaktors einwirkt. Bei einem Computerprogramm,
einem Speichermedium, einem Steuer- und/oder Regelgerät und bei
einer Brennkraftmaschine wird die Aufgabe erfindungsgemäß entsprechend
gelöst.
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Die Erfindung stellt eine Ladungsregelung für die Ansteuerung
des Piezoaktors dar. Aufgrund der Ladungsregelung kann der Piezoaktor
und damit die einzuspritzende Kraftstoffmenge von dem erfindungsgemäßen Verfahren
mit sehr hoher Präzision eingestellt
werden. Dies wirkt sich einerseits günstig auf den Kraftstoffverbrauch
der Brennkraftmaschine aus, führt
andererseits aber auch zu einem besseren Emissionsverhalten einer
solchermaßen
betriebenen Brennkraftmaschine.
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Insbesondere hat sich gezeigt, dass
eine Ladungsregelung wesentlich unempfindlicher gegenüber einer
Alterung des Piezoaktors ist. Entsprechendes gilt auch für die sogenannte
Vorgeschichte des Piezoaktors, beispielsweise dessen Fertigung und dabei
auftretende Toleranzen oder dergleichen. Ebenfalls ist die Ladungsregelung
wesentlich unempfindlicher gegenüber
Temperaturveränderungen und ähnlichen
Einflüssen.
Diese Einflussgrößen haben
somit bei der Kraftstoffzumessung nur noch einen geringen oder gar
keinen Einfluss mehr. Dies ist jedoch gleichbedeutend damit, dass
die Kraftstoffzumessung mit Hilfe eines Piezoaktors insbesondere über einen
längeren
Zeitraum wesentlich genauer als bisher ausgeführt werden kann.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung
der Erfindung wird aus der Soll-Ladungsmenge ein Strom zur Ansteuerung
des Piezoaktors ermittelt, und es wirkt das Verknüpfungsergebnis
auf den Strom ein. Mit diesem Strom wird letztlich der Piezoaktor
angesteuert. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Soll-Ladungsmenge
auf eine vorgegebene Einschaltzeitdauer bezogen wird.
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Dies bringt den besonderen Vorteil
mit sich, dass die Einschaltzeitdauer unabhängig von der Ladungsregelung
vorgegeben werden kann. Die Einschaltzeitdauer kann somit derart
vorgegeben werden, wie dies aufgrund der vorgesehenen Einspritzung
erforderliche ist. Beispielsweise können damit auch die Zeitbedingungen
für Mehrfacheinspritzungen
innerhalb ein- und desselben Arbeitsspiels erfüllt werden. Die Beeinflussung
des Piezoaktors erfolgt erfindungsgemäß über eine Veränderung
des den Piezoaktor ansteuernden Stroms. Damit ist es möglich, die
zu dem Piezoaktor transportierte Ladung und damit den Hub des Piezoaktors
zu beeinflussen, und zwar – wie
gesagt – bei
gleichzeitig unabhängig
davon vorgebbarer Einschaltzeitdauer des Stroms.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung
der Erfindung wird die Ermittlung der Ist-Ladungsmenge nach Ablauf der Einschaltzeitdauer
durchgeführt.
Damit ist auf einfache Weise eine genaue Ladungsmessung möglich.
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Besonders vorteilhaft ist es, die
genannte Ladungsregelung zum Öffnen
des Injektors zu verwenden.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung
der Erfindung ist eine Spannungsregelung für den Piezoaktor vorzugsweise
zum Schließen
des Injektors vorgesehen. Damit kann einerseits eine Energierückgewinnung
erreicht werden. Andererseits wird durch eine vorgebbare Ausschaltzeitdauer
gewährleistet, dass
der Piezoaktor nach Ablauf dieser Ausschaltzeitdauer im wesentlichen
entladen ist. Die Ausschaltzeitdauer ist dabei wiederum unabhängig von der
Spannungsregelung und kann damit an die Zeitbedingungen der Einspritzung
bzw. von Mehrfacheinspritzungen angepasst werden.
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Zur vollständigen Entladung des Piezoaktors ist
es zweckmäßigerweise
möglich,
dies über
einen insbesondere zuschaltbaren Widerstand schnellstmöglich zu
entladen durchzuführen.
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Die Erfindung betrifft auch ein Computerprogramm,
welches zur Durchführung
des obigen Verfahrens geeignet ist, wenn es auf einem Computer ausgeführt wird.
Dabei wird besonders bevorzugt, wenn das Computerprogramm auf einem
Speichermedium, insbesondere auf einem Flash-Memory, abgespeichert
ist.
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Gegenstand der Erfindung ist auch
ein Steuer- und/oder Regelgerät
zum Betreiben einer Brennkraftmaschine. Um die Brennkraftmaschine
leistungs- und emissionsoptimal betreiben zu können, wird vorgeschlagen, dass
das Steuer- und/oder Regelgerät
einen Speicher umfasst, auf dem ein Computerprogramm der obigen
An abgespeichert ist.
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Weiterhin betrifft die Erfindung
eine Brennkraftmaschine mit einem Brennraum und mit einer Kraftstoff-Einspritzvorrichtung,
welche einen Piezoaktor umfasst und über welche der Kraftstoff in
den Brennraum gelangt. Damit die Brennkraftmaschine leistungs- und
emissionsoptimal betrieben werden kann, wird vorgeschlagen, dass
sie ein Steuer- und/oder
Regelgerät
der obigen Art umfasst.
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Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten
und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
von Ausführungsbeispielen
der Erfindung, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind.
Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder
in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von
ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung
sowie unabhängig
von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw.
in der Zeichnung.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung
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1 zeigt
eine schematische Prinzipdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine,
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2 zeigt
eine teilweise geschnittene Darstellung eines Ausführungsbeispiels
einer Kraftstoff-Einspritzvorrichtung für die Brennkraftmaschine der 1,
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3 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
nach dem die Brennkraftmaschine der 1 bzw.
die Kraftstoff-Einspritzvorrichtung der 2 betrieben wird,
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4 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
nach dem die Brennkraftmaschine der 1 bzw.
die Kraftstoff-Einspritzvorrichtung der 2 betrieben wird, und
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5 zeigt
ein schematisches Zeitdiagramm der der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung
der 2 nach den Verfahren
der 3 und 4 zugeführten Ladung.
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In 1 ist
eine Brennkraftmaschine 10 dargestellt, die in ein Kraftfahrzeug
eingebaut ist. Die Brennkraftmaschine 10 umfasst mehrere
Zylinder, von denen in 1 nur
ein Zylinder 12 dargestellt ist. In ihm ist ein Kolben 14 aufgenommen,
welcher eine Kurbelwelle 16 antreibt. Die Drehzahl der
Kurbelwelle 16 wird von einem Drehzahlsensor 18 abgegriffen.
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Einem Brennraum 20 des Zylinders 12 wird Verbrennungsluft über ein
Ansaugrohr 22 und ein in 1 nicht
dargestelltes Einlassventil zugeführt. Die Verbrennungsabgase
werden aus dem Brennraum 20 über ein Abgasrohr 24 abgeführt, welches über ein
in 1 ebenfalls nicht
dargestelltes Auslassventil mit dem Brennraum 20 verbunden
ist. Kraftstoff wird dem Brennraum 20 über eine als Injektor 26 ausgebildete
Kraftstoff-Einspritzvorrichtung
direkt eingespritzt. Der Injektor 26 ist mit einem Kraftstoffsystem 28 verbunden,
welches in 1 nur symbolisch
dargestellt ist. Es umfasst einen Kraftstoffbehälter, eine Vorförderpumpe,
eine Hauptförderpumpe,
und eine Kraftstoff-Sammelleitung
("Rail"), in der der Kraftstoff unter
hohem Druck gespeichert ist. Der Injektor 26 ist an die
Kraftstoff-Sammelleitung angeschlossen und in den Zylinder 12 der
Brennkraftmaschine 10 eingebaut..
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Der sich im Brennraum 20 befindende
Kraftstoff wird von einer Zündkerze 30 entzündet. Diese erhält die für eine Zündung notwendige
Energie von einem Zündsystem 32.
Das Zündsystem 32 wird
wiederum von einem Steuer- und/oder Regelgerät 34 angesteuert.
Dieses ist ausgangsseitig über
eine Endstufe 35 auch mit dem Injektor 26 verbunden
und steuert diesen an. Die Endstufe 35 kann in das Steuer- und/oder Regelgerät 34 integriert
sein. Eingangsseitig erhält
das Steuer- und/oder Regelgerät 34 Signale
von einem Temperatursensor 36, welcher die Temperatur des
Injektors 26 erfasst. Alternativ ist es möglich, dass
die Temperatur des Injektors 26 insbesondere mit Hilfe
einer Modellbildung aus anderen Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine 10,
z.B. aus der Motortemperatur, ermittelt wird, so dass der Temperatursensor 36 insoweit
entfallen kann. Ferner ist auch der Drehzahlsensor 18 mit
dem Steuer- und/oder Regelgerät 34 verbunden.
Ein Stellungsgeber 38, welcher die Stellung eines Gaspedals 40 abgreift,
liefert ebenfalls Signale an das Steuer- und/oder Regelgerät 34.
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Das Steuer- und/oder Regelgerät 34 kann als
analoge elektronische Schaltung aufgebaut sein. Vorzugsweise weist
das Steuer- und/oder Regelgerät 34 einen
Rechner, beispielsweise einen Mikroprozessor mit einem Flash-Memory
auf. Weiterhin ist das Steuer- und/oder Regelgerät 34 mit den beschriebenen
Sensoren und Aktoren verbunden, so dass es deren Signale verarbeiten
bzw. Signale zu deren Ansteuerung erzeugen kann. Auf dem Flash-Memory
ist ein Computerprogramm mit einer Mehrzahl von Programmbefehlen
abgespeichert. Das Computerprogramm ist dabei dazu geeignet, die nachfolgend
beschriebenen Verfahren auszuführen, wenn
es auf dem Mikroprozessor abläuft.
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In der 2 ist
der Injektor 26 detaillierter dargestellt. Er umfasst einen
Ventilkörper 42,
in dem eine von einem Ringraum 48 umgebene Ventilnadel 46 verschieblich
untergebracht ist. Die Ventilnadel 46 öffnet "nach außen", also in den Brennraum hinein. An ihrem
freien Ende ist die Ventilnadel 46 kegelförmig ausgebildet
und sitzt auf einem entsprechenden Ventilsitz auf. Im geöffneten
Zustand der Ventilnadel 46 ist das Kraftstoffsystem 28 über den
Ringraum 48 mit dem Brennraum verbunden. Damit ergibt sich
in diesem geöffneten
Zustand ein in den Brennraum gerichteter Kegelstrahl aus Kraftstoff.
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Das von der kegelförmigen Ausbildung
abgewandte Ende der Ventilnadel 46 ist fest mit einem Piezoaktor 50 gekoppelt.
Gegebenenfalls ist auch eine hydraulische Kopplung möglich. Bei
dem Piezoaktor 50 handelt es sich um eine schichtartig
aufgebaute Säule
aus einer Vielzahl von einzelnen Piezoelementen. Das von der Ventilnadel 46 abgewandte Ende
des Piezoaktors 50 ist mit einem Gehäuse 52 des Injektors
verklemmt. Der Piezoaktor 50 ist über Steuerleitungen 54 mit
der Endstufe 35 verbunden. Über diese wird dem Piezoaktor 50,
in noch darzustellender Art und Weise, die für eine Bewegung des Piezoaktors 50 erforderliche
Ansteuerenergie zugeführt.
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Die Brennkraftmaschine 10 arbeitet
mit Benzindirekteinspritzung, sie kann also sowohl im Schichtbetrieb
als auch im Homogenbetrieb betrieben werden. Im Schichtbetrieb liegt
nur im Bereich der Zündkerze 30 ein
zündfähiges Kraftstoffgemisch vor,
wohingegen der restliche Teil des Brennraums 20 von Kraftstoff
zumindest zunächst weitgehend
frei ist. Dies wird dadurch erreicht, dass der Injektor 26 Kraftstoff
während
eines Kompressionshubs des Kolbens 14 einspritzt. Möglich ist
aber auch, dass der Kraftstoff vom Injektor 26 während eines
Saughubs des Kolbens 14 eingespritzt wird, was dazu führt, dass
der Kraftstoff weitgehend homogen im Brennraum 20 der Brennkraftmaschine 10 verteilt
vorliegt. Auch beliebige Kombinationen sind möglich.
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Um eine Einspritzung zu realisieren,
wird der Injektor 26 über
die Endstufe 35 vom Steuer- und/oder Regelgerät 34 mit einer elektrischen
Ansteuerenergie beaufschlagt. Zu diesem Zweck wird dem Piezoaktor 50 ein
elektrischer Strom zugeführt. Dieser
führt dazu,
dass sich der Piezoaktor 50 in Längsrichtung verlängert. Hierdurch
wird die Ventilnadel 46 von ihrem Ventilsitz am Ventilkörper 42 abgehoben,
so dass die Ventilnadel 46 in ihren geöffneten Zustand übergeht.
Ein bestimmter Stromfluss während
einer bestimmten Zeitdauer, was gleichbedeutend mit einer bestimmten
Ladung ist, führt
zu einem bestimmten Hub der Ventilnadel 46. Diesen Hub behält die Ventilnadel 46 bei,
auch nachdem die bestimmte Zeitdauer beendet ist und deshalb kein Stromfluss
mehr vorhanden ist.
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Soll die Einspritzung beendet werden,
so wird der Piezoaktor 50 entladen. Zu diesem Zweck wird
ein entsprechender Entladestrom zugeführt, so dass der Piezoaktor 50 wieder
seine Ausgangslänge einnimmt
und die Ventilnadel 46 an ihrem Ventilsitz in Anlage kommt.
Diese Schließbewegung
kann durch eine Feder 44 unterstützt werden.
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Die Längenänderung des Piezoaktors 50, welche
dieser erfährt,
wenn man ihm einen Strom zuführt,
hängt jedoch
nicht nur von der Höhe
des Stroms ab, sondern auch von verschiedenen anderen Größen. Diese
Größen beeinflussen
das Betriebsverhalten des Piezoaktors 50 und werden daher
als "Einflussgrößen" bezeichnet. Eine
solche Einflussgröße ist bspw.
die Temperatur T des Piezoaktors 50. Diese wird vom Temperatursensor 36 erfasst und
dem Steuer- und/oder Regelgerät 34 übermittelt. Alternativ
kann die Temperatur auch aus einem Modell ermittelt werden.
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Eine weitere Einflussgröße ist das
Alter des Piezoaktors 50. Hierunter wird nicht nur das
Lebensalter verstanden, welches bspw. in Tagen, Monaten und/oder
Jahren gemessen werden kann, sondern auch die Anzahl der Hübe, welche
der Piezoaktor 50 im Laufe seines Lebens bereits ausgeführt hat.
Weiterhin stellt die Fertigungstoleranz, mit welcher der Piezoaktor 50 hergestellt
wurde, eine Einflussgröße dar.
Auf Grund unterschiedlicher Bedingungen bei der Herstellung des
Piezoaktors 50 kann es vorkommen, dass bei gleicher Ansteuerenergie
und an sich identischen Piezoaktoren diese doch unterschiedliche
Hübe ausführen.
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In der 3 ist
ein Verfahren zur zylinderindividuellen Regelung der Ansteuerung
des Piezoaktors 50 dargestellt. Es handelt sich dabei um
denjenigen Teil der Ansteuerung, durch den der Injektor 26 geöffnet wird.
Bei diesem Verfahren wird von einem Sollhub Hsoll ausgegangen, der
den erwünschten Hub
der Ventilnadel 46 des Injektors 26 darstellt,
den diese innerhalb einer Einschaltzeitdauer ton ausführen soll.
Der Sollhub Hsoll kann auf unterschiedliche, hier nicht näher erläuterte Arten
ermittelt und gegebenenfalls korrigiert werden.
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In einem Block 60 der 3 wird der Sollhub Hsoll
in eine Soll-Ladungsmenge QCsoll umgerechnet. Diese Umrechnung kann
beispielsweise anhand von vorherigen Messungen mit Hilfe einer Kennlinie oder
eines Kennfelds erfolgen, wobei zusätzlich die Temperatur T des
Injektors 26 berücksichtigt
werden kann. Bei der Soll-Ladungsmenge
QCsoll handelt es sich um diejenige Ladung, die dem Injektor 16 zugeführt werden
muss, damit die Ventilnadel 46 des Injektors 26 den
erwünschten
Sollhub Hsoll ausführt.
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Ein Teil desjenigen Stroms, mit dem
der Piezoaktor 50 des Injektors 26 beaufschlagt
wird, wird (in nicht-dargestellter Weise) einem Kondensator beispielsweise
in Form einer Parallelschaltung zugeführt. Während der Einschaltzeitdauer
ton des Stroms, also während
der Piezoaktor 50 angesteuert wird, wird somit auch dieser
Kondensator aufgeladen. Nach jeder Einschaltzeitdauer stellt die
Spannung an dem Kondensator einen Wert für die dem Piezoaktor 50 zugeführte Ladungsmenge
dar. Dieser Wert ist in der 3 als
Ist-Ladungsmenge QCist angegeben. Diese Ladungsmessung wird aufeinanderfolgend
für jede
Einschaltzeitdauer des Piezoaktors 50 durchgeführt, so
dass für
jede Zuführung
einer Ladungsmenge zu dem Piezoaktor 50 eine zugehörige Ist-Ladungsmenge QCist
vorhanden ist.
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Daraufhin werden die Soll-Ladungsmenge QCsoll
und die Ist-Ladungsmenge QCist in einem Block 61 miteinander
verglichen. Die Differenz der beiden Landungsmengen wird einem PI-Regler 62 zugeführt, dessen
Ausgangssignal Son das Stellsignal eines auf diese Weise aufgebauten
Ladungsregelkreises bildet.
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Weiterhin wird aus der Soll-Ladungsmenge QCsoll
ein Strom idon ermittelt. Dies erfolgt dadurch, dass die Soll-Ladungsmenge
QCsoll in einem Block 63 auf die Einschaltzeitdauer ton
bezogen bzw. durch diese dividiert wird. Dies bedeutet mit anderen
Worten, dass derjenige Strom idon ermittelt wird, der während der
Einschaltzeitdauer ton fließen
muss, damit die Soll-Ladungsmenge QCsoll während dieser Einschaltzeitdauer
ton zu dem Piezoaktor 50 des Injektors 26 transportiert
wird.
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Bei der Einschaltzeitdauer ton handelt
es sich dabei um diejenige Zeitdauer, während der der Piezoaktor 50 von
der Endstufe 35 mit dem Strom idon beaufschlagt wird, so
dass die Ventilnadel 46 des Injektors 26 den erwünschten
Sollhub Hsoll ausführt.
Bei dem Strom idon handelt es sich um einen durchschnittlichen Strom,
der insbesondere auch durch ein getaktetes Ein- und Ausschalten
eines tatsächlich
erzeugten Stroms während
der Einschaltzeitdauer ton erzeugt werden kann.
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Dem Strom idon wird nunmehr in einem Block 64 das
Ausgangssignal des PI-Reglers 62 additiv hinzugefügt. Damit
wird die Abweichung der Soll-Ladungsmenge QCsoll von der Ist-Ladungsmenge
QCist bei dem den Piezoaktor 50 beaufschlagenden Strom
berücksichtigt.
Es entsteht ein Strom idron, der – wie bereits angedeutet – von der
Endstufe 35 gegebenenfalls in einen getakteten Strom umgesetzt
wird, um dann dem Piezoaktor 50 des Injektors 26 zugeführt zu werden. Über die
erläuterte
Ladungsmessung und die daraus resultierende Ermittlung der Ist-Ladungsmenge
QCist wird der Ladungsregelkreis geschlossen.
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In der 4 ist
ein Verfahren zur zylinderindividuellen Regelung der Ansteuerung
des Piezoaktors 50 dargestellt. Es handelt sich dabei um
denjenigen Teil der Ansteuerung, durch den der Injektor 26 wieder
geschlossen wird. Bei diesem Verfahren wird von einer Sollspannung
Usoll ausgegangen, die die erwünschte
Spannung an dem Piezoaktor 50 des Injektors 26 darstellt,
den dieser nach Ablauf einer Ausschaltzeitdauer toff aufweisen soll.
Die Sollspannung Usoll kann auf unterschiedliche, hier nicht näher erläuterte Arten
ermittelt bzw. vorgegeben und gegebenenfalls korrigiert werden.
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Nach Ablauf der vorgenannten Ausschaltzeitdauer
toff wird die an dem Piezoaktor 50 anliegende Spannung
(in nicht-dargestellter Weise) gemessen. Dies stellt eine Istspannung
Uist dar.
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Die Sollspannung Usoll und die Istspannung Uist
werden in einem Block 65 miteinander verglichen. Die Differenz
der beiden Spannungen wird einem PI-Regler 66 zugeführt, dessen
Ausgangssignal Soff das Stellsignal eines auf diese Weise aufgebauten
Spannungsregelkreises bildet.
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Weiterhin wird aus der bereits erwähnten Soll-Ladungsmenge
QCsoll ein Strom idoff ermittelt. Dies erfolgt dadurch, dass die
Soll-Ladungsmenge QCsoll in einem Block 67 auf die Ausschaltzeitdauer toff
bezogen bzw. durch diese dividiert wird. Dies bedeutet mit anderen
Worten, dass derjenige Strom idoff ermittelt wird, der während der
Ausschaltzeitdauer toff fließen
muss, damit die Soll-Ladungsmenge QCsoll während dieser Ausschaltzeitdauer
toff von dem Piezoaktor 50 des Injektors 26 wieder
wegtransportiert wird.
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Bei der Ausschaltzeitdauer toff handelt
es sich dabei um diejenige Zeitdauer, während der der Piezoaktor 50 von
der Endstufe 35 mit dem Strom idoff beaufschlagt wird,
so dass die Ventilnadel 46 des Injektors 26 wieder
geschlossen wird. Bei dem Strom idoff handelt es sich um einen durchschnittlichen
Strom, der insbesondere auch durch ein getaktetes Ein- und Ausschalten
des tatsächlich
erzeugten Stroms über
der Auschaltzeitdauer toff erzeugt wird. Der Strom idoff ist im
Hinblick auf den Strom ton entgegengesetzt gerichtet.
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Dem Strom idoff wird nunmehr in einem Block 68 das
Ausgangssignal des PI-Reglers 66 additiv hinzugefügt. Damit
wird die Abweichung der Sollspannung Usoll von der Istspannung Uist
bei dem den Piezoaktor 50 beaufschlagenden Strom berücksichtigt.
Es entsteht ein Strom idroff der – wie bereits angedeutet – von der
Endstufe 35 gegebenenfalls in einen getakteten Strom umgesetzt
wird, um dann dem Piezoaktor 50 des Injektors 26 zugeführt zu werden. Über die
genannte Spannungsmessung und die daraus resultierende Ermittlung
der Istspannung Uist wird der Spannungsregelkreis geschlossen.
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Die 5 zeigt
den zeitlichen Ablauf einer Einspritzung von Kraftstoff über den
Injektor 26. In der 5 ist
die in dem Piezoaktor 50 vorhandene Ladung Q über der
Zeit t dargestellt.
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Während
der Einschaltzeitdauer ton wird – wie beschrieben – der Piezoaktor 50 mit
dem Strom idron beaufschlagt. Dies stellt eine Zuführung von
Ladung zu dem Piezoaktor 50 dar, was in der 5 dem ansteigenden Teil
der dargestellten Kurve entspricht. Wie bereits erwähnt wurde,
wird nach Ablauf der Einschaltzeitdauer ton die Ist-Ladungsmenge QCist
gemessen. Dies ist in der 5 durch
einen Messpunkt MQC dargestellt.
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Entspricht die Ist-Ladungsmenge QCist
in diesem Messpunkt MQC nicht der erwünschten Soll-Ladungsmenge QCsoll,
so wird, wie dies im Zusammenhang mit der 3 erläutert
wurde, der Strom idron zu dem Piezoaktor 50 durch den PI-Regler 62 entsprechend
beeinflusst. Ist die Ist-Ladungsmenge QCist beispielsweise kleiner
als die Soll-Ladungsmenge QCsoll, so wird der Strom idron erhöht.
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Dieser erhöhte Strom idron wird erst bei
der nächsten
Einspritzung wirksam. Dort führt
der erhöhte
Strom idron zu einer erhöhten
Zuführung
von Ladung zu dem Piezoaktor 50. Dies ist in der 5 gestrichelt dargestellt.
Die neue Ist-Ladungsmenge QCist wird wieder gemessen und das beschriebene Verfahren
läuft erneut
ab.
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Auf diese Weise wird zweierlei erreicht:
Erstens wird die dem Piezoaktor 50 zuzuführende Ladung
immer während
der Einschaltzeitdauer ton zugeführt.
Die Einschaltzeitdauer ton ist somit eine feste Größe, die
durch andere Parameter vorgegeben werden kann, die jedoch nicht
durch den beschriebenen Ladungsregelkreis verändert wird. Zweitens wird bei
dem Ladungsregelkreis der 3 die
dem Piezoaktor 50 zuzuführende
Ladung über
den die Ladung transportierenden Strom idron geregelt. Dieser Strom idron
wird dabei über
die Endstufe 35 gegebenenfalls getaktet dem Piezoaktor 50 zugeführt.
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Während
der Ausschaltzeitdauer toff wird – wie beschrieben – der Piezoaktor 50 mit
dem Strom idroff beaufschlagt. Der Strom idroff während der Ausschaltzeitdauer
toff ist dabei entgegengesetzt gerichtet zu dem Strom idron während der
Einschaltzeitdauer ton. Dies stellt somit eine Abführung von Ladung
von dem Piezoaktor 50 dar, was in der 5 dem abfallenden Teil der dargestellten
Kurve entspricht. Wie bereits erwähnt wurde, wird nach Ablauf der
Ausschaltzeitdauer toff die Istspannung Uist gemessen. Dies ist
in der 5 durch einen
Messpunkt MU dargestellt.
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Entspricht die Istspannung Uist in
diesem Messpunkt MU nicht der erwünschten Sollspannung Usoll,
so wird, wie dies im Zusammenhang mit der 4 erläutert
wurde, der Strom idroff zu dem Piezoaktor 50 durch den
PI-Regler 66 entsprechend beeinflusst. Ist die Istspannung
Uist beispielsweise größer als
die Sollspannung Usoll, so wird der Strom idroff betragsmäßig erhöht.
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Dieser erhöhte Strom idroff wird erst
bei der nächsten
Einspritzung wirksam. Dort führt
der erhöhte
Strom idroff zu einer erhöhten
Wegnahme von Ladung von dem Piezoaktor 50. Dies ist in
der 5 gestrichelt dargestellt.
Die neue Istspannung Uist wird wieder gemessen und das beschriebene
Verfahren läuft
erneut ab.
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Die Sollspannung Usoll kann beispielsweise 15
Volt betragen. Mit der Spannungsregelung der 4 wird somit erreicht, dass die Istspannung
Uist nach Ablauf der Ausschaltzeitdauer toff möglichst genau z.B. 15 Volt
beträgt.
Danach besteht die Möglichkeit,
zur vollständigen
Entladung des Piezoaktors 50 diesen über einen Widerstand kurzzuschließen. Dies hat
zur Folge, dass die noch vorhandene Ladung quasi schlagartig von
dem Piezoaktor 50 abfließt. Dies ist in der 5 mit dem Bezugszeichen 70 gekennzeichnet.
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Auf diese Weise wird zweierlei erreicht:
Erstens wird die von dem Piezoaktor 50 abzuführende Ladung
immer während
der Ausschaltzeitdauer toff abgeführt. Die Ausschaltzeitdauer
toff ist somit eine feste Größe, die
durch andere Parameter vorgegeben werden kann, die jedoch nicht
durch den beschriebenen Spannungsregelkreis verändert wird. Zweitens wird bei
dem Spannungsregelkreis der 4 die
von dem Piezoaktor 50 abzuführende Ladung über den
die Ladung transportierenden Strom idroff geregelt. Dieser Strom
idroff wird dabei über
die Endstufe 35 entgegengesetzt gerichtet und gegebenenfalls
getaktet dem Piezoaktor 50 zugeführt. Die nach der Ausschaltzeitdauer
toff noch vorhandene Ladung kann z.B. durch einen Widerstand von
dem Piezoaktor 50 abgezogen werden.
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Die dem Piezoaktor 50 über der
Zeit t zugeführte
Ladung Q der 5 entspricht
dem von der Ventilnadel 46 ausgeführten Hub. In dem ansteigenden
Teil der in der 5 gezeigten
Kurve wird die Ventilnadel 46 von ihrem Ventilsitz abgehoben,
so dass der Injektor geöffnet
wird, während
in dem abfallenden Teil die Ventilnadel 46 sich wieder
in ihren geschlossenen Zustand zurückbewegt. Damit ist es möglich, über die beschriebene
Beeinflussung des ansteigenden und abfallenden Teils der in der 5 dargestellten Kurve letztlich
den Hub der Ventilnadel 46 zu beeinflussen. Dieser Hub
und die zwischen der Ein- und Ausschaltzeitdauer befindliche Ansteuer-Zeitdauer
ti (siehe 5) ist jedoch
gleichbedeutend zu der eingespritzten Kraftstoffmenge bzw. -masse.
Damit kann mit Hilfe der beschriebenen Verfahren die eingespritzte
Kraftstoffmenge bzw. -masse geregelt werden.