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Verfahren
und Vorrichtung zur Kompensation von Prelleffekten in einem piezogesteuerten
Einspritzsystem einer Verbrennungskraftmaschine Die Erfindung betrifft
ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kompensation von Prelleffekten
in einem piezogesteuerten Einspritzsystem einer Verbrennungskraftmaschine
gemäß den Patentansprüchen 1 und 9.
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Pumpe-Düse-Einheiten
(PDE) mit einem von einem Piezoaktuator als Stellantrieb angesteuerten Steuerventil
werden insbesondere in druckgesteuerten Einspritzsystemen in Verbrennungskraftmaschinen
verwendet. Dabei wird das Steuerventil zum Steuern eines Kraftstoffflusses
von einem Kraftstoff-Niederdruckbereich
in einen Druckraum der Pumpe-Düse-Einheit
sowie zum Steuern eines Druckverlaufs innerhalb der Pumpe-Düse-Einheit verwendet.
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Durch
Untersuchungen wurde festgestellt, dass Prelleffekte innerhalb des
Steuerventils negative Auswirkungen auf Systemparameter der piezogesteuerten
Einspritzsysteme haben können.
Davon betroffene Systemparameter können beispielsweise einen hydraulischen
Förderbeginn,
ein Druckaufbauverhalten und Streuungen innerhalb der Pumpe-Düse-Einheit
umfassen. Dies kann sich unter anderem nachteilig auf eine Einspritzmengengenauigkeit
des Kraftstoffs in den Druckraum auswirken. Nachteilige Auswirkungen
des Prellens können
ferner ein instabiles Druckaufbauverhalten sowie undefinierte Übergänge zwischen
Schaltzuständen
des Steuerventils umfassen. Unter Umständen ist es durch das Prellen möglich, dass
unerwünschte
Druckwellen in das Einspritzsystem eingebracht werden.
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Durch
das Prellen des Steuerventils kann eine Instabilität eines
Betriebsverhaltens der Pumpe-Düse-Einheit
nachteilig erhöht
sein, wobei die Instabilität
umso höher
ist, je größer eine
Intensität
des Prellens ausgeprägt
ist. Elementare Anforderungen bei einer Regelung der piezogesteuerten
Einspritzsysteme, wie beispielsweise eine Gleichstellung unter den
einzelnen Zylindern der Verbrennungskraftmaschine und/oder eine
Kompensation von Alterungserscheinungen und Toleranzen an Einspritzelementen
können
ferner durch das Prellen des Steuerventils in nachteiliger Weise
erschwert sein.
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Es
ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren
bereitzustellen, mit dem die geschilderten nachteiligen Effekte
innerhalb der piezogesteuerten Einspritzsysteme reduziert werden. Die
Aufgabe wird gelöst
mit einem Verfahren gemäß Patentanspruch
1 sowie mit einer Vorrichtung gemäß Patentanspruch 9. Bevorzugte
Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
ist zur Kompensation von Prelleffekten in einem piezogesteuerten
Einspritzsystem einer Verbrennungskraftmaschine vorgesehen, wobei
das Einspritzsystem ein von einem Piezoaktuator angesteuertes Steuerventil
umfasst. Das Verfahren weist folgende Verfahrensschritte auf:
- – Erfassen
eines Ist-Prellverhaltens des Steuerventils, und
- – Ermitteln
und Ausregeln einer Abweichung zwischen dem Ist-Prellverhalten und
einem Soll-Prellverhalten des Steuerventils, wobei eine Ansteuerinformation
für das
Steuerventil generiert wird, durch die eine Geschwindigkeitscharakteristik
einer Nadel des Steuerventils beeinflusst wird.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
zeichnet sich dadurch aus, dass ein Ist-Prellverhalten des Steuerventils
erfasst und eine Abweichung zwischen dem Ist-Prellverhalten und
einem Soll-Prellverhalten des
Steuerventils ermittelt und ausgeregelt wird. Zu diesem Zweck wird
eine Geschwindigkeitscharakteris tik einer Nadel des Steuerventils
beeinflusst. Auf diese Art und Weise kann eine Geschwindigkeit einer Bewegung
der Nadel des Steuerventils entsprechend einer Differenz zwischen
dem Ist-Prellverhalten und dem Soll-Prellverhalten minimiert bzw.
weitestgehend eliminiert werden. Eine zeitnahe Erfassung und Kompensation
von Prellbildern des piezogesteuerten Einspritzsystems ist somit
vorteilhaft unterstützt,
wobei Änderungen
der Prellbilder, die durch Lang- und Kurzzeiteffekte verursacht
sind, kompensiert werden können.
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Eine
bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass
die Geschwindigkeitscharakteristik der Nadel durch eine Ausgestaltung
einer Haltephase in einem Lade- und/oder Entladevorgang des Piezoaktuators
festgelegt wird. Durch die Haltephase wird der Ladevorgang des Piezoaktuators
in zwei Phasen unterteilt, die durch die Haltephase unterbrochen
ist. Eine Amplitude der Haltephase stellt dabei einen geregelten Vorhubparameter
dar, mit dessen Hilfe die Geschwindigkeitscharakteristik der Nadel
des Steuerventils in vorteilhafter Weise beeinflussbar ist.
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Eine
weitere bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens
sieht vor, dass beim Ausregeln der Abweichung zwischen dem Ist-Prellverhalten
und dem Soll-Prellverhalten des Steuerventils ein Minimieren von
Flächen
zwischen Maxima im Kapazitätsverlauf
des Piezoaktuators und einer die Maxima verbindenden Bezugslinie
durchgeführt wird.
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Aufgrund
der Tatsache, dass das Prellen des Steuerventils durch den piezoelektrischen
Effekt in elektrischen Signalen des Piezoaktuators abgebildet wird,
kann das Prellen in einem Kapazitätsverlauf des Piezoaktuators
evaluiert werden. Das Prellen des Steuerventils spiegelt sich im
Kapazitätsverlauf
des Piezoaktuators wider, und kann somit durch eine Minimierung
der Flächen
zwischen der die Kapazitätsmaxima
verbindenden Bezugslinie und den Kapazitätsmaxima entsprechend minimiert
werden. Dies geschieht durch eine optimierte Ansteue rung des Piezoaktuators
im Ladevorgang, wodurch ein Geschwindigkeitsverlauf der Nadel des
Piezoaktuators derart ausgebildet ist, dass die Nadel beim Schließen des
Steuerventils mit optimaler Geschwindigkeit am Ventilsitz aufschlägt und dadurch
das Prellen minimiert ist. Das minimierte Prellen ist in minimierten Flächen zwischen
der die Kapazitätsmaxima
verbindenden Bezugslinie und den Kapazitätsmaxima des Piezoaktuators
abgebildet.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird nachfolgend anhand von mehreren Figuren detailliert beschrieben.
Dabei zeigt:
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1 zeitliche
Verläufe
von elektrischen Signalen und Kenngrößen eines Piezoaktuators,
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2 zwei
Graphen, die einen Zusammenhang zwischen einem Krafteintrag in den
Piezoaktuator und einem mechanischen Hub des Piezoaktuators bzw.
einer vom Piezoaktuator angesteuerten Steuerventilnadel darstellen,
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3 zwei
Graphen, die abgetastete elektrische Signale des Piezoaktuators
und einen daraus ermittelten Kapazitätsverlauf des Piezoaktuators
darstellen,
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4 eine
vergrößerte Darstellung
des Kapazitätsverlaufs
der unteren Abbildung von 3,
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5 ein
Ausführungsbeispiel
einer Vorrichtung, mit der das erfindungsgemäße Verfahren durchführbar ist,
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6A Verläufe der
Piezospannung und der Piezokapazität eines Piezoaktuators beim
Prellen gemäß Stand
der Technik,
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6B Verläufe der
Piezospannung und der Piezokapazität eines Piezoaktuators, bei
dem das Prellen erfindungsgemäß minimiert
ist, und
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7 eine
prinzipielle Darstellung eines von einem Piezoaktuator als Stellantrieb
angesteuerten Steuerventils.
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1 zeigt
in drei Abbildungen zeitliche Verläufe von elektrischen Signalen
und Kenngrößen eines
Piezoaktuators zur Ansteuerung eines Steuerventils in einer Pumpe-Düse-Einheit
einer Verbrennungskraftmaschine. In der oberen Abbildung ist mit 1a ein
Verlauf einer Piezospannung upiezo und mit 1b ein
Verlauf eines Piezostromes ipiezo, mit denen
der Piezoaktuator angesteuert wird, dargestellt. In der mittleren
Abbildung ist ein zeitlicher Verlauf von aus der Piezospannung upiezo und dem Piezostrom ipiezo rechnerisch
ermittelten Kenngrößen des
Piezoaktuators aufgetragen. Dabei bezeichnet 1c einen zeitlichen
Verlauf einer Piezoladung qpiezo und 1d einen zeitlichen
Verlauf einer Piezokapazität
Cpiezo, die aus einer Division der Piezoladung
qpiezo durch die Piezospannung upiezo ermittelt wird.
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In
der unteren Abbildung der 1 ist in
einem Verlauf 1f ein mechanischer Hub eines externen Referenzsensors,
der zu Messzwecken innerhalb des Steuerventils angeordnet ist, dargestellt.
Es ist erkennbar, dass der Verlauf des mechanischen Hubs 1f deutlich
ausgeprägte
Extrema mit Maxima und Minima aufweist, die von einem Prellen des
Steuerventils, insbesondere einer Nadel des Steuerventils herrühren. In
einem Verlauf 1e ist ein zeitlicher Verlauf der Kapazität Cpiezo des Piezoaktuators dargestellt. Es
ist erkennbar, dass der Verlauf der Piezokapazität Cpiezo im
Wesentlichen mit dem Verlauf 1f des mechanischen Hubs des
Referenzsensors korreliert.
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Dies
lässt sich
damit begründen,
dass das Prellen des Steuerventils über den piezoelektrische Effekt
im Kapazitätsverlauf
des Piezoaktuators abgebildet wird. Bei ungefähr 0,25 ms ist in der unteren Abbildung
ein erstes Anschlagen des Referenzsensors an einen Ventilsitz des
Steuerventils dadurch erkennbar, dass der Signalverlauf 1f zu
diesem Zeitpunkt ein erstes Maximum aufweist. In Entsprechung dazu
ist in der oberen Ab bildung der 1 eine Änderung
eines Gradienten der Piezospannung upiezo aufgrund
des piezoelektrischen Effekts erkennbar. Weitere Maxima im Signalverlauf 1f des
externen Referenzsensors spiegeln sich in entsprechender Weise im
Verlauf der Piezospannung upiezo wider,
sind aber aufgrund der groben Auflösung der oberen Abbildung nur
schwer erkennbar. Den Änderungen
im Gradienten der Piezospannung upiezo aufgrund
des piezoelektrischen Effekts entsprechen Änderungen im Stromverlauf 1b.
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Ein
Schließverhalten
des piezogesteuerten Steuerventils lässt sich anhand der in
1 dargestellten
elektrischen Signalverläufe
beschreiben. Der Zusammenhang zwischen den einzelnen Größen kann
für eine
qualitative Bewertung einer Prellausprägung der Ventilnadel herangezogen
werden. Ein vereinfachtes mathematisches Rekonstruktionsmodell des
Piezoaktuators lässt
sich in folgender Weise darstellen:
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Dabei
haben die Parameter folgende Bedeutungen:
f(t) Kraft des Piezoaktuators
s(t)
mechanischer Hub des Piezoaktuators
S Kleinsignalelastizität des Piezoaktuators
d
piezoelektrische Ladungskonstante
C0 Kleinsignalkapazität des Piezoaktuators
qpiezo Piezoladung
upiezo Piezospannung
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Aus
den mathematischen Beziehungen erkennt man, dass bei einer Messung
der Piezoladung qpiezo, der Piezospannung
upiezo und der Kleinsignalkapazität Co unter Berücksichtigung piezoelektrischer Ladungs-
und Elastizitätsverhältnisse
die Kraft und der mechanische Hub des Piezoaktuators berechnet werden
können.
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2 zeigt
in zwei Abbildungen durch eine Simulation ermittelte Verlaufsformen
eines Krafteintrags Fpiezo in den Piezoaktuator
und dadurch bewirkte mechanische Hübe. In der oberen Abbildung
ist mit 2a ein zeitlicher Verlauf des Krafteintrags Fpiezo in den Piezoaktuator bezeichnet. Mit 2b ist
ein daraus resultierender zeitlicher Verlauf eines mechanischen
Hubs des Piezoaktuators dargestellt. Entsprechend dazu ist in der
unteren Abbildung der 2 mit 2c ein zeitlicher
Verlauf eines mechanischen Hubs einer Nadel des Steuerventils aufgetragen.
Die Unterschiede in den Verläufen 2b und 2c resultieren
daher, dass zwischen dem Piezoaktuator und der Steuerventilnadel eine Übertragerstrecke
angeordnet ist, die den mechanischen Hub des Piezoaktuators dämpft.
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3 zeigt
in zwei Abbildungen mittels eines Abtastverfahrens zeitlich abgetastete
elektrische Größen des
Piezoaktuators und einen daraus berechneten zeitlichen Verlauf der
Piezokapazität
Cpiezo des Piezoaktuators. In der oberen
Abbildung ist mit 3a ein zeitlicher Verlauf der abgetasteten
Piezospannung upiezo dargestellt. Mit 3b ist
ein der Piezospannung upiezo entsprechender
abgetasteter Verlauf der Piezoladung qpiezo bezeichnet,
der aus einer Integration des Piezostroms ipiezo ermittelt
wird. In der unteren Abbildung der 3 ist ein
aus den abgetasteten Werten der Piezospannung upiezo und
der Piezoladung qpiezo ermittelter zeitlicher
Verlauf der Piezokapazität
Cpiezo des Piezoaktuators dargestellt.
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Es
ist deutlich erkennbar, dass der Verlauf der Piezokapazität Cpiezo aufgrund des Prellens des Steuerventils,
das sich über
einen Rückkopplungseffekt
in elektrischen Signalen des Piezoaktuators abbildet, ausgeprägte Extrema
aufweist. Die untere Abbildung der 3 stellt
den Verlauf 1e der Piezokapazität Cpiezo der
unteren Abbildung von 1 in abgetasteter Form dar.
Durch eine simultane Abtastung der Piezola dung qpiezo und
der Piezospannung upiezo lässt sich
somit näherungsweise
auf qualitative Verlaufsformen des Piezohubs s(t) und der Piezokraft
f(t) schließen,
die nach den obigen Formeln mit der Piezoladung qpiezo und
der Piezospannung upiezo korrespondieren.
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4 zeigt
eine vergrößerte Darstellung
der unteren Abbildung von 3. Es ist
der abgetastete Verlauf der Piezokapazität Cpiezo dargestellt,
wobei mit 4a ein erstes Maximum der Piezokapazität Cpiezo bezeichnet ist. Dieses erste Maximum
resultiert aus einem ersten Anschlagen der Nadel des Steuerventils
an den Ventilsitz bei einem Schließen des Steuerventils. Mit 4b ist
exemplarisch ein abgetasteter, diskreter Wert aus dem Verlauf der
Piezokapazität
Cpiezo bezeichnet. 4c stellt ein
zeitliches Erfassungsfenster dar, in dem der Verlauf der Piezokapazität Cpiezo im erfindungsgemäßen Verfahren erfasst wird.
Mit 4d ist eine Bezugslinie bezeichnet, die einzelne Maxima
im Verlauf der Piezokapazität
Cpiezo innerhalb des Erfassungsfensters 4c miteinander
verbindet und zu einer Definition von Flächen zwischen der Bezugslinie
und dem Verlauf der Piezokapazität
Cpiezo benutzt wird. Mit A1, A2 und A3 sind
Flächen
bezeichnet, die zwischen der Bezugslinie 4d und Maxima
im Verlauf der Piezokapazität
Cpiezo erfindungsgemäß erfasst werden.
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Der 4 ist
entnehmbar, dass sich das Prellen der Nadel des Steuerventils im
Verlauf der Piezokapazität
Cpiezo derart widerspiegelt, dass die Flächen A1,
A2 und A3 umso größer sind,
je stärker
das Prellen der Nadel ausgeprägt
ist. Das Ausmaß der Fläche A2,
die durch ein Überschwingen
der Nadel nach dem Auftreffen am Ventilsitz verursacht sein kann,
ist in der Darstellung der 4 im Wesentlichen
Null.
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5 zeigt
ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung, mit der das
erfindungsgemäße Verfahren
durchgeführt
wird. Mithilfe einer Erfassungseinrichtung 13 werden die
in 4 dargestellten Flächen zwischen der Bezugslinie 4d und den Maxima
im Verlauf der Piezokapazität
Cpiezo summarisch erfasst und ein Absolutwert
der Flächensumme einem
Summationspunkt 15 mit negativem Vorzeichen zugeführt. Eine
Sollwertvorgabeeinrichtung 12 dient zur Festlegung eines
minimierten Ausmaßes der
erfassten Flächen,
wobei ein Wert von im Wesentlichen Null angestrebt wird. Der Ausgangswert der
Sollwertvorgabeeinrichtung 12 entspricht also im wesentlichen
einer Sollgröße der Flächensumme,
die ebenfalls dem Summationspunkt 15 zugeführt wird. Als
Ausgangsgröße des Summationspunkts 15 steht somit
ein Differenzwert zwischen der mittels der Erfassungseinrichtung 13 erfassten
Flächensumme und
einem Sollwert der Flächensumme
im Verlauf der Piezokapazität
Cpiezo dar. Der Ausgabewert am Summationspunkt 15 entspricht
somit im Wesentlichen einer Regeldifferenz, die einer Regelungseinrichtung 11 zugeführt wird.
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Die
Regelungseinrichtung 11 regelt die zugeführte Regeldifferenz
aus und generiert zu diesem Zweck eine zeitliche Ansteuerinformation
für den
Piezoaktuator. Die zeitliche Ansteuerinformation kann beispielsweise
eine Anzahl von Ladeschritten in einem Ladevorgang des Piezoaktuators
umfassen. Dabei wird die generierte Ansteuerinformation einem Begrenzer 14 zugeführt, der
im Wesentlichen eine Plausibilitätsüberprüfung darstellt.
Die von der Regelungseinrichtung 11 erzeugte und mittels
des Begrenzers 14 begrenzte Ansteuerinformation wird sodann
einer Addiereinrichtung 16 zugeführt.
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Einer
Vorsteuereinrichtung 10 werden ein erster Betriebsparameter 17 der
Verbrennungskraftmaschine, ein zweiter Betriebsparameter 18 der
Verbrennungskraftmaschine und ein dritter Betriebsparameter 19 der
Verbrennungskraftmaschine zugeführt.
Der erste Betriebsparameters 17, der zweite Betriebsparameter 18 und
der dritte Betriebsparameter 19 modellieren dabei einen
Systemzustand der Verbrennungskraftmaschine mittels Kennfelddaten. Beispielsweise
kann der erste Betriebsparameter 17 eine Schließzeit des
Steuerventils, der zweite Betriebsparameter 18 eine Drehzahl
der Verbrennungskraftmaschine und der dritte Betriebsparameter 19 verschiedene
physikalische Umgebungsvariablen der Verbrennungskraftmaschine umfassen.
Mittels der Vorsteuereinrichtung 10 wird ein Vorsteuer-
bzw. Initialwert für
die zeitliche Ansteuerinformation des Piezoaktuators geniert und über einen
Ausgang der Vorsteuereinrichtung 10 ebenfalls der Addiereinrichtung 16 zugeführt.
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Die
von der Vorsteuereinrichtung 10 generierte Ansteuerinformation
kann beispielsweise einen groben Schätzwert für die Ausgestaltung der Haltephase
im Ladevorgang des Piezoaktuators darstellen. Mittels eines in der
Vorsteuereinrichtung 10 implementierten Vorsteueralgorithmus
kann somit eine Zeitinformation für die erste Ladezeit bis zur
Haltephase generiert werden. Diese muss stets kleiner als die Schließzeit des
Steuerventils sein.
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Mittels
der Addiereinrichtung 16 werden die von der Vorsteuereinrichtung 10 und
der Regelungseinrichtung 11 erzeugten zeitlichen Ansteuerinformationen
addiert und stehen am Ausgang der Addiereinrichtung 16 als
vierter Betriebsparameter 20 der Verbrennungskraftmaschine
zur Ansteuerung des Piezoaktuators zur Verfügung. Der vierte Betriebsparameter 20 repräsentiert
somit einen Endwert einer Anzahl von Ladeschritten in der ersten
Phase im Ladevorgang des Piezoaktuators bis zur Haltephase.
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Mit
dem vierten Betriebsparameter 20 ist es möglich, die
Länge der
Haltephase und/oder das Teilhubniveau der Haltephase variierbar
auszubilden und dadurch eine Geschwindigkeitscharakteristik der Nadel
des Steuerventils zu beeinflussen. Die Ausgestaltung der Haltephase
innerhalb des Ladevorgangs des Piezoaktuators kann außer der
genannten Amplitude noch eine zeitliche Dauer der Haltephase umfassen.
Ein Geschwindigkeitsverlauf der Nadel des Steuerventils kann auf
diese Weise insofern optimiert werden, als ein Auftreffen der Nadel
im Ventilsitz einerseits wohldefiniert und andererseits im Wesentlichen
prellfrei ausgestaltet ist. In ihrer Grundstruktur repräsentiert
die Vorrichtung der 5 somit einen Regelkreis, der
in Abhängigkeit
von der erläuterten Flächensummendifferenz
eine Geschwindigkeit der Nadel des Steuerventils derart beeinflusst,
dass sich das Prellen der Nadel möglichst gering im Verlauf der Piezokapazität Cpiezo des Piezoaktuators widerspiegelt.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
der 5 setzt somit eine Strategie zur Ausgestaltung der
Haltephase um. Der von der Regelungseinrichtung 11 implementierte
Regelungsalgorithmus ermittelt aus der zugeführten Flächeninformation einen Restfehlerwert
und addiert diesen zum Vorsteuerwert.
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6A zeigt
prinzipielle Zeitverläufe
der Piezospannung upiezo und der Piezokapazität Cpiezo in einem Schließvorgang des Steuerventils
gemäß Stand der
Technik. Mit 6d ist ein Verlauf der Piezospannung upiezo bezeichnet, die an einem Punkt 6a eines
Schließens
des Steuerventils infolge des piezoelektrischen Effekts eine Änderung
des Gradienten erfährt.
Man erkennt deutlich, dass ab diesem Zeitpunkt die Piezospannung
upiezo steiler verläuft als vor dem Zeitpunkt des
Schließens
des Steuerventils. Mit 6e ist ein Verlauf der Piezokapazität Cpiezo bezeichnet, der auf die anhand von 3 erläuterten
Weise ermittelt wird. Man erkennt, dass zum Zeitpunkt des Schließens des
Steuerventils aufgrund des Prellens des Steuerventils eine ausgeprägte Nichtlinearität im Verlauf
der Piezokapazität
Cpiezo generiert wird. Der Ladevorgang des
Piezoaktuators ist an einem mit 6b bezeichneten Zeitpunkt
beendet. Mit 6c ist das zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
verwendete zeitliche Erfassungsfenster bezeichnet. Die Bezugslinie 6f verbindet
Maxima im Verlauf der Piezokapazität Cpiezo zwischen
zeitlichen Endpunkten des Erfassungsfensters 6c. Deutlich
ist die Ausprägung
der Fläche
zwischen der Bezugslinie 6f und dem Verlauf der Piezokapazität Cpiezo innerhalb des Erfassungsfensters 6c infolge
des Prellens des Steuerventils zu erkennen.
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In 6B ist
erfindungsgemäß innerhalb des
Ladevorgangs des Piezoaktuators nach einer ersten Ladephase eine
Haltephase eingefügt.
Diese ist dadurch erkennbar, dass ein Verlauf der Piezospannung
upiezo während
der Haltephase im Wesentlichen konstant ist. Die Amplitude der Haltephase
ist erfindungsgemäß variierbar
und ist mit 6g bezeichnet. Es ist zu erkennen, dass aufgrund
des Einfügens der
Haltephase in den Ladevorgang des Piezoaktuators ab dem Zeitpunkt 6a des
Schließens
des Steuerventils der Gradient der Piezospannung upiezo im
Wesentlichen kontinuierlich ausgebildet ist. Ferner erkennt man
im Verlauf der Piezokapazität
Cpiezo, dass die Flächen zwischen der Bezugslinie 6f und
den Extrema im Verlauf der Piezokapazität Cpiezo im
Erfassungsfenster 6c minimiert bzw. reduziert sind.
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Als
besonders vorteilhaft wird bei der vorliegenden Erfindung angesehen,
dass durch eine Variation der Amplitude der Haltephase die Ladephase für den Piezoaktuator
derart beeinflusst wird, dass ein Geschwindigkeitsverlauf des Steuerventils
erreicht wird, mit dem das Prellen des Steuerventils kompensiert
ist. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass während der
Haltephase keine Bestromung des Piezoaktuators durchgeführt wird,
wodurch eine Abnahme der Geschwindigkeit der Nadel des Steuerventils
erreicht wird. Daraus resultiert eine Verhinderung einer weiteren
Beschleunigung der Nadel des Steuerventils, sodass zum Auftreffzeitpunkt der
Steuerventilnadel im Ventilsitz ein Prellen bzw. Nachprellen weitgehend
eliminiert ist.
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Weiterhin
wird als vorteilhaft angesehen, dass durch eine zeitnahe Erfassung
der elektrischen Signale und Kenngrößen des Piezoaktuators und
deren Auswertung während
einer Steuerventilschließ-/Öffnungsphase,
das Prellverhalten jeder einzelnen Pumpe-Düse-Einheit individuell beobachtbar
ist und über
eine Ansteuerungs- bzw. Regelungseinrichtung, wie sie beispielsweise
in 5 gezeigt ist, zeitnahe kompensierbar ist. Sich ändernde
Prellbilder im Steuerventil der Pumpe- Düse-Einheit
können
mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
im Betrieb der Verbrennungskraftmaschine adaptiv kompensiert werden.
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Mittels
der inhärenten
sensorischen Eigenschaften des Piezoaktuators durch Ausnutzung des piezoelektrischen
Effekts kann vorteilhaft eine aufwendige und kostenintensive Sensorik
zur Erfassung der elektrischen Signale und Kenngrößen eingespart werden.
Es versteht sich von selbst, dass zum erfindungsgemäßen Kompensieren
des Prellens die Haltephase auch in einen Entladevorgang des Piezoaktuators
eingefügt
werden kann.
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In
einer alternativen Ausführungsform
der Erfindung ist es auch denkbar, dass statt der als Regelgröße verwendeten
Flächensummendifferenz
die über
den piezoelektrischen Effekt ermittelte Kraft und/oder der mechanische
Hub des Piezoaktuators verwendet werden.
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7 zeigt
eine prinzipielle Darstellung eines Steuerventils 22, mit
dem die Erfindung durchgeführt
werden kann. Dabei wird das Steuerventil 22 mittels eines
Piezoaktuators 21 angesteuert, der eine Nadel 23 kräftemäßig beaufschlagt.
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Durch
den Krafteintrag des Piezoaktuators 21 in die Nadel 23 wird
die Nadel 23 in einen Ventilsitz 24 gedrückt, wobei
erfindungsgemäß ein Prellen der
Nadel 23 in Folge des Aufschlagens in den Ventilsitz 24 minimiert
ist.
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Die
in der Beschreibung, den Patentansprüchen und den Zeichnungen offenbarten
Merkmale der Erfindung können
sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Durchführung der
Erfindung wesentlich sein.
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- 10
- Vorsteuereinrichtung
- 11
- Regelungseinrichtung
- 12
- Sollwertvorgabeeinrichtung
- 13
- Erfassungseinrichtung
- 14
- Begrenzer
- 15
- Summationspunkt
- 16
- Addiereinrichtung
- 17
- erster
Betriebsparameter
- 18
- zweiter
Betriebsparameter
- 19
- dritter
Betriebsparameter
- 20
- vierter
Betriebsparameter
- 21
- Piezoaktuator
- 22
- Steuerventil
- 23
- Nadel
- 24
- Ventilsitz