DE102012211334B4 - Method and device for determining a residual electrical charge of a piezo actuator - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Ermitteln einer elektrischen Restladung eines Piezoaktuators (12), bei dem nach- einem elektrischen Laden des Piezoaktuators (12),- einem anschließenden aktiven elektrischen Entladen des Piezoaktuators (12), wobei das elektrische Laden und das anschließende aktive elektrische Entladen des Piezoaktuators (12) mit einem Ansteuerstrom (I) mit einem bekannten zeitlichen Verlauf erfolgt, und- einem anschließenden weiteren Entladen des Piezoaktuators (12) in einem Kurzschlussbetrieb des Piezoaktuators (12) ein Verlauf eines Schätzwerts (Q_Resi_EST) der elektrischen Restladung des Piezoaktuators (12) ab einem Endzeitpunkt (t_sc) des Kurzschlussbetriebs des Piezoaktuators (12) bestimmt wird abhängig von- einer Zeitdauer (t_charge) des elektrischen Ladens des Piezoaktuators (12) und- einer Zeitdauer (t_discharge_sc) des weiteren Entladens des Piezoaktuators (12) in dem Kurzschlussbetrieb des Piezoaktuators (12).Method for determining a residual electrical charge of a piezo actuator (12), in which after an electrical charging of the piezo actuator (12), a subsequent active electrical discharge of the piezo actuator (12), the electrical charging and the subsequent active electrical discharge of the piezo actuator ( 12) with a control current (I) with a known time profile, and - a subsequent further discharge of the piezo actuator (12) in a short-circuit operation of the piezo actuator (12), a profile of an estimated value (Q_Resi_EST) of the residual electrical charge of the piezo actuator (12) An end time (t_sc) of the short-circuit operation of the piezo actuator (12) is determined as a function of - a time period (t_charge) for the electrical charging of the piezo actuator (12) and - a time period (t_discharge_sc) for the further discharge of the piezo actuator (12) in the short-circuit operation of the piezo actuator (12).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zum Ermitteln einer elektrischen Restladung eines Piezoaktuators.The invention relates to a method and a corresponding device for determining a residual electrical charge of a piezo actuator.
Piezoaktuatoren werden beispielsweise als Antrieb für Einspritzventile in Brennkraftmaschinen genutzt. Die Ansteuerung des Piezoaktuators kann unter der Annahme erfolgen, dass der Piezoaktuator entladen ist. Der Piezoaktuator wird beispielsweise zum Öffnen des Einspritzventils geladen und zum Schließen des Einspritzventils entladen.Piezo actuators are used, for example, as drives for injection valves in internal combustion engines. The piezo actuator can be actuated on the assumption that the piezo actuator is discharged. The piezo actuator is charged, for example, for opening the injection valve and discharged for closing the injection valve.
Die Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zum Ermitteln einer elektrischen Restladung eines Piezoaktuators zu schaffen, das bzw. die in einfacher Weise eine präzise und zuverlässige Bestimmung der elektrischen Restladung des Piezoaktuators ermöglicht.The object of the invention is to provide a method and a corresponding device for determining an electrical residual charge of a piezo actuator, which enables a precise and reliable determination of the electrical residual charge of the piezo actuator in a simple manner.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.The object is achieved by the features of the independent claims. Advantageous developments of the invention are characterized in the subclaims.
Die Erfindung zeichnet sich aus durch ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zum Ermitteln einer elektrischen Restladung eines Piezoaktuators. Nach einem elektrischen Laden des Piezoaktuators, einem anschließenden aktiven elektrischen Entladen des Piezoaktuators, und einem anschließenden weiteren Entladen des Piezoaktuators in einem Kurzschlussbetrieb des Piezoaktuators wird ein Verlauf eines Schätzwerts der elektrischen Restladung des Piezoaktuators ab einem Endzeitpunkt des Kurzschlussbetriebs des Piezoaktuators bestimmt abhängig von einer Zeitdauer des elektrischen Ladens des Piezoaktuators und einer Zeitdauer des weiteren Entladens des Piezoaktuators in dem Kurzschlussbetrieb des Piezoaktuators. Das elektrische Laden und das anschließende aktive elektrische Entladen des Piezoaktuators erfolgt mit einem Ansteuerstrom mit einem bekannten zeitlichen Verlauf.The invention is characterized by a method and a corresponding device for determining a residual electrical charge of a piezo actuator. After an electrical charge of the piezo actuator, a subsequent active electrical discharge of the piezo actuator, and a subsequent further discharge of the piezo actuator in a short circuit operation of the piezo actuator, a course of an estimate of the residual electrical charge of the piezo actuator is determined depending on a period of time from an end time of the short circuit operation of the piezo actuator electrical charging of the piezo actuator and a period of further discharge of the piezo actuator in the short-circuit operation of the piezo actuator. The electrical charging and the subsequent active electrical discharge of the piezo actuator are carried out with a control current with a known time profile.
Das elektrische Laden und das aktive elektrische Entladen des Piezoaktuators mit einem Ansteuerstrom erfolgt mit einer Stromquelle. Das weitere elektrische Entladen des Piezoaktuators in dem Kurzschlussbetrieb erfolgt mit einem elektrischen Widerstand.The electrical charging and the active electrical discharge of the piezo actuator with a control current is carried out with a current source. The further electrical discharge of the piezo actuator in the short-circuit operation takes place with an electrical resistor.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei einem erneuten Laden des Piezoaktuators direkt im Anschluss an das Entladen die notwendige Energie zum Laden des Piezoaktuators geringer ist als beim Laden des Piezoaktuators zu einem späteren Zeitpunkt. Die Energie zum Laden des Piezoaktuators ist von den Verhältnissen der vorangegangenen Ansteuerung abhängig. Je mehr Ladung noch im Piezoaktuator vorgehalten wird, desto geringer ist die notwendige zuzuführende Energie zum erneuten Laden des Piezoaktuators. Dies ist abhängig von einer Restladung im Piezoaktuator, die während des Entladevorgangs beim erneuten Ladebeginn noch nicht abgeflossen ist.The invention is based on the finding that when the piezo actuator is recharged immediately after the discharge, the energy required to charge the piezo actuator is lower than when the piezo actuator is charged at a later point in time. The energy for charging the piezo actuator depends on the conditions of the previous control. The more charge that is still held in the piezo actuator, the lower the energy required to be recharged to recharge the piezo actuator. This depends on a residual charge in the piezo actuator that has not yet flowed off during the discharge process when charging is started again.
Die Erfindung hat den Vorteil, dass der Schätzwert der elektrischen Restladung des Piezoaktuators genau bestimmt werden kann. Damit kann eine Korrektur einer Ladung beziehungsweise Energie eines nachfolgenden Ladevorgangs des Piezoaktuators um die noch im Piezoaktuator befindliche Restladung nach dem Abschluss des vorhergehenden elektrischen Ladens und Entladens des Piezoaktuators sehr präzise erfolgen.The invention has the advantage that the estimated value of the residual electrical charge of the piezo actuator can be determined precisely. A charge or energy of a subsequent charging process of the piezo actuator can thus be corrected very precisely by the residual charge still present in the piezo actuator after the previous electrical charging and discharging of the piezo actuator has been completed.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird ein Schätzwert der elektrischen Restladung des Piezoaktuators nach dem aktiven elektrischen Entladen des Piezoaktuators bestimmt abhängig von der Ladedauer des Piezoaktuators. Der Verlauf des Schätzwerts der elektrischen Restladung des Piezoaktuators ab dem Endzeitpunkt des Kurzschlussbetriebs des Piezoaktuators wird bestimmt abhängig von dem Schätzwert der elektrischen Restladung des Piezoaktuators nach dem aktiven elektrischen Entladen des Piezoaktuators und der Zeitdauer des weiteren Entladens des Piezoaktuators in dem Kurzschlussbetrieb des Piezoaktuators. Dies hat den Vorteil, dass der Schätzwert der elektrischen Restladung des Piezoaktuators nach dem aktiven elektrischen Entladen des Piezoaktuators sehr genau ermittelt werden kann, und damit eine Basis für die Bestimmung des Schätzwerts der elektrischen Restladung des Piezoaktuators zu dem Endzeitpunkt des Kurzschlussbetriebs des Piezoaktuators sehr präzise sein kann.In an advantageous embodiment, an estimate of the electrical residual charge of the piezo actuator after the electrical electrical discharge of the piezo actuator is determined as a function of the charging time of the piezo actuator. The course of the estimated value of the residual electrical charge of the piezo actuator from The end time of the short circuit operation of the piezo actuator is determined as a function of the estimated value of the residual electrical charge of the piezo actuator after the electrical electrical discharge of the piezo actuator and the duration of the further discharge of the piezo actuator in the short circuit operation of the piezo actuator. This has the advantage that the estimated value of the residual electrical charge of the piezo actuator can be determined very precisely after the active electrical discharge of the piezo actuator, and thus a basis for determining the estimated value of the remaining electrical charge of the piezo actuator can be very precise at the end time of the short-circuit operation of the piezo actuator can.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Abhängigkeit des Schätzwerts der elektrischen Restladung des Piezoaktuators nach dem aktiven elektrischen Entladen des Piezoaktuators von der Ladedauer des Piezoaktuators mittels einer als Exponentialfunktion ausgebildeten Näherungsfunktion vorgegeben. Dies hat den Vorteil, dass der Schätzwert der elektrischen Restladung des Piezoaktuators nach dem aktiven elektrischen Entladen des Piezoaktuators sehr einfach und dennoch präzise bestimmt werden kann.In a further advantageous embodiment, the dependence of the estimated value of the residual electrical charge of the piezo actuator after the active electrical discharge of the piezo actuator on the charging duration of the piezo actuator is predetermined by means of an approximation function designed as an exponential function. This has the advantage that the estimated value of the residual electrical charge of the piezo actuator can be determined very simply and nevertheless precisely after the piezo actuator has been actively discharged electrically.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der Verlauf des Schätzwerts der elektrischen Restladung des Piezoaktuators ab dem Endzeitpunkt des Kurzschlussbetriebs des Piezoaktuators mittels einer als Exponentialfunktion ausgebildeten Näherungsfunktion vorgegeben. Dies hat den Vorteil, dass der Schätzwert der elektrischen Restladung des Piezoaktuators zu dem Endzeitpunkt des Kurzschlussbetriebs des Piezoaktuators sehr einfach und dennoch präzise bestimmt werden kann.In a further advantageous embodiment, the course of the estimated value of the residual electrical charge of the piezo actuator from the end time of the short-circuit operation of the piezo actuator is predetermined by means of an approximation function designed as an exponential function. This has the advantage that the estimated value of the residual electrical charge of the piezo actuator can be determined very simply and nevertheless precisely at the end time of the short-circuit operation of the piezo actuator.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird der Verlauf des Schätzwerts der elektrischen Restladung des Piezoaktuators ab einem Endzeitpunkt des Kurzschlussbetriebs des Piezoaktuators bestimmt abhängig von einer Ansteuerdauer für das elektrische Laden und das anschließende aktive elektrische Entladen des Piezoaktuators mit dem Ansteuerstrom.In a further advantageous embodiment, the course of the estimated value of the residual electrical charge of the piezo actuator is determined from an end time of the short-circuit operation of the piezo actuator as a function of a control duration for the electrical charging and the subsequent active electrical discharge of the piezo actuator with the control current.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird der Verlauf des Schätzwerts der elektrischen Restladung des Piezoaktuators ab einem Endzeitpunkt des Kurzschlussbetriebs des Piezoaktuators bestimmt abhängig von einer Entladedauer für das aktive elektrische Entladen des Piezoaktuators und das anschließende weitere Entladen des Piezoaktuators in einem Kurzschlussbetrieb des Piezoaktuators.In a further advantageous embodiment, the course of the estimated value of the residual electrical charge of the piezo actuator from an end time of the short-circuit operation of the piezo actuator is determined as a function of a discharge time for the active electrical discharge of the piezo actuator and the subsequent further discharge of the piezo actuator in a short-circuit operation of the piezo actuator.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird der Verlauf des Schätzwerts der elektrischen Restladung des Piezoaktuators ab einem Endzeitpunkt des Kurzschlussbetriebs des Piezoaktuators bestimmt abhängig von einer Zeitdauer zwischen dem Beginn des elektrischen Ladens des Piezoaktuators bis zum Ende des Entladens des Piezoaktuators in dem Kurzschlussbetrieb des Piezoaktuators.In a further advantageous embodiment, the course of the estimated value of the residual electrical charge of the piezo actuator from an end time of the short circuit operation of the piezo actuator is determined as a function of a time period between the start of the electrical charging of the piezo actuator and the end of the discharge of the piezo actuator in the short circuit operation of the piezo actuator.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der Piezoaktuator in einem Einspritzventil mit einer Fluid führenden Ausnehmung angeordnet, und der Verlauf des Schätzwerts der elektrischen Restladung des Piezoaktuators ab einem Endzeitpunkt des Kurzschlussbetriebs des Piezoaktuators wird bestimmt abhängig von einem hydraulischen Druck in der Fluid führenden Ausnehmung des Einspritzventils. Dies hat den Vorteil, dass bei der Bestimmung des Schätzwerts der elektrischen Restladung des Piezoaktuators zu einem Endzeitpunkt des Kurzschlussbetriebs des Piezoaktuators Kräfte, die von dem Fluid in dem Einspritzventil auf den Piezoaktuator einwirken, berücksichtigt werden können.In a further advantageous embodiment, the piezo actuator is arranged in an injection valve with a fluid-carrying recess, and the course of the estimated value of the residual electrical charge of the piezo actuator from an end time of the short-circuit operation of the piezo actuator is determined as a function of a hydraulic pressure in the fluid-carrying recess of the injection valve. This has the advantage that forces which act on the piezo actuator from the fluid in the injection valve can be taken into account when determining the estimated value of the residual electrical charge of the piezo actuator at an end time of the short-circuit operation of the piezo actuator.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen erläutert.Exemplary embodiments of the invention are explained below with reference to the schematic drawings.
Es zeigen:
-
1 ein Einspritzventil und eine Vorrichtung zum Ermitteln einer elektrischen Restladung eines Piezoaktuators, -
2 ein Schaltbild mit einem Piezoaktuator und einer Ersatzlast, -
3 ein Diagramm zu einem Ladungsverlauf des Piezoaktuators, -
4 ein weiteres Diagramm zu einem Ladungsverlauf des Piezoaktuators, und -
5 ein Ablaufdiagramm eines Programms zum Ermitteln einer elektrischen Restladung des Piezoaktuators.
-
1 an injection valve and a device for determining an electrical residual charge of a piezo actuator, -
2nd a circuit diagram with a piezo actuator and an equivalent load, -
3rd 1 shows a diagram of a charge profile of the piezo actuator, -
4th another diagram of a charge profile of the piezo actuator, and -
5 a flowchart of a program for determining an electrical residual charge of the piezo actuator.
Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.Elements of the same construction or function are identified with the same reference symbols in all figures.
In
In
Das Einspritzventil hat ein Gehäuse
An einem der Einspritzdüse
Zum Umschalten zwischen dem geregelten Entladen über die Stromquelle
Des Weiteren ist ein Lastumschalter
Die elektrische Schaltung der
Im Folgenden wird anhand der
In
- Eine erste Kurve zeigt Messwerte einer ersten Ladung
Q1 des Piezoaktuators12 am Ende eines Entladevorgangs über dieStromquelle 16 jeweils für verschiedene Zeitdauernt_charge des elektrischen Ladens. Zur Messung wird die Ausgangsspannung eines Integrators herangezogen, der den Stromüber den Piezoaktuator 12 über die Zeit integriert.
- A first curve shows measured values of a first charge
Q1 of the piezo actuator12th at the end of a discharge process via thepower source 16 each for different periods of timet_charge of electric charging. For the measurement, the output voltage of an integrator is used, the current through the piezo actuator12th integrated over time.
Eine weitere Kurve zeigt Messwerte einer zweiten Ladung
Eine weitere Kurve zeigt Werte einer dritten Ladung
Eine weitere Kurve zeigt den Verlauf von Werten einer vierten Ladung
Dabei wird durch die Zeit t_delta_charge_ofs eine durch vorherige Ladevorgänge noch bestehende Ladung des Piezoaktuators
Werte dieser Funktion können in einem Kennfeld hinterlegt werden.Values of this function can be stored in a map.
In
Ein Verlauf einer Kurve mit einer Ladung
Der Verlauf der Kurve der Ladung
Der Verlauf der Kurve der Ladung
Der Verlauf der Ladung
Die Größe FunctResiDec berücksichtigt einen Restladungsabbau des Piezoaktuators
Werte dieser Funktion können in einem Kennfeld hinterlegt werden.Values of this function can be stored in a map.
In einem Zeitraum
Erfolgt in dem in der
Ein in
Das Programm wird vorzugsweise in einem Schritt
In einem Schritt
In einem Schritt
In dem Schritt
In dem Schritt
In dem Schritt
Der Vorteil der vorgestellten Erfindung ist, dass eine präzise Korrektur der Ladung beziehungsweise Energie eines folgenden Ladevorgangs des Piezoaktuators
BezugszeichenlisteReference list
- 22nd
- Gehäusecasing
- 44th
- VentilkörperValve body
- 55
-
Ausnehmung von
4 Recess of4th - 66
- Nadelneedle
- 88th
- EinspritzdüseInjector
- 1010th
- RückstellfederReturn spring
- 1212th
- PiezoaktuatorPiezo actuator
- 1414
- KontaktstifteContact pins
- 1616
- StromquellePower source
- 1818th
- ErsatzlastReplacement load
- 2020th
- RestentladungswiderstandResidual discharge resistance
- 2222
- RestentladungsschalterResidual discharge switch
- 2424th
- LastumschalterDiverter switch
- 100100
- Vorrichtung zum Ermitteln einer elektrischen Restladung eines PiezoaktuatorsDevice for determining a residual electrical charge of a piezo actuator
- II.
- AnsteuerstromControl current
- t_sct_sc
- Zeitpunkt des Endes des KurzschlussbetriebsTime of the end of the short-circuit operation
- t_charget_charge
- Zeitdauer des elektrischen LadensDuration of electrical charging
- t_ch_2t_ch_2
- Zeitpunkt des Beginns eines weiterenTime of beginning of another
- Ladevor-Charging
- gangsgangs
- t_discharge_sct_discharge_sc
- Zeitdauer des weiteren EntladensDuration of further unloading
- Ladungcharge
- Q1, Q2, Q3, Q4Q1, Q2, Q3, Q4
- Ladungcharge
- Q11, Q12, Q13, Q14Q11, Q12, Q13, Q14
- Ladungcharge
- Q_ResiQ_Resi
- RestladungResidual charge
- Q_Resi_ESTQ_Resi_EST
- Schätzwert der Restladung nach dem KurzschlussbetriebEstimated residual charge after short-circuit operation
- Q_Resi_1_ESTQ_Resi_1_EST
- Schätzwert der Restladung am Ende des KurzschlussbetriebsEstimated residual charge at the end of short-circuit operation
- Ri R i
-
Innenwiderstand von
16 Internal resistance of16 - C1 C 1
- elektrisch wirkender Kondensatorelectrically acting capacitor
- Cm C m
- mechanisch wirkender Kondensatormechanically acting capacitor
- Lm L m
- mechanisch wirkende Induktivitätmechanical inductance
- Rm R m
- mechanisch wirkender Widerstandmechanical resistance
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