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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung
der Ansteuerspannung eines Einspritzaktors insbesondere eines Kraftstoffeinspritzsystems
einer Brennkraftmaschine gemäß den Oberbegriffen
der jeweiligen unabhängigen
Ansprüche.
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In
heutigen Brennkraftmaschinen werden zunehmend Einspritzsysteme mit
einem Hochdruckspeicher zur Speicherung des einzuspritzenden Kraftstoffs
realisiert, wobei die hochfrequente Einspritzung selbst mittels
eines Piezostellers (nachfolgend „Piezoaktor") erfolgt. Ein häufig verwendetes
Hochdruck-Einspritzsystem ist das sogenannte „Common-Rail"(CR)-Einspritzsystem,
bei dem der Hochdruckspeicher durch ein sogenanntes „Rail" realisiert ist.
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Ein
solches CR-Einspritzsystem einer Brennkraftmaschine sowie ein mit
einem hier betroffenen Piezoaktor ausgestattetes Einspritzventil
bzw. Injektor gehen bspw. aus der
DE 100 32 022 A1 und der
DE 100 02 270 C1 hervor
und sind in den vorliegenden
1 und
2 dargestellt.
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Ein
solcher Piezoaktor weist bekanntermaßen piezoelektrische Elemente
auf, die sich in Abhängigkeit von
einer anliegenden elektrischen Ansteuerspannung (nachfolgend „Aktorspannung") ausdehnen oder
zusammenziehen. Wie aus der 2 zu
ersehen, bestehen diese piezoelektrischen Elemente unter anderem aus
einem mit einer Feder vorgespannten Piezokeramik-Multilayer, der
sich im Prinzip wie ein Feder-Masse-System verhält. Die mechanische Vorspannung
soll verhindern, daß der
Piezokeramik-Multilayer auf Zug beansprucht und damit zerstört wird.
Das Laden und Entladen des Piezoaktors erfolgt stromgetaktet. Damit ergibt
sich prinzipiell der in der 3 gezeigte
stufenförmige
Aktorspannungsverlauf beim Laden und Entladen des Piezoaktors.
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Das
aus der 3 insbesondere
zu ersehende Über-
und Unterschwingen der Aktorspannung erklärt sich wie folgt. Bei angenommener
gleichbleibender elektrischer Ladung im Piezoaktor führt ein
Zusammendrücken
des Piezoaktors bzw. des dort vorliegenden piezoelektrischen Elementes
zu einer Spannungsverringerung bzw. ein Ausdehnen des Piezoaktors
zu einer Spannungserhöhung.
Mit anderen Worten wird das in der 3 gezeigte
Spannungsüberschwingen
und -unterschwingen von dem schwingenden Feder-Masse-System des
vorgespannten Piezoaktors verursacht.
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Ein
mit einem solchen Piezoaktor ausgestatteter Injektor dient zur fein
regulierbaren Kraftstoffzumessung in einen jeweiligen Verbrennungsraum
bzw. Zylinder einer angenommenen Brennkraftmaschine. Dabei dient
der Piezoaktor zur Steuerung der Bewegung einer Düsennadel
des jeweiligen Injektors, wobei entweder die Düsennadel selbst oder ein die
Bewegung der Düsennadel
steuerndes Schaltventil (nachfolgend „Steuerventil") angesteuert wird.
Ein solcher Injektor weist bei Veränderung der Ansteuerspannung
ein typisches, individuelles Verhalten bezüglich der erzeugten Einspritzmenge
auf.
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Zur
exakten Zumessung von Kraftstoff in den Verbrennungsraum ist eine
möglichst
genaue Kenntnis des Hubs des Piezoaktors bzw. der Düsennadel
im Zusammenspiel mit dem Steuerventil erforderlich. Wie aus der
2 auch zu ersehen, wird
bei den in der
DE
100 02 270 C1 beschriebenen Piezo-Common-Rail(PCR)-Systemen über den
Piezoaktor und einen zwischengeschalteten hydraulischen Koppler
das Steuerventil betätigt,
welches wiederum durch Modulation des Drucks in einem sogenannten
Steuerraum die Düsennadelbewegung
steuert.
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Die
für eine
bestimmte Einspritzmenge erforderliche, impulsförmige Ansteuerspannung dieser
Piezoaktoren ist bekanntermaßen
von Zustandsgrößen des
Einspritzsystems wie bspw. dem im Common-Rail momentan herrschenden
Raildruck oder der Temperatur des Piezoaktors abhängig. Zu
den genannten Zustandsgrößen hinzu
kommen Exemplarstreuungen insbesondere des Aktorhubs und Streuungen
bei der Funktion des genannten hydraulischen Kopplers oder beim
Ventilsitz des genannten Steuerventils.
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Wie
aus der 2 ferner zu
ersehen, wirkt der Raildruck über
den Ventilraum des Steuerventils und den hydraulischen Koppler auf
den Piezoaktor zurück.
Demnach schwingt auch der Raildruck selbst, d.h. es bilden sich
Druckwellen im Rail des PCR-Systems
infolge einer Kraftstoffeinspritzung und/oder einer Hochdruckpumpenförderung
des Kraftstoffs.
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Wie
aus der 3 ferner zu
ersehen, klingt die genannte Spannungsschwingung nach dem Lade- bzw.
Entladevorgang ab. Danach erfolgt keine weitere Anregung des Feder-Masse-Systems durch
den Lade- bzw. Entladestrom.
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Bei
beschriebenen Ansteuerkonzepten für die genannten Piezoaktoren
kommt es nun insbesondere auf die Auswirkungen von Streuungen in
der Aktorkapazität,
der Aktorsteifigkeit, dem Leerlaufhub und dem Sitzdurchmesser des
genannten Steuerventils auf die Einspritzmenge an. Ein bekannter
Ansatz zur Abtastung der Aktorspannung stellt dabei die sogenannte „Minimalregelungsstrategie" dar, bei der die
Höhe und
das zeitliche Auftreten des ersten Unterschwingens der Aktorspannung
nach Ladebeginn bewertet werden, womit sich eine präzise Aussage über den
Ventilhubverlauf des vorliegenden Piezoaktors machen läßt. Diese
Strategien setzen allerdings voraus, daß die Aktorspannung hochfrequent
abgetastet wird, wozu allerdings wiederum kostspielige digitale
Signalprozessoren (DSPs) mit relativ schnellen Analog-Digital-Wandlern
(ADCs) erforderlich sind.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen,
mittels derer der Spannungsverlauf der Aktorspannung eines hier
betroffenen Piezoaktors mit möglichst
hoher zeitlicher Auflösung,
insbesondere hochfrequent, und insbesondere unter Vermeidung der
vorgenannten Nachteile des Standes der Technik abgetastet werden
kann. Dabei soll auch ermöglicht
werden, die Aktorspannung auch im Hinblick auf die genannten Einschwingvorgänge möglichst hochfrequent
und präzise
zu erfassen.
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Bei
heutigen Einspritzsystemen liegt die maximal mögliche Abtastrate („Samplerate") bei etwa 1 Wandlung
pro 14 μs.
Da für
die Abtastung bei zukünftigen
Einspritzstrategien Abtastraten von mindestens 1 Wandlung pro 1 μs im kontinuierlich
abtastenden Abtastmodus eines ladungsbasierten Analog-Digital-Konverters
(„QADC") erforderlich sind,
ist eine hochfrequente Abtastung des gesamten Spannungsverlaufs
bei einer einzelnen Ansteuerung in der genannten Weise nicht möglich.
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Die
Aufgabe wird gelöst
durch die Merkmale der unabhängigen
Ansprüche.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und Weiterbildungen
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
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Vorteile der
Erfindung
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Bei
der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, den Aktorspannungsverlauf
nicht in einem Abtastungsschritt sondern über mehrere Ansteuerungen hin
verteilt zu erfassen. Dabei liegt insbesondere die Erkenntnis zugrunde,
daß sich
in dem kurzen Zeitintervall von einer Ansteuerung zur nächsten Ansteuerung
eines hier betroffenen Aktors Betriebsgrößen des Einspritzsystems wie
der im Rail aktuell vorliegende Raildruck, die Abschaltspannung
des Aktors sowie die Lade- bzw. Entladezeit des Aktors entweder
gar nicht oder nur geringfügig ändern. Daher
bleibt der Spannungsverlauf des jeweiligen Aktors mit dem beschriebenen,
für jeden
Aktor charakteristischen Schwingen im Wesentlichen gleich.
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Erfindungsgemäß wird deshalb
vorgeschlagen, bei einem hier betroffenen Abtastvorgang von einer Ansteuerung
zur nächsten
den Meßzeitpunkt
nach Ladungsbeginn des Aktors jeweils um einen vorgebbaren zeitlichen
Quantisierungswert nach spät
zu verschieben. Die dabei zeitlich hintereinander ermittelten Spannungswerte
werden im Anschluß an
den Abtastvorgang mittels der dazugehörigen Ansteuerzeitpunkte schließlich zu
einer vollständigen
quasi hochfrequent abgetasteten Spannungskurve zusammengefügt.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Abtastverfahren
werden demnach während
einer einzelnen Ansteuerung nicht eine Vielzahl von Abtastwerten
ermittelt, sondern bei einer Vielzahl von Ansteuerungen jeweils
immer nur ein einzelner Abtastwert. Nach einer Vielzahl solcher
Ansteuerungen liegt dann der Spannungsverlauf mit hoher Auflösung vor.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Abtastverfahren
kann zusätzlich
vorgesehen sein, daß die
genannten sich entweder gar nicht oder nur geringfügig ändernden
Betriebsgrößen während eines
genannten Abtastvorganges überwacht
werden und die Güte
des sich ergebenden Spannungsverlaufes anhand der so überwachten
Daten beurteilt wird. So kann beispielsweise vorgesehen sein, daß ein ermittelter
Spannungsverlauf wegen sich ändernder
Bedingungen, bspw. bei Überschreiten
eines empirisch vorgebbaren Schwellenwertes für diese Änderungen, ganz verworfen wird.
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So
kann insbesondere vorgesehen sein, daß die Abtastung unter möglichst
gleichbleibendem Raildruck, und/oder unter möglichst gleichbleibender Lade-
und/oder Entladezeit des Einspritzaktors erfolgt, da sonst der zu
erwartende Ansteuerspannungsverlauf entsprechend variiert und später nicht
verwertbar bzw. verwendbar ist.
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Ferner
kann vorgesehen sein, daß die
Abtastung unter möglichst
gleichbleibender Ansteuerdauer des Einspritzaktors erfolgt, da bei
der Messung einer Entladung des jeweiligen Piezoaktors der Einschwingvorgang aufgrund
des vorherigen Ladevorganges bevorzugt abgewartet werden sollte
und daher die Ansteuerdauer beim Meßvorgang möglichst konstant sein sollte,
da die abklingende Schwingung nach dem Laden einen erheblichen Einfluß auf die
ermittelten Werte der Ansteuerspannung hat.
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Der
Vorteil des vorgeschlagenen Meßverfahrens
liegt darin, daß die
Aktorspannung auch mit heute zur Verfügung stehenden Rechnern quasi
hochfrequent abgetastet werden kann. Auf dieses Verfahren aufbauend
werden zudem Strategien zur möglichst
präzisen
Kompensation von Driften bei der Ansteuerung der Aktoren oder zur
Aktordiagnose ermöglicht.
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Anhand
des erfindungsgemäß ermittelten
Spannungsverlaufs lassen sich dann Korrekturfunktionen realisieren,
welche bspw. langsame Driften und Alterungseffekte bei den Aktoren
berücksichtigen.
Auch lassen sich entsprechende Diagnosefunktionen realisieren. Die
Korrektur- oder Diagnosefunktionen lassen sich zudem unter Verwendung
von Filteralgorithmen und/oder statistischen Funktionen realisieren.
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Die
Erfindung ist aus den bereits genannten und auch nachfolgenden Gründen besonders
vorteilhaft zur genauen Bestimmung der Aktorspannung eines piezoelektrischen
Injektors eines genannten PCR-Einspritzsystems einsetzbar.
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Zeichnung
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Die
Erfindung wird nachfolgend, unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung,
anhand von Ausführungsbeispielen
eingehender beschrieben, aus denen weitere Merkmale und Vorteile
der Erfindung hervorgehen.
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In
der Zeichnung zeigen im einzelnen
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1 eine
vereinfachte Blockdarstellung eines hier betroffenen Common-Rail-Einspritzsystems
insbesondere einer Brennkraftmaschine gemäß dem Stand der Technik;
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2 eine
schematische, ausschnittweise Darstellung eines im Stand der Technik
bekannten, einen Piezosteller aufweisenden Kraftstoffeinspritzventils
(Injektors) für
Brennkraftmaschinen im Längsschnitt;
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3 eine
experimentelle Meßkurve
der Aktorspannung eines in der 1 gezeigten
piezoelektrischen Injektors bei einer Ansteuerung des zugrundeliegenden
Piezostellers mittels Ladestrompulsen, und zwar zur Illustration
des erfindungsgemäßen Abtastverfahrens;
und
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4 ein
schematisches Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens zur quasi hochfrequenten
Messung der Aktorspannung eines in der 2 gezeigten
Injektors.
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Beschreibung von Ausführungsbeispielen
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In
der
1 ist der Hochdruckteil eines bspw. in der
DE 39 29 747 A1 offenbarten
Common-Rail-Speichereinspritzsystems dargestellt, wobei nachfolgend
nur dessen Hauptkomponenten und solche Komponenten näher erläutert werden,
welche für
das Verständnis
der Erfindung wesentlich sind.
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Die
gezeigte Anordnung umfasst eine Hochdruckpumpe 10, welche über eine
Hochdruckleitung 12 mit einem Hochdruckspeicher ("Rail") 14 druckleitend
in Verbindung steht. Der Hochdruckspeicher 14 ist über weitere
Hochdruckleitungen mit Injektoren 18 verbunden. In der
vorliegenden Darstellung sind zur Vereinfachung nur eine Hochdruckleitung 16 und
ein Injektor 18 gezeigt. Der Injektor 18 ist in
einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges angeordnet. Das dargestellte
Einspritzsystem wird von einem Motorsteuergerät 20 gesteuert. Durch
das Motorsteuergerät 20 erfolgt
insbesondere eine Steuerung des gezeigten Injektors 18.
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An
dem Injektor 18 ist eine Einrichtung 22 zum Speichern
von Informationen angeordnet, mittels derer eine individuelle Steuerung
des Injektors 18 durch das Motorsteuergerät 20 ermöglicht wird.
Es versteht sich, dass in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel auch die anderen – hier nicht
gezeigten – Injektoren
eine entsprechende Einrichtung 22 aufweisen. Selbstverständlich kann
auch vorgesehen sein, dass nur einer der Injektoren eine solche
Speichereinrichtung 22 aufweist, die dann ebenfalls von
den übrigen
Injektoren genutzt wird. Bei den genannten Informationen handelt
es sich vorzugsweise um Korrekturwerte für ein bevorzugt im Motorsteuergerät angeordnetes
Mengenkennfeld des Injektors 18. Die Speichereinrichtung 22 kann
bspw. als digitaler Datenspeicher ggf. mit einer alphanumerischen
Verschlüsselung
der Informationen oder dgl., als einer oder mehrere elektrische
Widerstände,
als Barcode, oder auch als eine integrierte Halbleiterschaltung
realisiert sein. Das Motorsteuergerät 20 kann ebenfalls
eine zusätzliche
integrierte Halbleiterschaltung zur Auswertung der in der Einrichtung 22 gespeicherten
Informationen aufweisen.
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Die
von jedem Injektor 18 zugemessene Einspritzmenge wird,
in Abhängigkeit
von dem Raildruck, in dem bereits genannten, im Motorsteuergerät 20 gespeicherten
Mengenkennfeld festgelegt, wobei das Mengenkennfeld aufgrund mehrerer
Prüfpunkte,
die unterschiedlichen Betriebszuständen der Brennkraftmaschine entsprechen,
ermittelt wird. An diesen Prüfpunkten
wird jeweils ein Mengenabgleich in an sich bekannter Weise vorgenommen.
Die Einspritzmenge wird dabei durch die Einspritzdauer des Injektors
bestimmt, d.h. die Zeit, die zwischen dem Einspritzbeginn und dem
Einspritzende eines Einspritzvorganges vergeht.
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Um
eine Kraftstoffmengenzumessung im gesamten Betriebsbereich der Brennkraftmaschine
und des Injektors zu ermöglichen,
werden die Abgleichwerte zwischen den durch die Prüfpunkte
definierten Stützstellen
interpoliert.
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In
der
2 ist ein in der
DE 100 02 270 C1 beschriebenes piezoelektrisch
gesteuertes Einspritzventil (Injektor)
101 in einer Schnittzeichnung
dargestellt. Der Injektor
101 weist einen piezoelektrischen
Steller (im Folgenden „Piezosteller")
104 zur
Betätigung
eines in einer Bohrung
113 eines Ventilkörpers
107 axial
verschiebbaren Ventilglieds (Schaltventil)
103 auf, Der
Injektor
101 umfasst ferner einen an den Piezosteller
104 angrenzenden
Stellkolben
109 sowie einen an ein Ventilschließglied
115 angrenzenden
Betätigungskolben
114.
Zwischen den Kolben
109,
114 ist eine als hydraulische Übersetzung
arbeitende Hydraulikkammer
116 angeordnet. Das Ventilschließglied
115 wirkt
mit wenigstens einem Ventilsitz
118,
119 zusammen
und trennt einen Niederdruckbereich
120 von einem Hochdruckbereich
121.
Eine nur schematisch angedeutete elektrische Steuereinheit
112 liefert
die Ansteuerspannung für
den piezoelektrischen Steller
104 in Abhängigkeit
insbesondere des im Hochdruckbereich
121 vorliegenden Druckniveaus.
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Der
in der 2 dargestellte Piezosteller 104 umfaßt eine
mit einer Feder vorgespannten mehrlagige Piezokeramik, die einem
Feder-Masse-System entspricht. Die mechanische Vorspannung verhindert,
daß der Piezokeramik-Multilayer
auf Zug beansprucht und dadurch zerstört werden kann.
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Wie
gesagt, erfolgt das Laden und Entladen des in der 2 gezeigten
Piezoaktors stromgetaktet. In der 3 sind nun
sich experimentell ergebende elektrische Aktorspannungswerte in
der Einheit V über
der Ansteuerzeit in der Einheit s dargestellt. Es ist hervorzuheben,
daß bei
diesen experimentell ermittelten Werten der Raildruck möglichst
konstant gehalten wird, zumindest solange die Abtastung erfolgt.
Daher werden in Fällen,
in denen der Raildruck sich während
einer Messung als nicht konstant erweist, die bei dieser Messung erfaßten Meßwerte wieder
verworfen. Zusätzlich
werden anhand der 3 die grundlegenden Schritte
des erfindungsgemäßen Abtastverfahrens
beschrieben.
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Im
unten dargestellten Bereich der Nullinie 300 ist ein experimentell
vorgegebener getakteter Ladestrom mit vorliegend sechs Strompulsen 305 dargestellt.
Der bei dieser Messung vorliegende Raildruck betrug 1100–1600 bar.
Die gesamte Ansteuerzeit der sechs Ladestromimpulse betrug 120 μs. Die sich
bei dieser Ansteuerung ergebende Aktorspannung betrug etwa 165 V.
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Der
in dem Diagramm oben zu ersehende charakteristische stufenförmig einschwingende
Aktorspannungsverlauf 310 ergibt sich aufgrund der Ladestrompulse
im Zusammenspiel mit dem genannten Feder-Masse-System. Die Aktorspannung
steigt zunächst
ebenfalls schwingungsförmig
an, um im Bereich der Zielspannung von vorliegend 165 V nach einem
ersten Überschwinger 320 und
einem ersten Unterschwinger 325 und weiteren kleineren
Schwingungen letztlich auf den Zielwert einzuschwingen. Da die Aktorspannung
in einem vorliegenden PCR-Einspritzsystem als Regelgröße verwendet
wird, ist eine möglichst
präzise
Ermittlung dieses Spannungsverlaufs insbesondere im Bereich der
genannten ersten Über-
und Unterschwinger erforderlich. Aus diesen Gründen besteht daher das Erfordernis,
die Aktorspannung möglichst
hochfrequent abzutasten.
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Bei
im Stand der Technik bekannten Ansteuerkonzepten erfolgt aus diesen
Gründen
die in der 3 gezeigte Bestromung solange,
bis eine applizierbare Stromschwelle erreicht wird. Zwischen der
Bestromung ist dabei eine ebenfalls applizierbare Pausenzeit realisiert,
welche derzeit konstant 3,75 μs
beträgt.
Die Ladezeit wird mit konstant 100 μs über die Stellgröße Strom
eingeregelt. Die Ansteuerspannung wird vorgegeben, gemessen und
mittels einer Abschaltspannung eingeregelt.
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Die
folgenden drei Regelungsstrategien bei der Ansteuerung der Injektoren
kommen bevorzugt in Frage. Es kommen jedoch auch andere Strategien
wie bspw. die an sich bekannte Ladungsregelung in Betracht, bei
der die in den Piezosteller des Injektors eingebrachte Ladung Q,
die Stromhöhe
und die Ladezeit tr konstant gehalten werden, wobei sich U_Max und
U_Regel einstellen.
- 1. Regelung der Differenz
U_Max – U_Regel
= const. sowie Stromhöhe
= const., d.h. Spannungsabfall im sensorischen Betrieb wird zugrundegelegt.
- 2. Sogenannte „Minimalregelungs-Strategie", bei der das in
der 3 gezeigte erste Unterschwingen der Aktorspannung
sowie die abfallende Flanke zeitlich konstant gehalten werden. Dabei
wird die Höhe
sowie das zeitliche Auftreten des ersten Unterschwingens der Aktorspannung
bewertet, womit sich im übrigen eine
detaillierte Aussage über
den Ventilhubverlauf machen läßt.
- 3. U_Max – U_Regel
= const. sowie die Ladezeit tr = const.
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Als
Einflußgrößen bei
dieser regelungsbasierten Ansteuerung der Piezoaktoren kommen die
Abschaltspannung U_Max, die Sollspannung U_Regel, die Ladezeit tr,
und die Höhe
der Stromimpulse zum Tragen. Einen besonderen Einfluß auf die
Einspritzmenge besitzen dabei Streuungen in der elektrischen Kapazität des Aktors,
in der Aktor-Steifigkeit,
im Leerlaufhub und im Sitzdurchmesser des Schaltventils.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Abtastverfahren
werden die Triggerzeitpunkte in sehr kleinen Zeiteinheiten über den
gesamten Ansteuerverlauf oder nur Ausschnitte des elektrischen Ansteuerverlaufs
verschoben. So wird mit dem Ladungsbeginn (d.h. elektrischen Ansteuerbeginn
oder einem definierten Zeitpunkt oder Kurbelwellenwinkel danach)
der aktiv bspw. von dem in der 1 beschriebenen
Motorsteuergerät 20 ausgelöst bzw.
getriggert wird, jeweils nach einer empirisch ermittelbaren Zeit
x ein Trigger zur Erfassung der Aktorspannung ausgelöst. In der
vorliegenden Darstellung werde bei einem ersten Abtastzeitpunkt
t[0] 330 (der nicht notwendig mit dem Zeitpunkt t = 0 auf
der Abszisse übereinstimmen
muß),
ein zugehöriger
Spannungswert U[0] 335 ermittelt. Entsprechend ergäbe sich
bei einer nachfolgenden Ansteuerung zum Zeitpunkt t[1] 340 ein Spannungswert
U[1] 345 und zu einem wiederum nachfolgenden Abtastzeitpunkt
t[2] 350 ein weiterer Spannunggwert U[2] 355.
Zu einem Abtastzeitpunkt t[x] 360 ergäbe sich dann ein Spannungswert
U[x] 365. Mittels weiterer Abtastungen läßt sich
auf diese Weise auch der Ausschwingbereich für Zeiten größer als x abtasten. Es ist
hervorzuheben, daß die
beschriebenen Abtastungen zu den Zeitpunkten t[0] – t[x] nicht
bei einer einzelnen Ansteuerung des betroffenen Aktors durchgeführt werden,
sondern bei jeweils zeitlich aufeinander folgenden Ansteuerungen
des Aktors. So erfolgt die Abtastung bei t[0] während einer ersten Ansteuerung,
die Abtastung bei t[0] bei einer nachfolgenden zweiten Ansteuerung,
usw.
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Es
ist zu erwähnen,
daß es
von Interesse sein kann, auch die aufgrund des Feder-Masse-Systems des Aktors
vorliegenden Hysterese-, Offset- und Schwingeffekte in den Phasen
vor und nach dem elektrischen Ansteuerverlauf mit der hier ermöglichten
Präzision
abzutasten. In einem solchen Fall wäre der erste Triggerzeitpunkt
t[0] vor den Ansteuerbeginn bei t = 0 (Diagrammabszisse) zu setzen
und der letzte dementsprechend nach dem Ansteuerende bei vorliegend
etwa t = 0.00015.
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Die
zeitlich sehr kurzen Abstände
zwischen den einzelnen Ansteuerungen ermöglichen die zeitlich versetzte
Abtastung bzw. Erfassung eines gesamten Ansteuerverlaufs, da wie
bereits erwähnt
die Betriebsbedingungen des Einspritzsystems bzw. die Einflußgrößen des
betroffenen Aktors über
diesen Zeitraum (sämtlicher
Abtastungen eines Ansteuerverlaufs). Im Ergebnis ergibt sich ein
Gesamtansteuerverlauf, wie wenn dieser mit zeitlich sehr kurz aufeinander
folgenden AD-Wandlungen abgetastet worden wäre.
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Es
ist hierbei anzumerken, daß es
mit heute verfügbaren
ADCs nicht möglich
wäre, den
Ansteuerverlauf so kontinuierlich mit zeitlich so kurz aufeinander
folgenden Abtastungen zu realisieren, da die Summe von einer Sample-,
Hold- und Conversion-Time (z.B. 10 μs) deutlich größer ist
als die kleinsten Zeiteinheiten (in Schritten von 100 ns) zum Einstellen
des Triggerbeginns ab einem Ereignis wie bspw. der Ansteuerbeginn.
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Die
bei den einzelnen Abtastungen sich ergebenden Spannungswerte werden
bspw. in einer Tabelle der Form
zusammengefaßt und schließlich, zusammen
mit den jeweils zugeordneten Triggerzeitpunkten t[x], zu einer vollständigen Spannungskurve
für den
vorliegenden Aktor zusammengefügt.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
zur quasi-hochfrequenten Abtastung der Aktorspannung eines in der 2 dargestellten,
einen hier betroffenen Piezosteller aufweisenden Injektors wird
nun anhand des in der 4 gezeigten Ablaufdiagramms
illustriert. Die 4 zeigt den prinzipiellen Ablauf
des Abtastens eines sich wiederholenden Ansteuerverlaufs unter gleichen
Betriebsbedingungen mittels des genannten Verschiebens eines ADC-Triggers
in zeitlich relativ kleinen Schritten, als es die ADC-Sample-, Hold-
und Conversion-Time erlauben würde.
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Die
in der 4 gezeigte Routine beginnt in Schritt 400 mit
dem Bestimmen des Betriebspunktes des Einspritzsystems/Aktors als
Funktion von Raildruck, Ladezeit usw. danach wird der Betriebspunkt
entprellt 405. In Abhängigkeit
von dem in Schritt 400 ermittelten Betriebspunkt wird nachfolgend
ein Wert für
die genannte Zeiteinheit ,t_Quantisierung' sowie ein Abtastschrittzähler X aus
einem betriebspunkt-spezifischen Werte-Stack (Stapelspeicher) geholt 410.
Mittels des vorliegenden Abtastschrittzählers X wird in Schritt 415 der
ADC-Trigger jeweils über
den Ansteuerverlauf weiter verschoben gemäß der Gleichung t_Trigger
= X·t_Quantisierung
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Mit
dem jeweils errechneten Wert t_Trigger wird nachfolgend in an sich üblicher
Weise eine auf ADC-Sample, -Hold und -Conversion Vorgängen basierende
Abtastung durchgeführt 420.
Der Bei der Abtastung ermittelte Spannungswert wird in einen betriebspunkt-spezifischen
Werte-Stack abgespeichert 425. Der Werte-Stack kann dabei
vorteilhaft mittels des Abtastschrittzählers X adressiert sein. Damit
ist ein erster Abtastzyklus abgeschlossen.
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In
Schritt 430 wird der Abtastschrittzähler X um den Wert 1 erhöht, d.h.
X = X + 1. Der so berechnete Wert X wird daraufhin in den betriebspunkt-spezifischen
Werte-Stack abgespeichert 435. In Schritt 440 wird nun
geprüft,
ob der neu errechnete Wert X t_Quantisierung noch innerhalb des
gesamt zur Verfügung
stehenden Zeitfensters liegt, bspw. innerhalb des Zeitfensters des
gesamten Ansteuerverlaufs (in 3 der Wert
t = 0.00015) oder einem anders definierten Zeitfenster, und zwar
bevorzugt gemäß der Bedingung „X·t_Quantisierung > t_Ansteuerverlauf
?". Ist diese Bedingung
nicht erfüllt,
wird wieder zum Schritt 410 der vorliegenden Routine zurückgesprungen 445 und
ein weiterer Abtastschritt auf der Grundlage des aktuellen Wertes
des Abtastschrittzählers
X durchgeführt.
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Ist
die Bedingung allerdings erfüllt,
dann schließt
sich in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
in einem nachfolgenden Schritt 450 eine Auswertung des
insgesamt ermittelten Ansteuerverlaufs an. Diese Auswertung umfaßt bevorzugt
ein Auffinden lokaler Minima, eine übliche Statistikauswertung,
eine Integralbildung, die Verwendung des Ansteuerverlaufs für eine übergeordnete
Regelung, oder dgl. Schließlich
wird der Abtastschrittzähler
X wieder auf Null gesetzt 455 und an den Anfang der Routine
zurückgesprungen 460.
