DE102007059115B4 - Method for operating a piezoelectric actuator - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Betreiben eines piezoelektrischen Aktors (12), insbesondere eines Kraftstoffeinspritzventils (10) einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, bei dem in Abhängigkeit einer elektrischen Kapazität des Aktors (12) und mindestens eines Sollwertes einer Sollspannung (Usoll) für den Betrieb des Aktors (12) mindestens eine Ansteuergröße (Ichmax') zur Beaufschlagung des Aktors (12) ermittelt wird, wobei bei der Ermittlung der mindestens einen Ansteuergröße (Ichmax') eine Temperaturabhängigkeit der Kapazität des Aktors (12) und/oder sich auf die Aktorkapazität auswirkende Exemplarstreuungen berücksichtigt werden, wobei die Sollspannung (Usoll) mit einer Istspannung (Uist) verglichen wird, um eine Regeldifferenz (e1) zu ermitteln, und wobei die Regeldifferenz (e1) bei der Ermittlung der Ansteuergröße (Ichmax''') berücksichtigt wird, wobei die Regeldifferenz (e1) einem mindestens einen Integralanteil aufweisenden Regelglied (PI1) zugeführt wird, und dass der Integralanteil des Regelglieds (PI1) mit einem zuvor gespeicherten Integralanteilwert initialisiert wird.Method for operating a piezoelectric actuator (12), in particular a fuel injection valve (10) of an internal combustion engine of a motor vehicle, in which, depending on an electrical capacitance of the actuator (12) and at least one setpoint value of a setpoint voltage (Usoll) for operating the actuator (12) at least one control variable (Ichmax ') for acting on the actuator (12) is determined, with the determination of the at least one control variable (Ichmax') taking into account a temperature dependency of the capacitance of the actuator (12) and / or specimen variations affecting the actuator capacitance, The nominal voltage (Usoll) is compared with an actual voltage (Uist) in order to determine a control difference (e1), and the control difference (e1) is taken into account when determining the control variable (Ichmax '' '), the control difference (e1 ) is fed to a control element (PI1) having at least one integral component, and that the integral component of Re gel link (PI1) is initialized with a previously stored integral component value.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines piezoelektrischen Aktors, insbesondere eines Kraftstoffeinspritzventils einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, bei dem in Abhängigkeit einer elektrischen Kapazität des Aktors und mindestens eines Sollwertes für den Betrieb des Aktors, insbesondere einer Sollspannung und/oder einer Soll-Ladezeit, mindestens eine Ansteuergröße zur Beaufschlagung des Aktors ermittelt wird.The invention relates to a method for operating a piezoelectric actuator, in particular a fuel injection valve of an internal combustion engine of a motor vehicle, in which, depending on an electrical capacitance of the actuator and at least one setpoint for operating the actuator, in particular a setpoint voltage and / or a setpoint charging time, at least a control variable for acting on the actuator is determined.

Die Erfindung betrifft ferner ein Steuergerät und ein Computerprogramm für ein Steuergerät.The invention also relates to a control device and a computer program for a control device.

Betriebsverfahren der eingangs genannten Art weisen den Nachteil auf, dass eine unzureichende Anpassung an sich ändernde Umgebungsbedingungen während des Betriebs des piezoelektrischen Aktors und an beispielsweise fertigungsbedingte Exemplarstreuungen gegeben ist, weil für die elektrische Kapazität des Aktors üblicherweise ein Standardwert fest vorgegeben wird, der insbesondere bei sich ändernden Umgebungsbedingungen zu einer nicht mehr vernachlässigbaren Abweichung von den tatsächlichen Eigenschaften des Aktors führt. Ein Regelungsmechanismus zur Einregelung des Sollwerts für den Betrieb des Aktors kann aufgrund dieser unzureichenden Anpassung der herkömmlichen Verfahren an sich ändernde Umgebungsbedingungen beziehungsweise Exemplarstreuungen daher nur verhältnismäßig langsam die gewünschten Sollwerte einstellen. Mitunter treten bei den herkömmlichen Verfahren zeitweise derart große Abweichungen zwischen Soll- und Istwerten auf, dass Überwachungsfunktionen aktiviert werden, die eine Flexibilität bei dem Betrieb des Aktors einschränken oder den Aktor sogar deaktivieren.Operating methods of the type mentioned at the beginning have the disadvantage that there is insufficient adaptation to changing environmental conditions during operation of the piezoelectric actuator and to, for example, production-related specimen variations, because a standard value is usually predetermined for the electrical capacitance of the actuator, which is in particular in itself changing environmental conditions leads to a no longer negligible deviation from the actual properties of the actuator. A control mechanism for adjusting the setpoint for the operation of the actuator can therefore only set the desired setpoints relatively slowly due to this inadequate adaptation of the conventional methods to changing environmental conditions or specimen variations. Occasionally, with the conventional methods, such large deviations between setpoint and actual values occur at times that monitoring functions are activated that limit flexibility in the operation of the actuator or even deactivate the actuator.

Die DE 198 45 042 A1 beschreibt ein Verfahren zur Diagnose eines Piezoaktors. Aus der Aktorspannung, dem Aktorstrom oder der Aktorladung wird durch Auswerten der Abweichung der ermittelten Werte von vorgegebenen Vergleichswerten auf eine fehlerhafte Funktionsweise des Aktors und dessen Zuleitung geschlossen. Dies sind insbesondere kurzfristige oder dauerhafte Unterbrechungen, Kurzschlüsse innerhalb des Aktors oder dessen Zuleitungen. Ferner werden zu kleine Kapazitätswerte erkannt. Eine Regelung der Sollspannung bzw. der Sollladezeit und eine Auswertung eines Integralanteils dieses Reglers ist hier nicht vorgesehen.the DE 198 45 042 A1 describes a method for diagnosing a piezo actuator. From the actuator voltage, the actuator current or the actuator charge, by evaluating the deviation of the determined values from specified comparison values, a defective functioning of the actuator and its supply line is concluded. These are in particular short-term or permanent interruptions, short circuits within the actuator or its supply lines. In addition, capacitance values that are too small are recognized. A regulation of the target voltage or the target charging time and an evaluation of an integral component of this controller is not provided here.

Die DE 10 2006 011 725 A1 beschreibt ebenfalls ein Verfahren zur Ansteuerung eines Piezoaktors als Stellantrieb. Der Piezoaktor wird mit einem elektrischen Kalibrierimpuls beaufschlagt, der abhängig von mindestens einer Betriebsgröße ermittelt wird. Während des Kalibrierpulses wird eine dem Piezoaktor zugeführte elektrische Ladung und eine an diesem abfallende elektrische Spannung ermittelt. Abhängig von der zugeführten elektrischen Ladung, der abfallenden elektrischen Spannung, vorgegebener Steifigkeit der Verankerung, des Gehäuses und des Schaltventils und weiteren Größen wird mindestens ein Ansteuerparameter zum Ansteuern des Piezoaktors angepasst.the DE 10 2006 011 725 A1 also describes a method for controlling a piezo actuator as an actuator. An electrical calibration pulse is applied to the piezo actuator, which is determined as a function of at least one operating variable. During the calibration pulse, an electrical charge supplied to the piezo actuator and an electrical voltage drop across it are determined. Depending on the electrical charge supplied, the falling electrical voltage, the specified rigidity of the anchorage, the housing and the switching valve and other variables, at least one control parameter is adapted to control the piezo actuator.

Die DE 10 2005 025 415 A1 beschreibt ein Verfahren zur Ansteuerung eines Piezoaktors. Während dem Zuführen oder Entnehmen der elektrischen Größe wird ein auf die Spannung des Piezoaktors bezogener Verlauf der elektrischen Kapazität des Piezoaktors, abhängig von der elektrischen Spannung und der Ladung, ermittelt.the DE 10 2005 025 415 A1 describes a method for controlling a piezo actuator. During the supply or removal of the electrical variable, a curve of the electrical capacitance of the piezo actuator related to the voltage of the piezo actuator is determined as a function of the electrical voltage and the charge.

Die DE 10 2004 012 428 A1 beschreibt ebenfalls ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einer Vielzahl von Zylindern. Dabei wird ein Verfahren zur Überwachung des Energieverbrauchs beschrieben, um eine Überlastung des im Steuergerät verbauten DC/DC-Wandlers zu vermeiden. Hierzu wird die von allen Aktoren der Brennkraftmaschine verbrauchte mittlere elektrische Leistung erfasst. Übersteigt diese eine vorgegebene Sollleistung, so wird die Leistung des Steuergeräts reduziert.the DE 10 2004 012 428 A1 also describes a method for operating an internal combustion engine having a plurality of cylinders. A method for monitoring energy consumption is described in order to avoid overloading the DC / DC converter installed in the control unit. For this purpose, the average electrical power consumed by all actuators of the internal combustion engine is recorded. If this exceeds a specified target output, the output of the control unit is reduced.

Die DE 103 36 639 A1 beschreibt ein Verfahren zur Funktionsdiagnose eines Piezoaktors eines Kraftstoffzumesssystems. Hierzu wird der Piezoaktor unter einer vorgebbaren elektrischen Spannung aufgeladen. Die sich bei dieser Spannung ergebene Ladungsmenge wird mit einer bei dieser Spannung zu erwartenden Sollladungsmenge verglichen. Weichen diese beiden voneinander ab, so wird auf eine Fehlfunktion des Piezoaktors bzw. der Leistungsendstufe geschlossen.the DE 103 36 639 A1 describes a method for the functional diagnosis of a piezo actuator of a fuel metering system. For this purpose, the piezo actuator is charged with a specifiable electrical voltage. The amount of charge resulting from this voltage is compared with a nominal amount of charge to be expected at this voltage. If these two deviate from one another, a malfunction of the piezo actuator or the power output stage is concluded.

Die DE 198 45 037 A1 beschreibt ein Verfahren zur Ansteuerung eines kapazitiven Aktors. Toleranzen von Bauteilen, insbesondere der Kapazität des Ladekondensators und der Induktivität der Umschwingspule werden dadurch berücksichtigt, dass diese am Bandende erfasst und im Ansteuerverfahren berücksichtigt werden. Einflüsse während des Betriebs, wie beispielsweise Temperatureinflüsse oder Alterung der Bauteile werden bei dieser Lösung nicht berücksichtigt.the DE 198 45 037 A1 describes a method for controlling a capacitive actuator. Tolerances of components, in particular the capacitance of the charging capacitor and the inductance of the ringing coil, are taken into account in that they are recorded at the end of the strip and taken into account in the control process. Influences during operation, such as temperature influences or aging of the components, are not taken into account in this solution.

Die DE 196 52 807 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ansteuerung eines Piezoaktors. Bei dem hier beschriebenen Verfahren werden Temperatureinflüsse auf den Hub des Piezoaktors dadurch vermindert, dass auf eine bestimmte Energie anstelle einer bestimmten Spannung geladen wird. Eine entsprechende Vorgehensweise wird auch in der DE 10 2004 030 249 A1 beschrieben.the DE 196 52 807 A1 describes a method and a device for controlling a piezo actuator. In the method described here, temperature influences on the stroke of the piezo actuator are reduced by charging to a specific energy instead of a specific voltage. A corresponding procedure is also provided in the DE 10 2004 030 249 A1 described.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Dementsprechend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Betriebsverfahren, ein Steuergerät und ein Computerprogramm der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass auch unter sich ändernden Umgebungsbedingungen und bei dem Auftreten von Exemplarstreuungen ein zuverlässiges und schnelles Einregeln der gewünschten Sollwerte möglich ist.Accordingly, it is the object of the present invention to improve an operating method, a control unit and a computer program of the type mentioned at the outset so that reliable and rapid adjustment of the desired setpoint values is possible even under changing environmental conditions and when specimen scatter occurs.

Diese Aufgabe wird bei dem Betriebsverfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass bei der Ermittlung der mindestens einen Ansteuergröße eine Temperaturabhängigkeit der Kapazität des Aktors und/oder sich auf die Aktorkapazität auswirkende Exemplarstreuungen berücksichtigt werden. Dabei ist vorgesehen, dass die Sollspannung mit einer Istspannung verglichen wird, um eine Regeldifferenz zu ermitteln, und dass die Regeldifferenz bei der Ermittlung der Ansteuergröße berücksichtigt wird. Hierbei ist erfindungsgemäß ferner vorgesehen, dass die Regeldifferenz einem mindestens einen Integralanteil aufweisenden Regelglied zugeführt wird, beispielsweise einem PI (proportional/integral)-Regler, und dass der Integralanteil des Regelglieds mit einem zuvor gespeicherten Integralanteilwert initialisiert wird.This object is achieved according to the invention in the operating method of the type mentioned at the outset in that, when determining the at least one control variable, a temperature dependency of the capacitance of the actuator and / or specimen variations affecting the actuator capacitance are taken into account. It is provided that the setpoint voltage is compared with an actual voltage in order to determine a control difference, and that the control difference is taken into account when determining the control variable. The invention also provides that the control difference is fed to a control element having at least one integral component, for example a PI (proportional / integral) controller, and that the integral component of the control element is initialized with a previously stored integral component value.

Nach einem Gesichtspunkt der Erfindung ist vorgesehen eine Initialisierung mit einem Integralanteilwert vorzunehmen, der in einem vorangehenden Betriebszyklus ermittelt worden ist.According to one aspect of the invention, provision is made for initialization to be carried out with an integral component value which was determined in a previous operating cycle.

Im Gegensatz zu herkömmlichen Betriebsverfahren, die für die Kapazität des Aktors einen festen Wert annehmen, der einer definierten Betriebstemperatur entspricht, ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren somit vorteilhaft, auch Änderungen der Betriebstemperatur des Aktors oder den Einfluss von Exemplarstreuungen auf die tatsächliche Kapazität des Aktors während seines Betriebs zu berücksichtigen. Dadurch wird insbesondere die Regelgüte von zur Ansteuerung des Aktors verwendeten Regelkreisen verbessert und somit ein schnelleres Einregeln als bei den herkömmlichen Verfahren auch unter solchen Betriebsbedingungen erreicht, die von der definierten Betriebstemperatur abweichen.In contrast to conventional operating methods, which assume a fixed value for the capacity of the actuator that corresponds to a defined operating temperature, the method according to the invention thus advantageously also enables changes in the operating temperature of the actuator or the influence of specimen variations on the actual capacity of the actuator during its operation to consider. In particular, this improves the control quality of the control loops used to control the actuator and thus a faster adjustment than with conventional methods is achieved even under those operating conditions that deviate from the defined operating temperature.

Durch die erfindungsgemäß ermöglichte präzisere Ansteuerung des Aktors können z.B. insbesondere Mengenfehler bei Kraftstoffeinspritzungen vermieden werden. Auch ein unerwünschtes Auslösen von Überwachungs- bzw. Diagnosefunktionen ist durch den Einsatz des erfindungsgemäßen Prinzips vermeidbar.Due to the more precise control of the actuator made possible according to the invention, for example quantity errors in particular during fuel injections can be avoided. An undesired triggering of monitoring or diagnostic functions can also be avoided by using the principle according to the invention.

Die Exemplarstreuungen der piezoelektrischen Aktoren hinsichtlich ihrer Aktorkapazität können beispielsweise bereits während einer Fertigung eines entsprechenden Kraftstoffeinspritzventils ermittelt werden und in Form eines Abgleichwerts in einem nicht flüchtigen Speicher wie beispielsweise einem EEPROM für den späteren Gebrauch abgelegt werden. Der Abgleichwert kann analog zu der die Temperaturabhängigkeit der Kapazität des Aktors repräsentierenden Korrekturgröße mit der erfindungsgemäß ermittelten Ansteuergröße verrechnet werden, beispielsweise durch Multiplikation oder Addition. Ebenso ist es denkbar, eine einzige Korrekturgröße zu ermitteln, die einerseits die Temperaturabhängigkeit der Kapazität des piezoelektrischen Aktors und dessen Exemplarstreuungen berücksichtigt sowie ggf. weitere Einflüsse.The sample variations of the piezoelectric actuators with regard to their actuator capacitance can for example already be determined during the manufacture of a corresponding fuel injection valve and stored in the form of an adjustment value in a non-volatile memory such as an EEPROM for later use. Analogously to the correction variable representing the temperature dependency of the capacitance of the actuator, the adjustment value can be offset against the control variable determined according to the invention, for example by multiplication or addition. It is also conceivable to determine a single correction variable which, on the one hand, takes into account the temperature dependency of the capacitance of the piezoelectric actuator and its specimen variations, as well as other influences, if applicable.

Im Gegensatz zu herkömmlichen Betriebsverfahren, welche den Integralanteil stets mit dem Wert Null initialisieren, und die lange Einregelungszyklen erfordern, ist bei dieser Erfindungsvariante der Vorteil gegeben, dass basierend auf einem zuvor ermittelten Integralanteilwert, der mit der besonderen Temperaturabhängigkeit beziehungsweise Exemplarstreuung des tatsächlich verwendeten piezoelektrischen Aktors korrespondiert, eine solche Initialisierung des Reglers möglich ist, die zu einem verhältnismäßig schnellen Einregelvorgang führt.In contrast to conventional operating methods, which always initialize the integral component with the value zero, and which require long adjustment cycles, this variant of the invention has the advantage that, based on a previously determined integral component value, which is related to the particular temperature dependency or model variance of the piezoelectric actuator actually used corresponds, such an initialization of the controller is possible, which leads to a relatively fast adjustment process.

Weil der Integralanteilwert u.a. mit der aktuellen Temperatur des Aktors korrespondiert, ist es zweckmäßig, ihn vor der Speicherung für eine zukünftige Initialisierung des Reglers auf eine Bezugstemperatur zu normieren, so dass der gespeicherte Integralanteilwert später bei einer anderen Aktortemperatur in einfacher Weise von der Bezugstemperatur auf die dann vorliegende Aktortemperatur umgerechnet werden kann.Because the integral component value corresponds, among other things, to the current temperature of the actuator, it is advisable to normalize it to a reference temperature before storing it for future initialization of the controller, so that the stored integral component value can be easily changed from the reference temperature to the later at a different actuator temperature then the current actuator temperature can be converted.

Von besonderer Bedeutung ist die Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens in Form eines Computerprogramms, das auf einem Computer beziehungsweise einer Recheneinheit eines Steuergeräts ablauffähig und zur Ausführung des Verfahrens geeignet ist. Das Computerprogramm kann beispielsweise auf einem elektronischen Speichermedium abgespeichert sein, wobei das Speichermedium seinerseits zum Beispiel in dem Steuergerät enthalten sein kann.Of particular importance is the implementation of the method according to the invention in the form of a computer program that can be run on a computer or a computing unit of a control device and is suitable for executing the method. The computer program can be stored, for example, on an electronic storage medium, the storage medium in turn being contained in the control device, for example.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.Further advantages, features and details emerge from the following description, in which various exemplary embodiments of the invention are shown with reference to the drawing. The features mentioned in the claims and in the description can each be essential to the invention individually or in any combination.

FigurenlisteFigure list

In der Zeichnung zeigt:

  • 1 eine schematische Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines Kraftstoffeinspritzventils zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
  • 2 ein Funktionsdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens,
  • 3 ein Funktionsdiagramm einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens, und
  • 4a und 4bFunktionsdiagramme einer dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens.
In the drawing shows:
  • 1 a schematic sectional illustration of an exemplary embodiment of a fuel injection valve for carrying out the method according to the invention,
  • 2 a functional diagram of an embodiment of the operating method according to the invention,
  • 3 a functional diagram of a further embodiment of the operating method according to the invention, and
  • 4a and 4th bFunctional diagrams of a third embodiment of the operating method according to the invention.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

In der 1 ist ein als Kraftstoffeinspritzventil 10 ausgebildetes Einspritzventil einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs dargestellt, das mit einem piezoelektrischen Aktor 12 versehen ist. Der piezoelektrische Aktor 12 wird - wie in 1 durch den Pfeil angedeutet - von einem Steuergerät 20 angesteuert. Weiterhin weist das Kraftstoffeinspritzventil 10 eine Ventilnadel 13 auf, die auf einem Ventilsitz 14a im Inneren des Gehäuses des Kraftstoffeinspritzventils 10 aufsitzen kann.In the 1 is used as a fuel injector 10 designed injection valve of an internal combustion engine of a motor vehicle shown, which with a piezoelectric actuator 12th is provided. The piezoelectric actuator 12th will - as in 1 indicated by the arrow - from a control unit 20th controlled. Furthermore, the fuel injection valve 10 a valve needle 13th on that on a valve seat 14a inside the housing of the fuel injector 10 can sit up.

Ist die Ventilnadel 13 von dem Ventilsitz 14a abgehoben, so ist das Kraftstoffeinspritzventil 10 geöffnet und es wird Kraftstoff eingespritzt. Dieser Zustand ist in der 1 dargestellt. Ein vollständig geöffneter Zustand des Kraftstoffeinspritzventils 10 ist dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilnadel 13 an einem in dem Bereich 14b angeordneten und nicht näher dargestellten Nadelhubanschlag anliegt, der eine weitere Bewegung der Ventilnadel 13 weg von ihrem Ventilsitz 14a, d. h. auf den Aktor 12 zu, verhindert. Sitzt die Ventilnadel 13 auf dem Ventilsitz 14a auf, so ist das Kraftstoffeinspritzventil 10 geschlossen. D. h., der gesamte, bei der Abbildung nach 1 vertikal verlaufende, Hubweg, den die Ventilnadel 13 zurücklegen kann, ist einerseits durch den Ventilsitz 14a (Schließposition) und andererseits durch den Nadelhubanschlag in dem Bereich 14b (Öffnungsposition) begrenzt.Is the valve needle 13th from the valve seat 14a lifted off, so is the fuel injector 10 opened and fuel is injected. This state is in the 1 shown. A fully open condition of the fuel injector 10 is characterized in that the valve needle 13th at one in the field 14b arranged and not shown in detail, the needle stroke stop, the further movement of the valve needle 13th away from their valve seat 14a , ie on the actuator 12th to, prevented. The valve needle is seated 13th on the valve seat 14a on so is the fuel injector 10 closed. That is, the entire, in the illustration after 1 vertically running, stroke that the valve needle 13th can cover is on the one hand through the valve seat 14a (Closed position) and on the other hand by the needle stroke stop in the area 14b (Opening position) limited.

Der Übergang von dem geschlossenen in den geöffneten Zustand wird mithilfe des piezoelektrischen Aktors 12 bewirkt. Hierzu wird eine nachfolgend auch als Aktorspannung U bezeichnete elektrische Spannung an den Aktor 12 angelegt, die eine Längenänderung eines in dem Aktor 12 angeordneten Piezostapels hervorruft, welche ihrerseits zum Öffnen beziehungsweise Schließen des Kraftstoffeinspritzventils 10 ausgenutzt wird.The transition from the closed to the open state is made with the aid of the piezoelectric actuator 12th causes. For this purpose, an electrical voltage, also referred to below as actuator voltage U, is applied to the actuator 12th created that a change in length of a in the actuator 12th arranged piezo stack causes, which in turn to open or close the fuel injection valve 10 is exploited.

Das Kraftstoffeinspritzventil 10 weist ferner einen hydraulischen Koppler 15 auf. Der hydraulische Koppler 15 ist innerhalb des Kraftstoffeinspritzventils 10 angeordnet und weist ein Kopplergehäuse 16 auf, in dem zwei Kolben 17, 18 geführt sind. Der Kolben 17 ist mit dem Aktor 12 und der Kolben 18 ist mit der Ventilnadel 13 verbunden. Zwischen den beiden Kolben 17, 18 ist ein Volumen 19 eingeschlossen, das die Übertragung der von dem Aktor 12 ausgeübten Kraft auf die Ventilnadel 13 bewerkstelligt.The fuel injector 10 also has a hydraulic coupler 15th on. The hydraulic coupler 15th is inside the fuel injector 10 arranged and has a coupler housing 16 on, in which two flasks 17th , 18th are led. The piston 17th is with the actuator 12th and the piston 18th is with the valve needle 13th tied together. Between the two pistons 17th , 18th is a volume 19th including the transmission of the from the actuator 12th exerted force on the valve needle 13th accomplished.

Der Koppler 15 ist von unter Druck stehendem Kraftstoff 11 umgeben. Das Volumen 19 ist ebenfalls mit Kraftstoff gefüllt. Über die Führungsspalte zwischen den beiden Kolben 17, 18 und dem Kopplergehäuse 16 kann sich das Volumen 19 über einen längeren Zeitraum hinweg an die jeweils vorhandene Länge des Aktors 12 anpassen. Bei kurzzeitigen Änderungen der Länge des Aktors 12 bleibt das Volumen 19 jedoch nahezu unverändert und die Änderung der Länge des Aktors 12 wird auf die Ventilnadel 13 übertragen.The coupler 15th is from pressurized fuel 11 surround. The volume 19th is also filled with fuel. Via the guide gap between the two pistons 17th , 18th and the coupler housing 16 can increase the volume 19th over a longer period of time to the respective existing length of the actuator 12th adjust. For short-term changes in the length of the actuator 12th remains the volume 19th however, almost unchanged and the change in the length of the actuator 12th is on the valve needle 13th transfer.

2 zeigt ein Funktionsdiagramm zur Realisierung einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens. 2 shows a function diagram for realizing a first embodiment of the operating method according to the invention.

Aus den Eingangsgrößen Usoll, Uist, Tchsoll werden hierbei die Ausgangsgrößen Ichmax, Tppch ermittelt.The output variables Ichmax, Tppch are determined from the input variables Usoll, Uist, Tchsoll.

Bei der Eingangsgröße Usoll handelt es sich um eine Sollspannung, auf die der piezoelektrische Aktor 12 (1) bei einem zukünftigen Ansteuervorgang aufgeladen werden soll. Die Eingangsgröße Uist repräsentiert eine beispielsweise messtechnisch erfasste tatsächliche Spannung, die an dem piezoelektrischen Aktor 12 anliegt. Die Eingangsgröße Tchsoll gibt einen Sollwert für die Ladezeit an, in der der Aktor 12 aufgeladen werden soll.The input variable Usoll is a nominal voltage to which the piezoelectric actuator is applied 12th ( 1 ) should be charged during a future activation process. The input variable Uist represents, for example, an actual voltage detected by measurement that is applied to the piezoelectric actuator 12th is present. The input variable Tchsoll specifies a setpoint for the charging time in which the actuator 12th should be charged.

Wie aus 2 ersichtlich ist, wird durch den Addierer a1 aus der Sollspannung Usoll und der Istspannung Uist eine Regeldifferenz e1 gebildet, die dem nachfolgenden Regelglied PI1 zugeführt wird. Bei dem Regelglied PI1 handelt es sich beispielsweise um einen Regler mit proportional-integral-Charakteristik. Das Regelglied PI1 transformiert die ihm eingangsseitig zugeführte Regeldifferenz e1 in einen entsprechenden Spannungswert Ue1, der in dem Addierer a3 zu einer kraftstoffdruckkorrigierten Sollspannung Usoll' hinzuaddiert wird.How out 2 is seen by the adder a1 a control difference from the setpoint voltage Usoll and the actual voltage Uist e1 formed, the subsequent control element PI1 is fed. With the control element PI1 it is, for example, a controller with proportional-integral characteristics. The control element PI1 transforms the control difference supplied to it on the input side e1 into a corresponding voltage value Ue1 that is in the adder a3 is added to a fuel pressure corrected nominal voltage Usoll '.

Die korrigierte Sollspannung Usoll' wird ausgangsseitig des Addierers a2 erhalten, der die Eingangsgröße Usoll mit einer Korrekturspannung ΔUrail addiert. Die Korrekturspannung ΔUrail wird in dem Funktionsblock F1, bei dem es sich beispielsweise um eine Kennlinie handeln kann, in Abhängigkeit des Kraftstoffdrucks prail gebildet und ermöglicht dementsprechend eine Berücksichtigung des Kraftstoffdrucks bei der Bildung der Ausgangsgrößen.The corrected setpoint voltage Usoll 'is used on the output side of the adder a2 obtained, which adds the input variable Usoll with a correction voltage ΔUrail. The correction voltage ΔUrail is in the function block F1 , which can be a characteristic curve, for example, is formed as a function of the fuel pressure and accordingly enables the fuel pressure to be taken into account in the formation of the output variables.

Wie bereits beschrieben addiert der Addierer a3 die korrigierte Sollspannung Usoll' und die von dem Regler PI1 gebildete Spannung Ue1, wodurch am Ausgang des Addierers a3 die Sollspannung Usoll'' erhalten wird. Zusammen mit dem Vorgabewert Tchsoll für die Ladezeit wird die Sollspannung Usoll'' dem Funktionsblock KFC zugeführt. Der Funktionsblock KFC repräsentiert die elektrische Kapazität des piezoelektrischen Aktors 12 (1) bei einer Referenztemperatur. In Abhängigkeit der eingangsseitig zugeführten Sollspannung Usoll'' und der vorgegebenen Ladezeit Tchsoll ermittelt der Funktionsblock KFC dementsprechend eine Ansteuergröße Ichmax für die Ansteuerung des piezoelektrischen Aktors 12. Bei der Ansteuergröße Ichmax handelt es sich vorliegend um einen maximalen Ladestrom, mit dem der piezoelektrische Aktor 12 während des Aufladevorgangs beaufschlagt wird.As already described, the adder adds a3 the corrected setpoint voltage Usoll 'and that of the controller PI1 formed tension Ue1 , whereby at the output of the adder a3 the nominal voltage Usoll '' is obtained. Together with the preset value Tchsoll for the charging time, the nominal voltage Usoll '' is assigned to the function block KFC fed. The function block KFC represents the electrical capacitance of the piezoelectric actuator 12th ( 1 ) at a reference temperature. The function block determines the setpoint voltage Usoll '' supplied on the input side and the specified charging time Tchsoll KFC accordingly a control variable Ichmax for the control of the piezoelectric actuator 12th . In the present case, the control variable Ichmax is a maximum charging current with which the piezoelectric actuator 12th is applied during the charging process.

Erfindungsgemäß wird die Ansteuergröße Ichmax anschließend von dem Multiplizierer m1 mit einer Korrekturgröße K1 multipliziert, die die Temperaturabhängigkeit der Kapazität des Aktors 12 berücksichtigt. Dabei wird eine korrigierte Ansteuergröße Ichmax' erhalten, die schließlich zur Ansteuerung des piezoelektrischen Aktors 12 eingesetzt wird.According to the invention, the control variable Ichmax is then obtained from the multiplier m1 with a correction variable K1 that multiplies the temperature dependence of the capacitance of the actuator 12th considered. A corrected control variable Ichmax 'is obtained, which is ultimately used to control the piezoelectric actuator 12th is used.

Die erfindungsgemäße Korrektur der Ansteuergröße Ichmax ermöglicht vorteilhaft die Verwendung des standardisierten Funktionsblocks KFC, der die Kapazität des piezoelektrischen Aktors 12 lediglich auf die Referenztemperatur bezogen angibt. Etwaige temperaturbedingte Kapazitätsänderungen, d.h. wenn die aktuelle Temperatur des Aktors 12 von der Referenztemperatur abweicht, können durch den Funktionsblock KFC nicht berücksichtigt werden. Derartige temperaturbedingte Kapazitätsänderungen werden erfindungsgemäß vielmehr durch die Korrekturgröße K1 berücksichtigt, die beispielsweise in Abhängigkeit einer messtechnisch erfassten Temperatur Tist mittels des Funktionsblocks F2, der vorliegend eine Kennlinie realisiert, erhalten wird.The correction according to the invention of the control variable Ichmax advantageously enables the use of the standardized function block KFC , which is the capacitance of the piezoelectric actuator 12th only refers to the reference temperature. Any temperature-related changes in capacity, ie if the current temperature of the actuator 12th differs from the reference temperature, can be done through the function block KFC not be taken into account. According to the invention, such temperature-related changes in capacitance are rather determined by the correction variable K1 which is taken into account, for example, as a function of a metrologically detected temperature Tist by means of the function block F2 , which in the present case realizes a characteristic curve, is obtained.

Sofern kein Messwert für die Isttemperatur Tist des piezoelektrischen Aktors 12 vorliegt, kann auch eine modellbasierte Ermittlung der Aktortemperatur durchgeführt werden, und die Korrekturgröße K1 wird in diesem Fall aus dem modellbasiert erhaltenen Temperaturwert für den piezoelektrischen Aktor 12 ermittelt.Unless there is a measured value for the actual temperature Tact of the piezoelectric actuator 12th is present, a model-based determination of the actuator temperature can also be carried out, and the correction variable K1 is in this case from the model-based temperature value for the piezoelectric actuator 12th determined.

Neben der erfindungsgemäß erhaltenen Ansteuergröße Ichmax' wird dem piezoelektrischen Aktor 12 wie aus 2 ersichtlich als weitere Ansteuergröße auch eine Pulspausenzeit Tppch für den Aufladevorgang zugeführt. Die Pulspausenzeit Tppch wird in Abhängigkeit der Soll-Ladezeit Tchsoll mittels des Funktionsblocks F3 gebildet. Bei dem Funktionsblock F3 kann es sich wiederum um eine Kennlinie handeln.In addition to the control variable Ichmax 'obtained according to the invention, the piezoelectric actuator 12th like out 2 As can be seen, a pulse pause time Tppch for the charging process is also supplied as a further control variable. The pulse pause time Tppch is set as a function of the target charging time Tchsoll by means of the function block F3 educated. With the function block F3 it can in turn be a characteristic curve.

Als dritte Ansteuergröße wird schließlich auch die Soll-Ladezeit Tchsoll zur Ansteuerung des piezoelektrischen Aktors 12 verwendet.Finally, the set charging time Tchsoll for controlling the piezoelectric actuator is also used as the third control variable 12th used.

Während der vorstehend beschriebene Bereich B1 des in 2 gezeigten Funktionsdiagramms die Ansteuergrößen für den piezoelektrischen Aktor 12 während des Aufladevorgangs bereitstellt, sind die nachstehend näher beschriebenen Funktionsblöcke des Bereichs B2 zur Steuerung des Entladevorgangs des piezoelektrischen Aktors 12 vorgesehen.While the range described above B1 of the in 2 The function diagram shown shows the control variables for the piezoelectric actuator 12th during the charging process, are the functional blocks of the area described in more detail below B2 to control the discharging process of the piezoelectric actuator 12th intended.

In dem Bereich B2 werden als Eingangsgrößen die Sollspannung Usoll sowie die Größen Tdischsoll, Tdischist verwendet. Bei der Eingangsgröße Tdischsoll handelt es sich um eine Soll-Entladezeit, die beispielsweise von dem Steuergerät 20 (1) vorgegeben wird. Die Soll-Entladezeit Tdischsoll wird, wie aus 2 ersichtlich, in dem Addierer a4 mit einer beispielsweise messtechnisch erfassten Ist-Ladezeit Tdischist verknüpft zu einer weiteren Regelabweichung e2, die dem Regler PI2 zugeführt wird. Bei dem Regler PI2 kann es sich ebenfalls bevorzugt um einen Regler mit proportional-integral-Charakteristik handeln.In that area B2 the nominal voltage Usoll and the variables Tdischsoll, Tdischist are used as input variables. The input variable Tdischsoll is a target discharge time that is obtained, for example, from the control unit 20th ( 1 ) is specified. The target discharge time Tdischsoll is how from 2 seen in the adder a4 with an actual charging time Tdisch, which is recorded by measurement, for example, is linked to a further control deviation e2 that the controller PI2 is fed. At the regulator PI2 it can also preferably be a controller with proportional-integral characteristics.

Der Bereich B2 verfügt analog zu dem Bereich B1 über einen die Kapazität des Aktors 12 bei einer Referenztemperatur repräsentierenden Funktionsblock KFC2, der vorliegend in Abhängigkeit der Sollspannung Usoll und der Soll-Entladezeit Tdischsoll einen maximalen Entladestrom Idischmax ermittelt. Bei dem maximalen Entladestrom Idischmax handelt es sich um denjenigen Entladestrom, der den piezoelektrischen Aktor 12 in der vorgebbaren Entladezeit Tdischsoll auf die vorgebbare Sollspannung Usoll entlädt. Der ermittelte Entladestrom Idischmax wird durch den mittels des Reglers PI2 erhaltenen Korrekturwert Ie2 in dem Addierer a5 korrigiert, und der hierbei erhaltene korrigierte Entladestrom Idischmax' wird anschließend in Verwirklichung des erfindungsgemäßen Prinzips um eine weitere Korrekturgröße K2 in dem Multiplizierer m2 korrigiert, wodurch schließlich der zur Ansteuerung des piezoelektrischen Aktors 12 vorgesehene maximale Entladestrom Idischmax'' erhalten wird. Die Korrekturgröße K2 ermöglicht wiederum eine Korrektur des Entladestroms Idischmax', der mittels des auf die Referenztemperatur bezogenen Funktionsblocks KFC2 erhalten worden ist.The area B2 has analogous to the area B1 about the capacity of the actuator 12th function block representing a reference temperature KFC2 , which in the present case determines a maximum discharge current Idischmax as a function of the nominal voltage Usoll and the nominal discharge time Tdischsoll. The maximum discharge current Idischmax is that discharge current which the piezoelectric actuator 12th discharges to the specifiable setpoint voltage Usoll in the specifiable discharge time Tdischsoll. The determined discharge current Idischmax is determined by means of the controller PI2 The correction value Ie2 obtained is corrected in the adder a5, and the corrected discharge current Idischmax 'obtained in this way is then increased by a further correction variable in implementation of the principle according to the invention K2 in the multiplier m2 corrected, which ultimately leads to the control of the piezoelectric actuator 12th intended maximum discharge current Idischmax '' is obtained. The correction quantity K2 in turn enables the discharge current Idischmax 'to be corrected by means of the function block related to the reference temperature KFC2 has been received.

Durch die Korrektur mit dem Faktor K2 kann daher die Berücksichtigung einer gegebenenfalls von der Referenztemperatur abweichenden Temperatur Tist auch bei dem Entladen des Aktors 12 erfolgen. Die Temperatur Tist wird durch den Funktionsblock F4 in die Korrekturgröße K2 transformiert.By correcting with the factor K2 it is therefore possible to take into account a temperature Tist that may differ from the reference temperature, even when the actuator is discharged 12th take place. The temperature Tact is determined by the function block F4 into the correction quantity K2 transformed.

Analog zu der Temperaturkompensation der Kapazität des piezoelektrischen Aktors 12 für das Aufladen in dem Bereich B1 wird demnach auch in dem zweiten Bereich B2 der Entladestrom Idischmax zunächst in Abhängigkeit eines Kapazitätsmodells des Funktionsblocks KFC2 berechnet, das auf eine festgelegte Referenztemperatur bezogen ist. Erst anschließend erfolgt im Wege der Multiplikation in dem Multiplizierer m2 eine temperaturkompensierende Korrektur des Entladestromwerts Idischmax', die eine aufgrund von Abweichungen von der Referenztemperatur von einem Standardwert abweichende elektrische Kapazität des piezoelektrischen Aktors 12 durch die Korrekturgröße K2 berücksichtigt.Analogous to the temperature compensation of the capacitance of the piezoelectric actuator 12th for the Charging in the area B1 is therefore also in the second area B2 the discharge current Idischmax initially as a function of a capacity model of the function block KFC2 calculated based on a specified reference temperature. Only then does the multiplication take place in the multiplier m2 a temperature-compensating correction of the discharge current value Idischmax ', the electrical capacitance of the piezoelectric actuator deviating from a standard value due to deviations from the reference temperature 12th by the correction variable K2 considered.

Neben dem erfindungsgemäß ermittelten maximalen Entladestrom Idischmax'' wird analog zu dem Aufladevorgang auch eine Pulspausenzeit Tppdisch für das Entladen zur Ansteuerung des piezoelektrischen Aktors 12 vorgegeben.In addition to the maximum discharge current Idischmax ″ determined according to the invention, a pulse pause time Tppdisch is also used for the discharge to control the piezoelectric actuator, analogously to the charging process 12th given.

Das Auf- und Entladen des piezoelektrischen Aktors 12 erfolgt beispielsweise derart über eine nicht abgebildete Transferinduktivität, dass in Abhängigkeit der entsprechenden Pulspausenzeit Tppch, Tppdisch ein Lade- beziehungsweise Entladestrom geschaltet wird.The charging and discharging of the piezoelectric actuator 12th takes place, for example, via a transfer inductance (not shown) in such a way that a charging or discharging current is switched as a function of the corresponding pulse pause time Tppch, Tppdisch.

3 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der wiederum aus den Eingangsgrößen Usoll, Uist, Tchsoll entsprechende Ansteuergrößen Ichmax'', Tppch zur Ansteuerung des piezoelektrischen Aktors 12 gebildet werden. 3 shows a further embodiment of the invention, in which again from the input variables Usoll, Uist, Tchsoll corresponding control variables Ichmax '', Tppch for controlling the piezoelectric actuator 12th are formed.

Im Unterschied zu der Ausführungsform gemäß 2 wird bei der Ausführungsform gemäß 3 jedoch keine Temperaturkompensation über die Funktionsblöcke F2, F4 und die Korrekturgrößen K1, K2 durchgeführt. Vielmehr wird bei der vorliegenden Ausführungsform nunmehr ein in einem nicht flüchtigen Speicher M, bei dem es sich beispielsweise um einen EEPROM-Speicher handeln kann, abgelegter Abgleichwert zur Korrektur des maximalen Ladestroms Ichmax, wie er durch den Funktionsblock KFC ermittelt wird, verwendet. Der Abgleichwert aus dem Speicher M bildet hierbei die Korrekturgröße K3, die über den Multiplizierer m1 multiplikativ mit dem maximalen Ladestrom Ichmax verknüpft wird und somit die Ansteuergröße Ichmax'' liefert. Bei dem in dem Speicher M abgelegten Abgleichwert, der mit der Korrekturgröße K3 korrespondiert, handelt es sich um einen Faktor für den maximalen Ladestrom Ichmax, der eine exemplarstreuungsbedingte Abweichung der tatsächlichen Kapazität des verwendeten piezoelektrischen Aktors 12 von der Nennkapazität repräsentiert, wie sie in dem Funktionsblock KFC allgemein zur Bildung des maximalen Ladestroms Ichmax aus der Sollspannung Usoll und dem Soll-Ladezeitwert Tchsoll vorgesehen ist.In contrast to the embodiment according to FIG 2 is in the embodiment according to 3 however, no temperature compensation via the function blocks F2 , F4 and the correction quantities K1 , K2 carried out. Rather, in the present embodiment, a memory is now stored in a non-volatile memory M. , which can be, for example, an EEPROM memory, stored adjustment value for correcting the maximum charging current Ichmax, as determined by the function block KFC is determined is used. The adjustment value from the memory M. forms the correction variable here K3 going through the multiplier m1 is multiplicatively linked with the maximum charging current Ichmax and thus delivers the control variable Ichmax ''. The one in memory M. stored adjustment value with the correction variable K3 corresponds, it is a factor for the maximum charging current Ichmax, which is a deviation of the actual capacitance of the piezoelectric actuator used due to specimen variance 12th represented by the nominal capacity as it is in the function block KFC is generally provided for the formation of the maximum charging current Ichmax from the target voltage Usoll and the target charging time value Tchsoll.

Dementsprechend kann unter Anwendung des erfindungsgemäßen Prinzips auch bei der Ausführungsform gemäß 3 für den Funktionsblock KFC nach wie vor derselbe Zusammenhang zwischen den betreffenden Eingangs- und Ausgangsgrößen verwendet werden, der sich wie bereits beschrieben auf eine speziell vorgegebene Referenztemperatur und einen Nennwert für die Aktorkapazität bezieht. Eine Anpassung an beispielsweise fertigungsbedingte Exemplarstreuungen der elektrischen Kapazität des piezoelektrischen Aktors 12 erfolgt erfindungsgemäß durch die Berücksichtigung der Korrekturgröße K3.Accordingly, using the principle according to the invention can also be used in the embodiment according to FIG 3 for the function block KFC the same relationship between the relevant input and output variables can still be used, which, as already described, relates to a specially specified reference temperature and a nominal value for the actuator capacitance. An adaptation to, for example, production-related specimen variations in the electrical capacitance of the piezoelectric actuator 12th takes place according to the invention by taking the correction variable into account K3 .

Die Korrekturgröße K3 beziehungsweise der in dem Speicher M abgelegte Wert kann beispielsweise nach einer Fertigung des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils 10 beziehungsweise des piezoelektrischen Aktors 12 ermittelt und für den späteren Gebrauch in dem Speicher M abgelegt werden.The correction quantity K3 or the one in the memory M. The stored value can, for example, after the fuel injection valve according to the invention has been manufactured 10 or the piezoelectric actuator 12th determined and stored in memory for later use M. be filed.

Analog zu der vorstehend beschriebenen Kompensation von Exemplarstreuungen bei der Kapazität des piezoelektrischen Aktors 12 für den Aufladevorgang (Bereich B1) kann auch in dem Bereich B2, der den Entladevorgang steuert, die erfindungsgemäße Korrekturgröße K3 vorgesehen sein, die mittels des Multiplizierers m2 auf die Bildung der Ansteuergröße Idischmax''' wirkt.Analogous to the above-described compensation for sample variations in the capacitance of the piezoelectric actuator 12th for charging (area B1 ) can also be in the area B2 , which controls the discharge process, the correction variable according to the invention K3 be provided by means of the multiplier m2 acts on the formation of the control variable Idischmax '''.

Die verschiedenen Korrekturwerte K1, K2, K3 sind jeweils auch miteinander kombinierbar, so dass unter Anwendung des erfindungsgemäßen Prinzips beispielsweise gleichzeitig eine Temperaturkompensation und eine Kompensation von anderweitig (z.B. durch Exemplarstreuungen) bedingten Abweichungen der Aktorkapazität realisierbar ist bei der Bildung der Ansteuergrößen.The various correction values K1 , K2 , K3 can also be combined with one another, so that using the principle according to the invention, for example, temperature compensation and compensation for other deviations in the actuator capacity caused by other (e.g. specimen variations) can be implemented when generating the control variables.

Die 4a, 4b zeigen unterschiedliche Betriebszustände einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens.the 4a , 4b show different operating states of a further embodiment of the operating method according to the invention.

Im Unterschied zu den vorstehend unter Bezugnahme auf die 2 und 3 beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung ist bei der Ausführungsform gemäß 4a, 4b kein separater Funktionsblock F2, F4 beziehungsweise ein gespeicherter Abgleichwert (vergleiche Speichereinheit M) vorgesehen.In contrast to the above with reference to the 2 and 3 described embodiments of the invention is in accordance with the embodiment 4a , 4b no separate function block F2 , F4 or a stored adjustment value (compare storage unit M. ) intended.

Ein Temperaturabweichungen beziehungsweise Exemplarstreuungen hinsichtlich der Kapazität des piezoelektrischen Aktors 12 berücksichtigender Faktor wird vielmehr direkt in Form eines Ausgangswerts KI1, KI2 der jeweiligen Regler PI1, PI2 bereitgestellt. Die Ausgangswerte KI1, KI2 werden gemäß 4a wie seither die Korrekturgrößen K1, K2, K3 mittels der Multiplizierer m1, m2 mit den jeweiligen zu korrigierenden Größen Ichmax''', Idischmax'''' verknüpft.A temperature deviations or specimen deviations with regard to the capacitance of the piezoelectric actuator 12th Rather, the factor to be taken into account is provided directly in the form of an initial value KI1 , KI2 the respective controller PI1 , PI2 provided. The initial values KI1 , KI2 will be according to 4a like the correction variables since then K1 , K2 , K3 by means of the multiplier m1 , m2 linked to the respective variables to be corrected Ichmax ''',Idischmax''''.

Dieser Erfindungsvariante liegt die Beobachtung zugrunde, dass der Integralanteil der Regler PI1, PI2 nach dem Abschluss eines Einregelvorgangs im Wesentlichen den Kapazitätstoleranzen des piezoelektrischen Aktors 12, die einerseits durch Exemplarstreuung und andererseits beispielsweise durch den Temperaturgang der Kapazität bedingt sind, entspricht. Das heißt, die den Integralanteil des betreffenden Reglers PI1, PI2 repräsentierenden Ausgangswerte KI1, KI2 wirken im Sinne einer Korrekturgröße über die Multiplizierer m1, m2 direkt auf die zu beeinflussenden Ansteuergrößen.This variant of the invention is based on the observation that the integral component of the controller PI1 , PI2 after the completion of a regulation process, essentially the capacitance tolerances of the piezoelectric actuator 12th which are conditioned on the one hand by specimen variance and on the other hand, for example, by the temperature variation of the capacitance. That is, the integral part of the controller in question PI1 , PI2 representative output values KI1 , KI2 act in the sense of a correction variable via the multipliers m1 , m2 directly on the control variables to be influenced.

4a zeigt hierbei eine Situation, wie sie nach einem Abschluss des Einregelvorgangs der betreffenden Ansteuergröße Ichmax''', Idischmax'''' gegeben ist. Dabei werden die Ausgangswerte KI1, KI2 der Regler PI1, PI2 nicht nur den Multiplizieren m1, m2 zur Echtzeit-Korrektur der Ansteuergrößen Ichmax'''', Idischmax'''' zur Verfügung gestellt, sondern die Ausgangswerte KI1, KI2 werden gleichzeitig dem Funktionsblock TG zugeführt, der einen Temperaturgang der Kapazität des piezoelektrischen Aktors 12 bezogen auf die definierte Referenztemperatur modelliert. 4a shows a situation as it is given after completion of the adjustment process of the relevant control variable Ichmax ''',Idischmax''''. The initial values KI1 , KI2 the regulator PI1 , PI2 not just multiplying m1 , m2 for real-time correction of the control variables Ichmax '''', Idischmax '''', but the output values KI1 , KI2 are simultaneously the function block TG fed, the temperature variation of the capacitance of the piezoelectric actuator 12th Modeled based on the defined reference temperature.

Durch den Funktionsblock TG werden die in Form der Korrekturgrößen KI1, KI2 vorliegenden Integralanteile der Regler PI1, PI2, die auf die aktuelle Temperatur des Aktors 12 bezogen sind, umgerechnet auf solche Korrekturfaktoren, die sich auf die vorgebbare Referenztemperatur beziehen. Die auf diese Weise normierten Werte werden schließlich in dem nicht flüchtigen Speicher M abgelegt.Through the function block TG are in the form of the correction values KI1 , KI2 present integral components of the controller PI1 , PI2 that refer to the current temperature of the actuator 12th are related, converted to those correction factors that relate to the specifiable reference temperature. The values normalized in this way are finally stored in the non-volatile memory M. filed.

4b zeigt das Funktionsdiagramm der 4a in einer weiteren Betriebssituation, der Inbetriebnahme der erfindungsgemäßen Reglerstruktur, beispielsweise nach einer vorangehenden Deaktivierung. Erfindungsgemäß werden die zuvor aus den Integralanteilen ermittelten Korrekturwerte KI1, KI2 beziehungsweise hiermit korrespondierende, auf die Referenztemperatur normierte Größen aus dem nicht flüchtigen Speicher M in den Funktionsblock TG geladen, wo sie unter Berücksichtigung der aktuellen Temperatur Tist des piezoelektrischen Aktors 12 in entsprechende Korrekturwerte umgerechnet werden, um in dieser Form zur Initialisierung der Integralanteile der Regler PI1, PI2 verwendet zu werden, vgl. die Pfeile von dem Funktionsblock TG zu den Reglern PI1, PI2. 4b shows the functional diagram of 4a in a further operating situation, the commissioning of the controller structure according to the invention, for example after a previous deactivation. According to the invention, the correction values previously determined from the integral components are used KI1 , KI2 or corresponding variables standardized to the reference temperature from the non-volatile memory M. in the function block TG loaded where it takes into account the current temperature Tist of the piezoelectric actuator 12th can be converted into corresponding correction values in order to initialize the integral components of the controller in this form PI1 , PI2 to be used, see the arrows from the function block TG to the controllers PI1 , PI2 .

Auf diese Weise ist vorteilhaft eine gezielte Initialisierung der Regler PI1, PI2 möglich, die einen besonders schnellen Einregelvorgang unter Berücksichtigung der tatsächlichen Temperatur und daher auch der tatsächlichen momentanen Kapazität des piezoelektrischen Aktors 12 erlaubt. Damit ist es vorteilhaft möglich, bereits für die ersten Ansteuerungen des Kraftstoffeinspritzventils 10 (1) nahezu optimale Ansteuerparameter zu erhalten, um präzise Kraftstoffeinspritzungen vornehmen zu können, wodurch Mengenfehler vermieden werden und insbesondere auch ein unerwünschtes Auslösen von Überwachungsfunktionen ausbleibt.Targeted initialization of the controller is advantageous in this way PI1 , PI2 possible that a particularly fast adjustment process taking into account the actual temperature and therefore also the actual instantaneous capacitance of the piezoelectric actuator 12th permitted. It is thus advantageously possible for the first actuations of the fuel injection valve 10 ( 1 ) to obtain almost optimal control parameters in order to be able to carry out precise fuel injections, as a result of which quantity errors are avoided and, in particular, there is also no unwanted triggering of monitoring functions.

Wie bereits beschrieben, kann alternativ oder ergänzend auch eine modellbasiert ermittelte Temperatur des piezoelektrischen Aktors 12 verwendet werden, um die vorstehend beschriebene Betriebsweise des Funktionsblocks TG zu ermöglichen.As already described, a model-based temperature of the piezoelectric actuator can alternatively or additionally also be used 12th can be used to perform the previously described mode of operation of the function block TG to enable.

Unter Verwendung des erfindungsgemäßen Prinzips sind demnach hochgenaue Kraftstoffeinspritzungen möglich, welche auch die Verminderung von Emissionen und Geräuschentwicklung während des Betriebs einer das Kraftstoffeinspritzventil 10 enthaltenden Brennkraftmaschine bedingen. Das von herkömmlichen Systemen bekannte Auslösen von Überwachungs- bzw. Diagnosefunktionen insbesondere in solchen Fällen, wenn sich die kapazitätsbeeinflussenden Effekte der Umgebungstemperatur und Exemplarstreuung konstruktiv überlagern, kann durch Anwendung des erfindungsgemäßen Prinzips vorteilhaft vermieden werden.Using the principle according to the invention, highly precise fuel injections are accordingly possible, which also reduce emissions and noise development during the operation of the fuel injection valve 10 Condition containing internal combustion engine. The triggering of monitoring or diagnostic functions, known from conventional systems, particularly in cases when the capacitance-influencing effects of the ambient temperature and specimen variance are constructively superimposed, can advantageously be avoided by using the principle according to the invention.

Claims (6)

Verfahren zum Betreiben eines piezoelektrischen Aktors (12), insbesondere eines Kraftstoffeinspritzventils (10) einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, bei dem in Abhängigkeit einer elektrischen Kapazität des Aktors (12) und mindestens eines Sollwertes einer Sollspannung (Usoll) für den Betrieb des Aktors (12) mindestens eine Ansteuergröße (Ichmax') zur Beaufschlagung des Aktors (12) ermittelt wird, wobei bei der Ermittlung der mindestens einen Ansteuergröße (Ichmax') eine Temperaturabhängigkeit der Kapazität des Aktors (12) und/oder sich auf die Aktorkapazität auswirkende Exemplarstreuungen berücksichtigt werden, wobei die Sollspannung (Usoll) mit einer Istspannung (Uist) verglichen wird, um eine Regeldifferenz (e1) zu ermitteln, und wobei die Regeldifferenz (e1) bei der Ermittlung der Ansteuergröße (Ichmax''') berücksichtigt wird, wobei die Regeldifferenz (e1) einem mindestens einen Integralanteil aufweisenden Regelglied (PI1) zugeführt wird, und dass der Integralanteil des Regelglieds (PI1) mit einem zuvor gespeicherten Integralanteilwert initialisiert wird.Method for operating a piezoelectric actuator (12), in particular a fuel injection valve (10) of an internal combustion engine of a motor vehicle, in which, depending on an electrical capacitance of the actuator (12) and at least one setpoint value of a setpoint voltage (Usoll) for operating the actuator (12) at least one control variable (Ichmax ') for acting on the actuator (12) is determined, with the determination of the at least one control variable (Ichmax') taking into account a temperature dependency of the capacitance of the actuator (12) and / or specimen variations affecting the actuator capacitance, The nominal voltage (Usoll) is compared with an actual voltage (Uist) in order to determine a control difference (e1), and the control difference (e1) is taken into account when determining the control variable (Ichmax '' '), the control difference (e1 ) is fed to a control element (PI1) having at least one integral component, and that the integral component of Re gel link (PI1) is initialized with a previously saved integral component value. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zuvor gespeicherte Integralanteilwert in einem vorangehenden Betriebszyklus ermittelt worden ist.Procedure according to Claim 1 , characterized in that the previously stored integral component value was determined in a previous operating cycle. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Integralanteilwert am Ende eines Betriebszyklus des Aktors (12) gespeichert wird.Procedure according to Claim 1 or 2 , characterized in that the integral component value is stored at the end of an operating cycle of the actuator (12). Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Integralanteilwert vor dem Speichern auf eine vorgebbare Bezugstemperatur normiert wird, und dass der normierte gespeicherte Integralanteilwert vor der Verwendung zur Initialisierung des Regelglieds (PI1) von der Bezugstemperatur auf die momentane Temperatur des Aktors (12) umgerechnet wird.Procedure according to Claim 3 , characterized in that the integral component value is normalized to a predeterminable reference temperature before storing, and that the normalized stored integral component value is converted from the reference temperature to the current temperature of the actuator (12) before it is used to initialize the control element (PI1). Computerprogramm, dadurch gekennzeichnet, dass es zur Ausführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 programmiert ist.Computer program, characterized in that it is used to carry out the method according to one of the Claims 1 until 4th programmed. Steuergerät (20) für ein Kraftstoffeinspritzventil (10), insbesondere einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass es zur Ausführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 ausgebildet ist.Control unit (20) for a fuel injection valve (10), in particular an internal combustion engine of a motor vehicle, characterized in that it is used to carry out the method according to one of the Claims 1 until 4th is trained.
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