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Die
Erfindung betrifft zunächst
ein Verfahren zum Betreiben einer Kraftstoff-Einspritzvorrichtung
einer Brennkraftmaschine, bei dem ein Piezoaktor mit einem Ventilelement
der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung gekoppelt ist, wobei das Ventilelement
eine Druckstufe aufweist. Die Erfindung betrifft ferner ein Computerprogramm,
ein elektrisches Speichermedium für eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung
einer Brennkraftmaschine, und eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung für eine Brennkraftmaschine.
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Ein
Verfahren der eingangs genannten Art ist aus der
EP 1 172 541 A1 bekannt.
Bei der dortigen Kraftstoff-Einspritzvorrichtung
ist ein Ventilelement in Form einer Ventilnadel vorgesehen, welches
hydraulisch durch einen Druck in einem Steuerraum geöffnet oder
geschlossen werden kann. Der Druck im Steuerraum wird wiederum durch
ein Schaltventil beeinflusst, welches über einen hydraulischen Koppler
mit einem Piezoaktor gekoppelt ist.
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Vom
Markt her bekannt ist ferner eine Kraftstoff-Einspritzvorrichtung, bei welcher das
Ventilelement unmittelbar, also ohne Zwischenschaltung eines Schaltventils,
ebenfalls über
einen hydraulischen Koppler mit dem Piezoaktor gekoppelt ist. Dabei
kann beim Laden und Entladen des Piezoaktors entweder der Spannungsverlauf
des Piezoaktors vorgegeben werden, oder es wird ein Stromverlauf
vorgegeben, der dann zu einer gewünschten Spannung am Ende des
Lade- beziehungsweise Entladevorgangs führt. Im zuletzt genannten Fall
kann das vorgegebene Stromprofil zusätzlich durch einen überlagerten
Spannungsregler skaliert werden, so dass zumindest die Spannungsniveaus
am Ende der Lade- beziehungsweise Entladevorgänge durch einen geschlossenen
Regelkreis eingestellt werden.
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Der
Spannungsgradient kann dabei jedoch nicht beliebig hoch eingestellt
werden. Zum einen ist er durch den maximalen Strom einer Endstufe
begrenzt, mit der der Piezoaktor angesteuert wird, und zum anderen
durch die Tatsache, dass bei einem zu hohen Spannungsgradienten
die Gefahr besteht, dass die Resonanz des Piezoaktors angeregt wird,
was zu einer Zerstörung
oder mindestens zu einer Beschädigung
des Piezoaktors führen
kann.
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Bei
der bekannten Kraftstoff-Einspritzvorrichtung nimmt der für eine Betätigung des
Ventilelements erforderliche "Spannungshub", also die Differenz
zwischen Anfangs- und Endspannung bei einer Ansteuerung des Piezoaktors,
mit zunehmendem Kraftstoffdruck, der auf das Ventilelement in Öffnungsrichtung
wirkt, zu. Dabei ist die Kraftstoff-Einspritzvorrichtunq so ausgelegt, dass
bei einem hohen Kraftstoffdruck ein Großteil des zur Verfügung stehenden
Spannungshubs ausgeschöpft
werden muss, um das Ventilelement zu öffnen. Nach dem Öffnen beschleunigt
das Ventilelement und bewegt sich so weit, bis an den entgegengesetzt
ausgerichteten Druckflächen
des Ventilelements ein Kräftegleichgewicht
herrscht. Bei einem hohen Kraftstoffdruck wird dieser Gleichgewichtspunkt
erst bei fast vollständig
geöffnetem
Ventilelement erreicht.
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Aufgrund
der beschriebenen Verhältnisse
ist es schwierig, bei der bekannten Kraftstoff-Einspritzvorrichtung
sehr kleine Kraftstoffmengen in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine
einzuspritzen. Derartige kleine und kleinste Einspritzmengen sind
vor allem bei Voreinspritzungen ("Piloteinspritzung") gewünscht.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, mit einer Kraftstoff-Einspritzvorrichtung
mit direkter Koppelung zwischen Piezoaktor und Ventilelement möglichst
geringe Kraftstoffmengen einspritzen zu können, bei gleichzeitig stabilem
Betrieb der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung, das heißt also
ohne Schwingungen oder Resonanzprobleme.
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Diese
Aufgabe wird bei einer Kraftstoff-Einspritzvorrichtung der eingangs genannten
Art dadurch gelöst,
dass ein Ansteigen der auf den Piezoaktor wirkenden Kraft als ein
tatsächliches Öffnen des
Ventilelements (Ist-Spritzbeginn)
und/oder ein Abfallen der auf den Piezoaktor wirkenden Kraft als
ein tatsächliches Schließen des
Ventilelements (Ist-Spritzende) interpretiert und bei der Ansteuerung
des Piezoaktors wenigstens zeitweise berücksichtigt wird. Bei einem
Computerprogramm, einem elektrischen Speichermedium und einer Steuer-
und/oder Regeleinrichtung der eingangs genannten Art wird die gestellte
Aufgabe entsprechend gelöst.
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Vorteile der
Erfindung
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
ermöglicht
einen stabilen Betrieb einer Kraftstoff-Einspritzvorrichtung, bei
der das Ventilelement und der Piezoaktor direkt gekoppelt sind,
bei sehr kleinen Einspritzmengen von bis herab zu 1 mm3/Einspritzung
und bei gleichzeitig sehr hohen Kraftstoffdrücken. Zudem ermöglicht das
erfindungsgemäße Verfahren
eine Erhöhung
der Zumessgenauigkeit auch bei größeren Einspritzmengen, da der
Ist-Spritzbeginn und/oder das Ist-Spritzende bekannt sind beziehungsweise
ist und bei der Ansteuerung des Piezoaktors berücksichtigt werden kann.
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Hintergrund
für diese
Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist die Tatsache, dass bei einem Ventilelement mit einer Druckstufe
unmittelbar nach dem Öffnen
des Ventilelements beziehungsweise einer Ansteuerung des Piezoaktors
eine zusätzliche
Kraft in Öffnungsrichtung
auf das Ventilelement wirkt. Aufgrund der direkten Kopplung des
Ventilelements mit dem Piezoaktor wirkt diese zusätzliche
Kraft auch auf den Piezoaktor. Indem die Änderung der auf den Piezoaktor
wirkenden Kraft erfasst wird, kann ein Zeitpunkt, zu dem das Ventilelement
tatsächlich öffnet (Ist-Spritzbeginn)
beziehungsweise ein Zeitpunkt, zu dem das Ventilelement schließt (Ist-Spritzende)
während
des Betriebs der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung erfasst werden.
Ist jedoch der Ist-Spritzbeginn beziehungsweise das Ist-Spritzende
bekannt, kann die Ansteuerung des Piezoaktors entsprechend angepasst
und hierdurch die Genauigkeit beim Einbringen von Kraftstoff in
einen Brennraum der Brennkraftmaschine erheblich verbessert werden.
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Eine
vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeichnet sich
dadurch aus, dass ein Schließvorgang
des Ventilelements abhängig
vom Ist-Spritzbeginn
eingeleitet wird. Dies gestattet eine sehr präzise Realisierung einer gewünschten Öffnungsdauer
des Ventilelements. Hierdurch kann die Zumessgenauigkeit auch im
Teil- und Vollastbereich einer Brennkraftmaschine verbessert werden.
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Kleinste
Einspritzmengen können
mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
realisiert werden, wenn das Vorzeichen eines Signals oder eines
Signalgradienten mit dem der Piezoaktor angesteuert wird, geändert wird, sobald
ein Ist-Spritzbeginn
detektiert wurde. Als Signalgradient kommt beispielsweise ein Spannungsgradient in
Frage oder – noch
wirkungsvoller – als
Signal ein Strom, mit dem der Piezoaktor geladen beziehungsweise entladen
wird. Da die Vorzeichenänderung
beziehungsweise das Umschalten von Entladen auf Laden oder umgekehrt
geregelt auf Basis eines detektierten Ist-Spritzbeginns des Ventilelements
erfolgt, kann die Kleinstmenge an Kraftstoff auch sehr stabil dargestellt
werden.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens
zeichnet sich dadurch aus, dass der Ist-Spritzbeginn und/oder das
Ist-Spritzende nach einem Sollwert geregelt wird. Anders als bei bisher
bekannten Verfahren wird also nicht mehr Beginn und/oder Ende der
Ansteuerung des Piezoaktors, sondern der tatsächliche Ist-Spritzbeginn und/oder
das Ist-Spritzende geregelt, was nicht nur eine genaue Zumessung
einer gewünschten
Kraftstoffmenge, sondern auch eine präzise Realisierung eines gewünschten Einspritzzeitpunktes
ermöglicht.
Dabei wird vermieden, dass sich eine Streuung der Verzugszeit zwischen
Ansteuerbeginn und Spritzbeginn beziehungsweise Ansteuerende und
Spritzende auf die Kraftstoffzumessung auswirkt.
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Dabei
kann auch eine Differenz zwischen Ist-Spritzbeginn und Ist-Spritzende
(Ist-Spritzdauer) nach einem Sollwert geregelt werden. In diesem
Fall ist die Zumessgenauigkeit des Kraftstoffs noch besser.
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Eine
weitere wichtige vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens
sieht vor, dass eine Änderung
der auf den Piezoaktor wirkenden Kraft über eine Änderung einer durch die Kraft
beeinflussten elektrischen Größe des Piezoaktors
erfasst wird. Dem liegt der Gedanke zugrunde, dass die Kraftänderung, die
auf den Piezoaktor wirkt, bei diesem zu einer Längenänderung führt. Diese hat bei einem Betrieb
mit vorgegebenem Dehnungsverlauf – also mit "eingeprägtem" Stromverlauf – eine Änderung des Spannungsverlaufs und
bei Betrieb mit "eingeprägtem" Spannungsverlauf
eine Änderung
des Aktorstromverlaufs zur Folge. Diese Änderung kann erfindungsgemäß ohne Weiteres
erfasst werden, so dass ein Ist-Spritzbeginn beziehungsweise ein
Ist-Spritzende erfasst werden kann, ohne dass ein zusätzlicher
Sensor erforderlich ist.
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Eine
konkrete Weiterbildung dieser Verfahrensvariante sieht vor, dass
zum Öffnen
des Ventilelements der Piezoaktor mit einem vorgegebenen Spannungsverlauf
entladen oder geladen wird, und dass auf einen Ist-Spritzbeginn
erkannt wird, wenn ein Entladestrom beziehungsweise ein Ladestrom
einen Grenzwert über- beziehungsweise
unterschreitet, wobei der Grenzwert durch das Produkt aus einer
Kapazitätskonstante
des Piezoaktors und dem Entlade- beziehungsweise Ladespannungsgradient
gebildet wird. Diese Methode ist sehr einfach realisierbar.
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Das
Gleiche gilt für
jene Verfahrensvariante, bei welcher zum Öffnen des Ventilelements der
Piezoaktor mit einem vorgegebenen Stromverlauf entladen oder geladen
wird, und bei welcher auf einen Ist-Spritzbeginn erkannt wird, wenn
ein Entlade- beziehungsweise Ladespannungsgradient einen Grenzwert über- beziehungsweise
unterschreitet, wobei der Grenzwert durch den Quotient aus Entlade-
beziehungsweise Ladestrom und einer Kapazitätskonstanten des Piezoaktors
gebildet wird.
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Bei
den beiden letztgenannten Verfahrensvarianten ist eine Kenntnis
der verwendeten Lade und Entladestrategie erforderlich. Unabhängig von
einer solchen Strategie ist ein Verfahren, bei dem zum Öffnen des Ventilelements
der Piezoaktor entladen oder geladen wird, und bei dem mittels eines
Störgrößenbeobachters ein
Stromanteil geschätzt
wird, der sich aus dem Ansteigen der auf den Piezoaktor wirkenden
Kraft ergibt, und bei dem auf einen Ist-Spritzbeginn erkannt wird,
wenn der Stromanteil einen Grenzwert überschreitet. Als Störgrößenbeobachter
kommt beispielsweise ein Luenberger-Beobachterverfahren in Frage.
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Alle
drei letztgenannten Verfahrensvarianten können nicht nur für die Erkennung
eines Ist-Spritzbeginns, sondern in entsprechender Weise mit entsprechend
angepassten anderen Grenzwerten für die Erkennung eines Ist-Spritzendes
angewendet werden.
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Zeichnungen
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Nachfolgend
werden besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende
Zeichnung näher
erläutert.
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In
der Zeichnung zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit mehreren Kraftstoffinjektoren;
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2 einen
Teilschnitt durch einen Kraftstoffinjektor von 1;
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3 ein
Diagramm, in dem eine in Öffnungsrichtung
wirkende Kraft über
einem Hub eines Ventilelements eines Kraftstoffinjektors von 2 aufgetragen
ist;
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4 ein
Diagramm, in dem verschiedene Betriebsparameter eines Kraftstoffinjektors
von 2 bei einem Einspritzvorgang über der Zeit aufgetragen sind;
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5 ein
Funktionsschaubild eines ersten Verfahrens zum Betreiben eines Kraftstoffinjektors
von 2;
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6 ein
Funktionsschaubild eines zweiten Verfahrens zum Betreiben eines
Kraftstoffinjektors von 2.
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7 ein
Funktionsschaubild eines dritten Verfahrens zum Betreiben eines
Kraftstoffinjektors von 2.
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Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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In 1 trägt eine
Brennkraftmaschine insgesamt das Bezugszeichen 10. Sie
umfasst mehrere Brennräume 12,
in die der Kraftstoff direkt von einem jeweiligen Kraftstoffinjektor 14 eingespritzt
wird. Die Kraftstoffinjektoren 14 sind an einen Kraftstoffdruckspeicher
("Rail") 16 angeschlossen,
in den der Kraftstoff von einem Fördersystem 18 gefördert wird.
Der Betrieb der Kraftstoffinjektoren 14 wird von einer Steuer- und/oder
Regeleinrichtung 20 gesteuert beziehungsweise geregelt
(gestrichelte Linien). Hierzu werden unter anderem auch Eingangssignale
(gestrichelte Linien von verschiedenen Sensoren verwendet, die in 1 nicht dargestellt
sind.
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Wie
aus 2 ersichtlich ist, umfasst der Kraftstoffinjektor 14 ein
Gehäuse 22,
in dem ein nadelartiges Ventilelement 24 längsverschieblich
aufgenommen ist. Dieses weist eine in Öffnungsrichtung wirkende Druckschulter 26 auf,
die in einem Druckraum 28 angeordnet ist, der über einen
Kanal 30 mit dem Kraftstoffdruckspeicher 16 verbunden
ist. Eine ebenfalls in Öffnungsrichtung
wirkende konische Druckfläche 3 2 ist
im geschlossenen Zustand des Ventilelements fluidisch von dem Druckraum 28 getrennt.
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Das
von der Druckfläche 32 entgegengesetzte
Ende des Ventilelements 24 ragt mit einer Fläche 34 in einen
hydraulischen Steuerraum 36 hinein, in dem der hohe Druck
des Kraftstoffdruckspeichers herrscht. Der Steuerraum 36 wird
auch von einem Steuerkolben 38 begrenzt, dessen Durchmesser
in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
größer ist
als die Steuerfläche 34 des
Ventilelements 24. Der Steuerkolben 38 ist an
einem Piezoaktor 40 befestigt, der, gegebenenfalls unter
Zwischenschaltung einer in 2 nicht
dargestellten Endstufe, von der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 20 angesteuert
wird.
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Damit
der Kraftstoffinjektor 14 Kraftstoff in den Brennraum 12 einspritzt,
wird der Piezoaktor 40 so angesteuert, dass sich seine
Länge verringert.
In der Folge bewegt sich der Steuerkolben 38 in 2 nach
oben. Über
die hydraulische Kopplung mittels des Steuerraums 36 und
aufgrund der auf der Druckschulter in Öffnungsrichtung wirkenden Kraft bewegt
sich auch das Ventilelement 24 nach oben. In der Folge
liegt der im Druckraum 28 herrschende hohe Kraftstoffdruck
auch an der endseitigen Druckfläche 32 des
Ventilelements 24 an, was, nach der ersten Öffnungsbewegung
des Ventilelements 24, zu einer zusätzlichen in Öffnungsrichtung
wirkenden Kraft und zu einem beschleunigten Öffnen des Ventilelements 24 führt.
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Da
sich die in Öffnungsrichtung
auf das Ventilelement 24 wirkende Kraft unmittelbar nach
dem Öffnen rasch
erhöht,
spricht man auch von einem Ventilelement mit "Druckstufe". Der Anstieg der in Öffnungsrichtung auf
das Ventilelement 24 wirkenden Kraft F ist auch aus 3 ersichtlich,
wo diese über
einem Öffnungshub H
aufgetragen ist. Kraftstoff kann nun durch Kraftstoff-Austrittskanäle 42 in
den Brennraum 12 gelangen.
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Um
auch sehr kleine Kraftstoffmengen mit dem Kraftstoffinjektor 14 einspritzen
zu können,
wird gemäß einem
Verfahren vorgegangen, welches nun unter Bezugnahme auf 4 erläutet wird:
Bei
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
ist der Piezoaktor 40 dann, wenn das Ventilelement 24 geschlossen
sein soll, geladen. Zum Öffnen
des Ventilelements 24 wird der Piezoaktor 40 entladen.
Dabei wird bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Piezoaktor 40 mit
einem bestimmten, vorliegend im Wesentlichen linearen Spannungsverlauf
geladen beziehungsweise entladen. Hierzu wird während des Entladens und des
Ladens der Spannungsverlauf beziehungsweise der Spannungsgradient
gemessen und der Lade- beziehungsweise Entladestrom entsprechend
eingestellt. Eine Ladung Q des Piezoaktors kann dabei vereinfacht
als Summe aus einem spannungsabhängigen
Anteil Qu = C0·U und
einem längenabhängigen Anteil
Qx = Cx·(x – x0) ausgedrückt werden. Die Faktoren C0 und Cx sind dabei
Kapazitätskonstanten,
U eine am Piezoaktor anliegende Spannung, und x eine aktuelle Länge des
Piezoaktors 40.
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Der
längenabhängige Anteil
Qx basiert dabei auf folgender Überlegung:
Die in Öffnungsrichtung
am Ventilelement 24 angreifende Kraft überträgt sich über die hydraulische Kopplung
des Druckraums 28 und den Steuerkolben 38 auch
auf den Piezoaktor 40. Öffnet
das Ventilelement 24, führt
dies aufgrund der Druckstufe am Ventilelement 24 zu einer
Krafterhöhung
("Kraftsprung") auch am Piezoaktor 40.
Dieser Kraftsprung führt zu
einer zusätzlichen
Längenänderung
des Piezoaktors 40. Um den vorgegebenen Spannungsverlauf
auch unter der Randbedingung der erhöhten Längenänderungsgeschwindigkeit des
Piezoaktors 40 einzuhalten, muss der Entladestrom i gegenüber dem
Zustand bei ruhendem Ventilelement 24 erhöht werden.
Bei dem hier verwendeten Verfahren werden dieser Kraftsprung und
die entsprechende Ladungsänderung
dazu verwendet, ein tatsächliches Öffnen des
Ventilelements 24 (Spritzbeginn) beziehungsweise ein tatsächliches
Schließen des
Ventilelements 24 (Spritzende) zu erfassen. Hierzu werden
folgende physikalische Grundlagen verwendet: Q = ∫idt = Qu +
Qx = C0·u + Cx·(x – x0) (1)
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Dies
ergibt aufgelöst
nach dem Entlade- beziehungsweise Ladestrom des Piezoaktors
40:
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Unterschreitet
der Entladestrom i beim Entladen eindeutig den Grenzwert C0·du/dt,
bedeutet dies, dass das Ventilelement 24 gerade öffnet. Überschreit
der Ladestrom i beim Laden des Piezoaktors 40 diesen Wert, ändert sich
gerade die Bewegungsrichtung des Ventilelements 24. Unterschreitet
der Ladestrom beim Laden diesen Wert, ist das Ventilelement 24 im
Schließen
begriffen. In 4 ist die am Piezoaktor 40 anliegende
Spannung U mit 44 bezeichnet, der Strom i mit 46,
der Grenzwert C0·du/dt mit 48 (strichpunktierte
Kurve) und ein Hub H des Ventilelements 24 mit 50.
Der Spritzbeginn erfolgt zum Zeitpunkt t1,
die Richtungsumkehr des Ventilelements 24 zum Zeitpunkt
t2, und das Spritzende liegt beim Zeitpunkt
t3.
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Abhängig von
dem erfassten Spritzbeginn des Kraftstoffinjektors 14 zum
Zeitpunkt t1 wird der Piezoaktor 40 von
der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 20 schnellstmöglich wieder
geschlossen. Hierzu wird nach einem erfassten Spritzbeginn t1 der Entladestrom i so geändert, dass
der Gradient du/dt der Spannung u ein umgekehrtes Vorzeichen aufweist.
Das Schließen
des Ventilelements 24 wird also abhängig vom tatsächlichen Öffnen (Spritzbeginn),
eingeleitet. Da anhand des angegebenen Verfahrens der Ist-Spritzbeginn und
das Ist-Spritzende zu den Zeitpunkten t1 beziehungsweise
t3 erfasst werden können, können diese jeweils nach einem
Sollwert geregelt werden. Möglich
ist auch, den Ist-Spritzbeginn zum Zeitpunkt t1 und
eine Differenz dti, die auch als Ist-Spritzdauer
bezeichnet wird, nach einem Sollwert zu regeln.
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Letztlich
kann der Kraftstoffinjektor
14 beziehungsweise der Piezoaktor
40 aber
auch geladen und entladen werden mit einem vorgegebenen bestimmten
Verlauf des Ladebeziehungsweise Entladestroms i. Aus der obigen
Gleichung (1) ergibt sich dann:
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Liegt
in diesem Fall der Spannungsgradient du/dt beim Entladen eindeutig über dem
Wert i/C0, so ist das Ventilelement 24 im Öffnen begriffen.
Unterschreitet der Spannungsgradient du/dt diesen Wert, schließt das Ventilelement 24 gerade.
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Der
Spritzbeginn und das Spritzende können jedoch auch unabhängig von
der Lade- und Entladestrategie, also unabhängig davon, ob ein bestimmter
Spannungsverlauf oder ein bestimmter Stromverlauf vorgegeben wird,
ermittelt werden. Dies geschieht mit Hilfe eines Störgrößenbeobachters
51,
beispielsweise eines Luenberger-Beobachterverfahrens
(vgl.
5). Integriert man die Gleichung
so erhält man
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Die
Gleichung (7) kann als Übertragungstrecke
verstanden werden, von deren Eingangsgrößen jedoch nur der Strom i
gemessen werden kann. Die von der Längenänderung des Piezoaktors 40 beziehungsweise
der Krafterhöhung
beim Öffnen
des Ventilelements 24 abhängige Stromgröße ix kann jedoch nicht gemessen werden. Um diese
zu ermitteln, wird zunächst
der in der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 20 bekannte
Lade- beziehungsweise Entladestrom i einer Streckennachbildung zugeführt (Block 52 in 5).
In dem in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel
besteht diese Streckennachbildung aus einem Integrator mit der Integrationskonstante
C0 beziehungsweise mit einer durch Normierung
aus der Integrationskonstanten C0 berechneten
Zeitkonstanten. Die Ausgangsgröße dieses
Integrators 52 ist eine beobachtete Spannung ub am
Piezoaktor 40.
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Wenn
die. Größe ix = 0 ist, ist ub =
u. Wenn jedoch der Piezoaktor 40 beim Öffnen oder Schließen des Ventilelements 24 seine
Länge ändert und
folglich ix ≠ 0 wird, weichen ub und
u voneinander ab. In 54 wird die Differenz zwischen ub und der gemessenen Spannung u gebildet
und einem Rückkoppelglied 56 zugeführt. Dieses
kann beispielsweise ein einfacher Proportionalverstärker oder
ein PI-Glied, aber auch ein Verstärker mit einem Übertragungsverhalten
zweiter oder höherer
Ordnung sein.
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Das
Ausgangssignal des Rückkoppelglieds 56 wird
dann mit negativem Vorzeichen dem Eingang der Streckennachbildung 52 aufgeschaltet.
Dieses Ausgangssignal folgt nun der an sich unbekannten Größe ix entsprechend dem Übertragungsverhalten des Beobachters 51 nach
und kann entweder direkt oder über
ein weiteres Filterglied 58 geführt als beobachtetes Signal
ix,b für
die unbekannte Größe ix verwendet werden.
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Unterschreitet
das Signal ix,b beim Entladen eine definierte Schwelle,
so wird ein Öffnen
des Ventilelements 24 detektiert, überschreitet es beim Laden
eine zweite definierte Schwelle, so wird der Beginn des Schließvorgangs
des Ventilelements 24 detektiert. Unterschreitet es nach
Ende des Ladevorgangs diese zweite oder eine weitere, dritte Schwelle,
so wird dies als Spritzende erfasst.
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Wie
aus 6 ersichtlich ist, können das Rückkoppelglied und das Filterglied 58 zu
einer Einheit 60 zusammengefasst werden. Hierzu wird das
gefilterte Signal aus gewichteten Komponenten des Ausgangssignals
des Rückkoppelglieds
gebildet. Am Beispiel eines PI-Glieds als Rückkoppelglied 56 lässt sich
dies folgendermaßen
veranschaulichen:
Beispielsweise kann als beobachtetes Signal
ix,b anstelle des Ausgangssignals des Rückkoppelglieds 56 auch nur
dessen I-Anteil oder die Summe aus dem I-Anteil und dem mit einem
Faktor K multiplizierten P-Anteil verwendet werden, wobei K dann
zwischen 0 und 1 liegen sollte. Dies entspricht einer Filterung
des Ausgangssignals mit einem Verzögerungsglied erster Ordnung.
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Die
Streckennachbildung des Piezoaktors 40 kann, wie nachfolgend
dargestellt wird, noch genauer an dessen reales Verhalten angepasst
werden: So kann beispielsweise ein nicht lineares Verhalten des
Piezoaktors 40 durch einen in gleicher Weise nicht linearen
Integrator 52 nachgebildet werden und/oder es können Hystereseffekte
durch Einfügen
eines Hystereseglieds 60 in die Streckennachbildung berücksichtigt
werden (vgl. 7).
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Es
sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass die oben angegebenen
Verfahren in Form eines Computerprogramms auf einem Speicher der
Steuer- und/oder Regeleinrichtung 20 abgelegt sind.
