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Immer
strengere gesetzliche Vorschriften bezüglich zulässiger
Schadstoffemissionen von Brennkraftmaschinen, die in Kraftfahrzeugen
angeordnet sind, machen es erforderlich, diverse Maßnahmen vorzunehmen,
durch die die Schadstoffemissionen gesenkt werden. Ein Ansatzpunkt
hierbei ist, die von der Brennkraftmaschine erzeugten Schadstoffemissionen
zu senken. Die Erzeugung von Schadstoffemissionen ist stark abhängig
von der Aufbereitung eines Luft-/Kraftstoffgemisches in einem jeweiligen
Zylinder der Brennkraftmaschine. Ein sehr präzises Zumessen
von Kraftstoff in einen Brennraum der Brennkraftmaschine trägt
zu geringer Erzeugung von Schadstoffemissionen bei.
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Aus
der
DE 10 2006
040 979 A1 ist eine Düse bekannt, die durch ein
Piezoelement betätigbar ist. Ein Strompuls wird in das
Piezoelement eingespeist. Die Kapazität des Piezoelements
wird beim Einspeisen des Strompulses erfasst. Ein tatsächlicher
Verlauf des Einspritzens wird basierend auf der Kapazität
erfasst. Der Strompuls wird zum Optimieren des Einspritzens basierend
auf dem tatsächlichen Verlauf des Einspritzens geregelt.
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Die
Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, ist es, ein Verfahren
und eine Vorrichtung zum Betreiben einer Stellvorrichtung bereitzustellen,
mittels dem beziehungsweise mittels der ein Stellglied präzise
und zuverlässig betrieben werden kann.
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Die
Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der nebengeordneten
Patentansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den
Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Die
Erfindung zeichnet sich aus durch ein Verfahren und eine korrespondierende
Vorrichtung zum Betreiben einer Stellvorrichtung mit einem Stellglied
und einem als Festkörperaktuator ausgebildeten Stellantrieb.
Der Stellantrieb ist zum Einwirken auf das Stellglied ausgebildet.
Es wird eine gewünschte Auslenkung des Stellglieds aus
seiner Ruheposition vorgegeben und für zumindest eine vorgegebene
Führungsgröße des Stellantriebs wird
jeweils ein Sollwert ermittelt abhängig von der gewünschten Auslenkung
des Stellglieds. Dem Stellantrieb wird eine vorgegebene Menge an
elektrischer Energie zugeführt abhängig von der
gewünschten Auslenkung des Stellglieds. Ein zeitlicher
Verlauf einer an dem Stellantrieb jeweils anliegenden Spannung wird
erfasst. Es wird jeweils ein Istwert der zumindest einen vorgegebenen
Führungsgröße des Stellantriebs ermittelt
abhängig von dem zeitlichen Verlauf der Spannung. Die dem
Stellantrieb zugeführte Menge an elektrischer Energie wird
variiert abhängig von dem jeweiligen Istwert und dem jeweiligen
Sollwert mittels einer Regelvorrichtung im Sinne eines Minimierens einer
Differenz zwischen dem jeweiligen Istwert und dem jeweiligen Sollwert.
Dies ermöglicht eine präzise und zuverlässige
Regelung der Auslenkung des Stellglieds aus seiner Ruheposition.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausgestaltung werden ein gewünschter Anfangszeitpunkt
und/oder ein gewünschter Endzeitpunkt der gewünschten
Auslenkung des Stellglieds vorgegeben. Dies ermöglicht eine
einfache und präzise Vorgabe eines zeitlichen Verlaufs
der gewünschten Auslenkung des Stellglieds. Beim Betreiben
der Stellvorrichtung in einem Einspritzventil ermöglicht
dies beispielsweise ein präzises und zuverlässiges
Zumessen von Kraftstoff in einen Zylinder einer Brennkraftmaschine.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der Sollwert repräsentativ
für einen ersten Zeitpunkt, an dem ein Span nungswert des
zeitlichen Verlaufs der an dem Stellantrieb anliegenden Spannung ein
lokales Minimum aufweist. Dieser Zeitpunkt korreliert mit einem
Zeitpunkt, an dem das Stellglied jeweils eine Endauslenkung erreicht
hat. Durch einen Vergleich des Sollwertes mit dem entsprechenden Istwert
kann eine Abweichung der Endauslenkung von der gewünschten
Auslenkung des Stellglieds einfach ermittelt werden.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird ein zeitlicher Verlauf
einer Änderung einer Ladung in dem Stellantrieb erfasst,
beispielsweise mittels einer Ladungserfassungsvorrichtung. Der Sollwert
der zumindest einen vorgegebenen Führungsgröße
des Stellantriebs ist jeweils repräsentativ für ein
Kräfteverhältnis von zumindest zwei Werten einer auf
den Stellantrieb wirkenden Kraft und/oder für einen zweiten
Zeitpunkt, an dem ein Wert eines zeitlichen Verlaufs einer Kapazität
des Stellantriebs ein lokales Minimum aufweist, und/oder einen dritten
Zeitpunkt, an dem ein weiterer Wert des zeitlichen Verlaufs der
Kapazität einen charakteristischen Knick aufweist. Das
Kräfteverhältnis, der Zeitpunkt des Auftretens
des lokalen Minimums der Kapazität sowie der Zeitpunkt
des charakteristischen Abknickens der Kapazität sind charakteristisch
für einen jeweiligen Zustand des Stellglieds. Die Vorgabe
von Sollwerten für diese Größen ermöglicht
eine indirekte Vorgabe der gewünschten Auslenkung des Stellglieds.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind die zumindest zwei Werte
der auf den Stellantrieb wirkenden Kraft repräsentativ
für eine maximale Kraft beziehungsweise eine minimale Kraft.
Die maximale Kraft und die minimale Kraft sind jeweils einfach und
präzise ermittelbar. Dies ermöglicht eine einfache
und präzise Ermittlung des Kräfteverhältnisses.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird der jeweilige Sollwert
der zumindest einen vorgegebenen Führungsgröße
des Stellantriebs ermittelt abhängig von einer vorgegebenen
Kraftstoffmasse und/oder einem Zylinderdruck und/oder einer Temperatur
des Zylinders und/oder einer Drehzahl einer Kurbelwelle. Dies ermöglicht
bei der Ermittlung des Sollwertes beispielsweise eine Berücksichtigung von
Betriebsgrößen einer Brennkraftmaschine.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen erläutert.
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Es
zeigen:
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1 eine
Stellvorrichtung und eine Regelvorrichtung,
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2 ein
Einspritzventil,
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3 Signalverläufe,
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4 eine
Steuerung des Einspritzventils,
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5 ein
Ablaufdiagramm,
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6 bis 8 weitere
Signalverläufe,
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9 Gleichungen.
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Elemente
gleicher Konstruktion oder Funktion sind mit den gleichen Bezugszeichen
gekennzeichnet.
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1 zeigt
eine Stellvorrichtung 2 und eine Regelvorrichtung 4,
die auch als Vorrichtung zum Betreiben der Stellvorrichtung 2 bezeichnet
werden kann. Die Stellvorrichtung 2 kann bei spielsweise
eingesetzt werden in einem Einspritzventil zum Zumessen von Kraftstoff
in einen Brennraum eines Zylinders von einer Brennkraftmaschine.
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Die
Stellvorrichtung 2 umfasst eine Einspritzdüse 6 und
ein Stellglied 8, das beispielsweise als Düsennadel
ausgebildet sein kann. Die Stellvorrichtung 2 umfasst ferner
ein Volumen 10, das dazu ausgebildet ist ein Fluid aufzunehmen,
welches bei einer Ansteuerung des Stellglieds 8 durch die
Einspritzdüse 6 zugemessen werden kann. Bei Nichtansteuerung
des Stellglieds 8 ist die Einspritzdüse 6 geschlossen,
so dass ein Zumessen des Fluids unterbunden wird. Angesteuert wird
das Stellglied 8 von einem Stellantrieb 12, der
beispielsweise als Festkörperaktuator ausgebildet sein
kann. Der Stellantrieb 12 kann beispielsweise als Piezoaktuator
ausgebildet sein. Der Stellantrieb 12 ist dazu ausgebildet
bei einer Beaufschlagung mit elektrischer Energie seine Längung
zu vergrößern, um durch eine mechanische Kopplung
mit dem Stellglied 8 auf das Stellglied 8 einzuwirken
und dieses aus seiner Ruheposition auszulenken. Bei Nichtbeaufschlagung
des Stellantriebs 12, das heißt in einer Ruheposition
des Stellantriebs 12, können das Stellglied 8 und
der Stellantrieb 12 voneinander beabstandet sein. Die Beabstandung zwischen
dem Stellglied 8 und dem Stellantrieb 12 in der
Ruheposition des Stellantriebs 12 wird im allgemeinen Leerhub
LH genannt. Die Größe des Leerhubs LH kann sowohl
von der Temperatur als auch von Bauteiltoleranzen abhängen
und kann sich, beispielsweise abhängig von der Temperatur,
mit der Zeit verändern. Die Größe des
Leerhubs LH kann unbekannt sein.
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Die
Regelvorrichtung 4 umfasst eine Steuervorrichtung 14 und
eine Messvorrichtung 16. Die Messvorrichtung 16 umfasst
eine Spannungserfassungsvorrichtung 18 und eine Ladungserfassungsvorrichtung 20.
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Die
Steuervorrichtung 14 ist ausgebildet zur Ansteuerung des
Stellantriebs 12. Die Steuervorrichtung 14 umfasst
einen Prozessor 22, einen Programmspeicher 24 sowie
einen Datenspeicher 26, die jeweils mittels eines Systembusses 28 Daten austauschen
können. Die Steuervorrichtung 14 umfasst ferner
eine Endstufe 30, die sowohl mit der Messvorrichtung 16 als
auch mit der Stellvorrichtung 2 elektrisch gekoppelt ist
und dazu ausgebildet ist den Stellantrieb 12 mit elektrischer
Energie zu beaufschlagen. Mittels einer Schnittstelle 32 kann
die Steuervorrichtung 14 Daten austauschen, beispielsweise mit
der Messvorrichtung 16. Hierfür ist die Schnittstelle 32 elektrisch
mit der Messvorrichtung 16 gekoppelt.
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2 zeigt
ein Einspritzventil, welches beispielsweise die in 1 skizzierte
Stellvorrichtung 2 umfassen kann. Das Einspritzventil umfasst
einen Ventilkörper 34, der eine Ausnehmung 36 aufweist.
In der Ausnehmung 36 ist ein Gehäusekörper 38 angeordnet,
der ausgebildet ist zur Aufnahme des Stellantriebs 12.
Der Stellantrieb 12 ist in 2 als Piezoaktuator
ausgebildet. In dem Ventilkörper 34 ist ferner ein
elektrischer Anschluss 40 ausgebildet, der den Stellantrieb 12 beispielsweise
elektrisch mit der Regelvorrichtung 4 koppeln kann.
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Der
Stellantrieb 12 ist ausgebildet zum Einwirken auf das Stellglied 8 mittels
eines Hubumsetzers 42. Das Stellglied 8 ist in
dem Einspritzventil als Düsennadel ausgebildet. Bei einer
Ansteuerung des Stellantriebs 12, beispielsweise mittels
der Steuervorrichtung 2 der Regelvorrichtung 4 über
den elektrischen Anschluss 40, wirkt der Stellantrieb 12 über den
Hubumsetzer 42 auf das Stellglied 8, das aus seiner
Ruheposition ausgelenkt wird und dadurch die Einspritzdüse 6 öffnet.
Bei Nichtansteuerung des Stellantriebs 12 sorgt eine unter
Vorspannung stehende Rückstellfeder 44 dafür,
dass sich das Stellglied 8 in seiner Ruheposition befindet
und die Einspritzdüse 6 geschlossen hält.
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Zum
Zumessen beispielsweise von Kraftstoff durch die Einspritzdüse 6 kann
eine Düsenausnehmung, die das Volumen 10 aufweist, über
einen Fluideinlass 46 mit Kraftstoff gefüllt werden.
Die Düsenausnehmung mit dem Volumen 10 wird mittels
eines Balgs 48 hydraulisch von einer Kammer 50 getrennt. Die
Kammer 50 ist hydraulisch mit dem Stellantrieb 12 gekoppelt.
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Das
in 2 gezeigte Einspritzventil ist ein so genanntes
nach außen öffnendes Einspritzventil, da das Stellglied 8 einen
Fluidfluss durch die Einspritzdüse 6 durch eine
bezüglich des Ventilkörpers 34 nach außen
gerichtete Bewegung freigibt. Bei einer Öffnung der Einspritzdüse 6 durch
das Stellglied 8 hängt das durch die Einspritzdüse 6 zugemessene Volumen
an Fluid von der Größe einer Auslenkung des Stellglieds
xa' ab.
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Für
einen möglichst schadstoffarmen Betrieb der Brennkraftmaschine
unter Verwendung des Einspritzventils ist das präzise und
zuverlässige Zumessen einer jeweils vorgegebenen Kraftstoffmenge
insbesondere abhängig von der Auslenkung des Stellglieds
xa'. Dabei hängt die Auslenkung des Stellglieds xa' nicht
nur von der Menge an elektrischer Energie ab, mit der der Stellantrieb 12 beaufschlagt
ist, sondern kann beispielsweise auch von einem Übersetzungsverhältnis
zwischen Kraft und Weg des Hubumsetzers 42 und dem eventuell
zwischen dem Stellantrieb 12 und dem Stellglied 8 vorhandenen Leerhub
LH beeinflusst werden.
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Die 3A und 3B zeigen
Signalverläufe der Stellvorrichtung 2 beziehungsweise
der Regelvorrichtung 4. 3A zeigt
eine erste und eine zweite Auslenkung des Stellantriebs xa1, xa2
aus einer jeweiligen Ruheposition Ref1, Ref2 über der Zeit t
und eine der ersten beziehungsweise der zweiten Auslenkung des Stellentriebs
xa1, xa2 zugeordnete erste und zweite Auslenkung des Stellglieds
xa'1, xa'2.
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Eine
negative Auslenkung des Stellantriebs x in 3A bedeutet,
dass der Stellantrieb 12 in seiner jeweiligen Ruheposition
Ref1, Ref2 von dem Stellglied 8 durch den jeweiligen Leerhub
LH1, LH2 beabstandet ist. Bei der Ansteuerung des Stellantriebs 12 muss
zunächst der jeweilige Leerhub LH1, LH2 überwunden
werden, bevor der Stellantrieb 12 über den Hubumsetzer 42 auf
das Stellglied 8 einwirken kann. Eine Endauslenkung, die
jeweils in der Zeit zwischen dem Ladevorgang tc und dem Entladevorgang
td erreicht wird, ist abhängig von dem jeweiligen Leerhub
LH1, LH2. Je größer der jeweilige Leerhub LH1,
LH2 ist, desto größer ist jeweils die Endauslenkung.
Um bei einer Änderung des Leerhubs dLH die Endauslenkung
konstant zu halten, kann die dem Stellantrieb 12 zugeführte
Energiemenge um einen entsprechenden Energiebetrag dE variiert werden.
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Die
Signalverläufe der Stellvorrichtung 2 können,
beispielsweise abhängig von einer Steifigkeit des Stellantriebs 12 und
des Stellglieds 8, von den in den 3A und 3B dargestellten
Signalverläufen abweichen.
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Die
in 3A gezeigte Ausführungsform korrespondiert
zu einer Ausführungsform des Hubumsetzers 42,
bei der der Hubumsetzer 42 als Kraftuntersetzer beziehungsweise
Hubübersetzer ausgebildet ist. Die Kraftuntersetzung ist
in 3A dadurch erkennbar, dass die jeweilige Auslenkung
des Stellglieds xa'1, xa'2 größer ist als die
jeweilige Auslenkung des Stellantriebs xa1, xa2, zu der sie korrespondiert.
Als Folge der Kraftuntersetzung ist die Kraftwirkung auf den Stellantrieb 12 relativ
groß. Daraus resultiert eine ebenfalls relativ große
Differenz zwischen den jeweils wirkenden Kräften in unterschiedlichen
Zuständen des Stellantriebs 12, beispielsweise
bei einer mechanischen Kopplung des Stellantriebs 12 mit
dem Stellglied 8 im Vergleich zu einem entkoppelten Zustand.
Der Vorteil davon ist, dass die Krafteinwirkung durch eine daraus
folgende große Sensitivität beispielsweise einfach
als Größe in einer Regelung berücksichtigt
werden kann.
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3B zeigt
den Signalverlauf eines Stroms I über der Zeit t, wie er
beispielsweise mittels der Endstufe 30 der Steuervorrichtung 14 in
der Regelvorrichtung 4 zur Ansteuerung des Stellantriebs 12 vorgegeben
werden kann. Der Signalverlauf in 3B zeigt
den Ladevorgang tc und den Entladevorgang td. Während des
Ladevorgangs tc wird der als Piezoaktuator ausgebildete Stellantrieb 12 mittels des
Stroms I mit elektrischer Energie beaufschlagt, wodurch der Stellantrieb 12 aus
seiner jeweiligen Ruheposition Ref1, Ref2 ausgelenkt wird. Während
des Entladevorgangs td wird der Stellantrieb 12 durch die Entnahme
der zuforderst zugeführten elektrischen Energie wieder
in die jeweilige Ruheposition Ref1, Ref2 versetzt.
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Wie
aus den 3A und 3B anhand
der jeweiligen Auslenkung des Stellglieds xa'1 beziehungsweise xa'2
für einen Zeitraum zwischen dem Ladevorgang to und dem
Entladevorgang td ersichtlich ist, hängt die erreichte
Auslenkung des Stellglieds xa' bei einer durch den Strom I jeweils
vorgegebenen Menge an elektrischer Energie ab von dem Leerhub LH
zwischen dem Stellantrieb 12 und dem Stellglied 8.
Bei einer jeweils konstanten Menge zugefügter elektrischer
Energie ist die Auslenkung des Stellglieds xa' umso größer,
je kleiner der Leerhub LH zwischen dem Stellantrieb 12 und
dem Stellglied 8 ist.
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Da
die Menge von zugemessenem Fluid direkt abhängig ist von
der Auslenkung des Stellglieds xa', ist eine Regelung der Auslenkung
des Stellglieds xa' wünschenswert.
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4 zeigt
eine Regelung und 5 zeigt ein der Regelung zugeordnetes
Ablaufdiagramm. Im Folgenden wird die in 4 gezeigte
Regelung mittels des Ablaufdiagramms aus 5 erläutert.
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Die
in 4 gezeigte Regelung kann beispielsweise implementiert
sein in der Steuervorrichtung 14 der Regelvorrichtung 4 in
Form eines Programms. Das Programm kann beispielsweise in dem Programmspeicher 24 der
Steuervorrichtung 14 abgespeichert sein.
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Das
Programm beginnt in einem ersten Schritt V1. In dem ersten Schritt
V1 kann beispielsweise eine Initialisierung von Variablen erfolgen.
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In
einem zweiten Schritt V2 wird die gewünschte Auslenkung
w' des Stellglieds 8 vorgegeben. In einer bevorzugten Ausführungsform
wird dabei ebenfalls ein gewünschter Anfangszeitpunkt und/oder
ein gewünschter Endzeitpunkt der gewünschten Auslenkung
des Stellglieds w' vorgegeben.
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In
einem dritten Schritt V3 wird abhängig von der gewünschten
Auslenkung w' des Stellglieds 8 jeweils ein Sollwert ww
ermittelt für zumindest eine vorgegebene Führungsgröße
w des Stellantriebs 12. Die Ermittlung des jeweiligen Sollwertes
ww wird beispielsweise von einem Konvertermodul M52 durchgeführt,
das beispielsweise Teil des Programms der Steuervorrichtung 14 sein
kann. Der zumindest einen Führungsgröße
w ist jeweils eine Regelgröße x zugeordnet. Dem
jeweiligen Sollwert ww der Führungsgröße
w ist jeweils ein Istwert xw der zugeordneten Regelgröße
x zugeordnet. Da die jeweilige Führungsgröße
w und die jeweilige Regelgröße x in den gezeigten
Ausführungsformen jeweils die gleiche physikalische Einheit
aufweisen, wird im Folgenden von einem Sollwert ww und einem Istwert
xw der Führungsgröße w gesprochen. Die
Führungsgröße w des Stellantriebs 12 ist
derart vorgegeben, dass durch einen Vergleich des jeweiligen Sollwertes
ww mit dem jeweiligen Istwert xw auf eine Abweichung zwischen der
Auslenkung des Stellglieds xa' und der gewünschten Auslenkung
des Stellglieds w' geschlossen und die Auslenkung des Stellglieds
xa' geregelt werden kann.
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In
einem vierten Schritt V4 wird abhängig von der gewünschten
Auslenkung des Stellglieds w' dem Stellantrieb 12 eine
vorgegebenen Menge an elektrischer Energie zugeführt. Die
Abhängigkeit zwischen der zugeführten Menge an
elektrischer Energie und der gewünschten Auslenkung des
Stellglieds w' kann beispielsweise einem Kennlinienfeld der Steuervorrichtung 14 entnommen
werden, welches beispielsweise in dem Datenspeicher 26 abgespeichert
sein kann. Das Zuführen der elektrischen Energie erfolgt mittels
einer Vorsteuerung, die beispielsweise durch ein Vorsteuermodul
M56 umgesetzt wird. Über das Vorsteuermodul M56 wird die
Endstufe 30 angesteuert, die den Stellantrieb 12 zum
Beaufschlagen mit der elektrischen Energie mittels einer Stellgröße
y ansteuert. Bei der Stellgröße y kann es sich
beispielsweise um den in 3B gezeigten
Strom I handeln. Beispielsweise kann der Stellantrieb 12 in
Form von Strompulsen angesteuert werden.
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In
einem fünften Schritt V5 wird ein zeitlicher Verlauf einer
an dem Stellantrieb 12 jeweils anliegenden Spannung U_t
erfasst. Der zeitliche Verlauf der Spannung U_t kann von der Messvorrichtung 16 über die
Schnittstelle 32 an die Steuervorrichtung 14 übermittelt
werden, wo der zeitliche Verlauf der Spannung U_t beispielsweise
in dem Datenspeicher 26 abgespeichert werden kann.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform wird zusätzlich
mittels der Ladungserfassungsvorrichtung 20 ein zeitlicher
Verlauf einer zwischen der Endstufe 30 und der Stellantrieb 12 ausgetauschten
Ladung Q_t erfasst und an die Steuervorrichtung 14 übermittelt.
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In
einem sechsten Schritt V6 wird der jeweilige Istwert xw der Regelgröße
x des Stellantriebs 12 ermittelt abhängig zumindest
von dem zeitlichen Verlauf der Spannung U_t. Der Istwert xw und
der Sollwert ww können beispielsweise repräsentativ
sein für einen Zeitpunkt, an dem der zeitliche Verlauf
der Spannung U_t ein lokales Spannungsminimum T_Umin aufweist. Der
Zeitpunkt des Auftretens des lokalen Spannungsminimums T_Umin ist
charakteristisch für einen Zustand, in dem das Stellglied 8 bei einer
Ansteuerung des Stellantriebs 12 seine endgültige
Auslenkung xa' erreicht hat. Dies kann beispielsweise kurz nach
Ende des Ladevorgangs tc der Fall sein.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform wird basierend auf dem
zeitlichen Verlauf der Spannung U_t und dem zeitlichen Verlauf der
Ladung Q_t ein zeitlicher Verlauf einer Kapazität C_t ermittelt,
beispielsweise mittels des in Gleichung G3 der 9 dargestellten
Zusammenhangs zwischen der Spannung U, der Ladung Q und der Kapazität
C. Ferner sind in einer bevorzugten Ausführungsform der
Sollwert ww und der Istwert xw repräsentativ für
einen Zeitpunkt, an dem der zeitliche Verlauf der Kapazität C_t
ein lokales Kapazitätsminimum T_Cmin erreicht. Der Sollwert
ww und der Istwert xw können in einer bevorzugten Ausführungsform
auch repräsentativ sein für einen Zeitpunkt, an
dem der zeitliche Verlauf der Kapazität C_t einen charakteristischen
Knick T_Cbend aufweist.
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Der
Zeitpunkt des Auftretens des lokalen Kapazitätsminimums
T_Cmin ist charakteristisch für einen Übergang
von einem Zustand, in dem das Stellglied 8 mit dem Stellantrieb 12 mechanisch
gekoppelt ist in einen Zustand, bei dem das Stellglied 8 mit
dem Stellantrieb 12 als Folge des Entladevorgangs td des Stellantriebs 12 mechanisch
entkoppelt ist. Anders ausgedrückt ist der Zeitpunkt des
Auftretens des lokalen Kapazitätsminimums T_Cmin charakteristisch für
den Zeitpunkt, an dem das Stellglied 8 die Einspritzdüse 6 als
Folge des Entladevorgangs td des Stellantriebs 12 schließt.
Der Zeitpunkt des charakteristischen Abknickens der Kapazität
T_Cbend korrespondiert zeitlich mit dem Auftreten des lokalen Spannungsminimums
T_Umin. Der Zeitpunkt des Auftretens des charakteristischen Abknickens
der Kapazität T_Cbend ist daher charakteristisch für
einen Zustand, in dem das Stellglied 8 bei einer Ansteuerung
durch den Stellantrieb 12 eine Endauslenkung erreicht hat.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform wird abhängig
von dem zeitlichen Verlauf der Spannung U_t und dem zeitlichen Verlauf
der Ladung Q_t ein zeitlicher Verlauf einer auf den Stellantrieb 12 wirkenden
Kraft F_t ermittelt. Ein Zusammenhang zwischen der Spannung U, der
Ladung Q sowie der auf den Stellantrieb 12 wirkenden Kraft
F kann der Gleichung G1 aus der 9 entnommen
werden, auf die später genauer eingegangen wird. Der Sollwert
ww und der Istwert xw der Führungsgröße
w des Stellantriebs 12 sind in einer bevorzugten Ausführungsform
repräsentativ für ein Kräfteverhältnis
PHI von zumindest zwei auf den Stellantrieb 12 jeweils
wirkenden Kräften. Bevorzugt handelt es sich bei den Kräften
um eine maximale auf den Stellantrieb 12 wirkende Kraft Fmax
sowie auf eine minimale auf den Stellantrieb 12 einwirkende
Kraft Fmin. Das Kräfteverhältnis PHI zwischen
der Maximalkraft Fmax und der Minimalkraft Fmin ist in Gleichung
G2 der 9 beschrieben. Das Kräfteverhältnis
PHI ist ein Quotient mit einer Differenz zwischen der Maximalkraft
Fmax und der Minimalkraft Fmin in seinem Zähler und der
Maximalkraft Fmax in seinem Nenner. Das Kräfteverhältnis PHI
kann auch als eine normierte Kraftamplitude bezeichnet werden.
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6 zeigt
Signalverläufe, die sich beispielsweise bei einer Ansteuerung
des Stellglieds 8 durch den Stellantrieb 12 ergeben
können. Während des Ladevorgangs tc wird der Stellantrieb 12 mit elektrischer
Energie beaufschlagt, so dass er die Ladung Q aufnimmt. Während
des Entladevorgangs td wird die Ladung Q aus dem Stellantrieb 12 abgezogen.
Der gestrichelte Signalverlauf beschreibt die Auslenkung xa' des
Stellglieds 8 aus seiner Ruheposition. Ferner sind der
zeitliche Verlauf der Kapazität C_t sowie der zeitliche
Verlauf der Spannung U_t dargestellt.
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Gegen
Ende des Ladevorgangs tc weist der zeitliche Verlauf der Spannung
U_t ein lokales Minimum T_Umin auf. Dieses korrespondiert mit einem Zeitpunkt,
an dem der zeitliche Verlauf der Kapazität C_t einen charakteristischen
Knick aufweist T_Cbend. In 6 wird der
Zeitpunkt des charakteristischen Abknickens der Kapazität
T_Cbend verdeutlicht durch zwei eingezeichnete Hilfsgeraden HG1
und HG2, die sich zu dem Zeitpunkt schneiden, an dem der zeitliche
Verlauf der Kapazität C_t den charakteristischen Knick
T_Cbend aufweist. Zu diesem Zeitpunkt erreicht die Auslenkung xa'
des Stellglieds 8 ihre Endauslenkung.
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Gegen
Ende des Entladevorgangs td weist der zeitliche Verlauf der Kapazität
C_t ein lokales Minimum auf. Der Zeitpunkt des Auftretens des lokalen Minimums
T_Cmin ist in 6 gezeigt.
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7 zeigt
den zeitlichen Verlauf der Kapazität C_t zwischen dem Ladevorgang
tc und dem Entladevorgang td für die Stellvorrichtung 2 jeweils
für den Leerhub LH1 bis LH4. Die Größe
des jeweiligen Leerhubs LH1 bis LH4 steigt mit seinem Index. LH1 ist
der kleinste und LH4 der größte Leerhub. Mit größer
werdendem Leerhub LH erkennbar korreliert ist eine zeitliche Verschiebung
sowohl des Zeitpunktes des Auftretens des charakteristischen Knicks
der Kapazität T_Cbend als auch des Zeitpunktes, an dem der
zeitliche Verlauf der Kapazität C_t das lokale Minimum
Cmin aufweist.
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8 zeigt
einen zeitlichen Verlauf der Kraft F_t zwischen dem Ladevorgang
tc und dem Entladevorgang td jeweils für den Leerhub LH1
bis LH4. Ferner sind die jeweilige Maximalkraft Fmax und die jeweilige
Minimalkraft Fmin in 8 eingetragen. Der zeitliche
Verlauf der Kraft F_t kann beispielsweise ermittelt werden abhängig
von der Gleichung G1 aus 9. Darin bezeichnen: Kmech die
rein mechanische Kapazität des Stellantriebs 12 bei
konstanter elektrischer Spannung U; ALPHA einen elektromechanischen
Kopplungsfaktor, der das Verhältnis aus einer Blockierkraft
und der jeweiligen elektrischen Spannung U angibt; CF0 eine elektrische
Leerlaufkapazität. Bei der Ermittlung des Kräfteverhältnisses PHI
abhängig nur von der Maximalkraft Fmax und der Minimalkraft
Fmin fallen bis auf die Leerlaufkapazität CF0 die anderen
Konstanten heraus. Die Leerlaufkapazität CF0 kann beispielsweise
an einem Prüfstand ermittelt werden, an dem die Stellvorrichtung 2 mit dem
Stellantrieb 12 beispielsweise vor einem Verbau in der
Brennkraftmaschine geprüft werden kann.
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Das
Kräfteverhältnis PHI ist charakteristisch für
die erreichte Endauslenkung des Stellglieds 8.
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In
einem siebten Schritt V7 wird die dem Stellantrieb 12 zugeführte
Menge an elektrischer Energie variiert abhängig von dem
jeweiligen Istwert xw und dem jeweiligen Sollwert ww, beispielsweise
mittels des Reglermoduls M54 der Regelvorrichtung 4. Beispielsweise
kann eine Differenz zwischen dem jeweiligen Sollwert ww und dem
jeweiligen Istwert xw minimiert werden. Die Variation der elektrischen
Energie erfolgt mittels des Stroms I.
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Das
Programm endet in einem achten Schritt V8.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102006040979
A1 [0002]