DE102016204363A1 - Method of operating a piezoelectric element, apparatus for carrying out the method, control unit program and control unit program product - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines piezoelektrischen Elements (18), das mittels eines Ladeschalters (24) auf eine Piezospannung (u) geladen und mittels eines Entladeschalters (26) entladen wird, bei dem der Ladeschalter (24) und/oder Entladeschalter (26) während des Ladevorgangs/Entladevorgangs getaktet betrieben wird, wobei der Ladeschalter/Entladeschalter (24, 26) in zeitlicher Folge ein- und ausgeschaltet wird, bei dem der Ladestrom (34) und Entladestrom (60) über ein induktives Bauelement (32) geführt wird, mit einer als Zweipunkt-Regelung ausgestalteten Stromregelung, bei welcher der Strom-Istwert (48) des Ladestroms/Entladestroms (34, 60) gemessen und mit einem unteren sowie oberen Strom-Schwellenwert (50, 52) verglichen wird. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass die am piezoelektrischen Element (18) anliegende Piezospannung (u) gemessen wird und dass eine Schwellenwert-Differenz (d) zwischen dem oberen und dem unteren Strom-Schwellenwert (50, 52) in Abhängigkeit von der Piezospannung (u) derart festgelegt wird, dass bei kleinerer Piezospannung (u) eine kleinere Schwellenwert-Differenz (d) vorgegeben wird. Alternativ oder zusätzlich wird die Schwellenwert-Differenz (d) in Abhängigkeit von der Spannungsdifferenz zwischen der Zwischenkreisspannung (16) und der Piezospannung (u) derart festgelegt wird, dass bei kleinerer Spannungsdifferenz eine kleinere Schwellenwert-Differenz (d) vorgegeben wird.The invention relates to a method for operating a piezoelectric element (18) which is charged by means of a charging switch (24) to a piezoelectric voltage (u) and discharged by means of a discharge switch (26), wherein the charging switch (24) and / or discharge switch ( 26) is operated clocked during the charging / discharging process, wherein the charging switch / discharging switch (24, 26) is switched on and off in chronological order, in which the charging current (34) and discharge current (60) via an inductive component (32) out is, with a configured as two-point control current control, in which the current value (48) of the charging current / discharge current (34, 60) is measured and compared with a lower and upper current threshold (50, 52). The method according to the invention is characterized in that the piezoelectric voltage (u) applied to the piezoelectric element (18) is measured and that a threshold difference (d) between the upper and lower current thresholds (50, 52) in dependence on the Piezo voltage (u) is set such that at smaller piezo voltage (u) a smaller threshold difference (d) is specified. Alternatively or additionally, the threshold difference (d) in dependence on the voltage difference between the intermediate circuit voltage (16) and the piezoelectric voltage (u) is set such that at smaller voltage difference, a smaller threshold difference (d) is specified.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines piezoelektrischen Elements, das vorzugsweise in einem Kraftstoff-Einspritzventil eingesetzt wird, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for operating a piezoelectric element, which is preferably used in a fuel injection valve, and to an apparatus for carrying out the method.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Steuergerät-Programm, mit dessen Hilfe das piezoelektrische Element betrieben wird, sowie ein Steuergerät-Programmprodukt mit einem auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherten Programmcode zur Durchführung des Verfahrens.The invention further relates to a control unit program, with the aid of which the piezoelectric element is operated, as well as a control unit program product with a program code stored on a machine-readable carrier for carrying out the method.

Stand der TechnikState of the art

In der Patentschrift DE 600 18 549 T2 sind ein Kraftstoffeinspritzsystem und ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffeinspritzsystems beschrieben, wobei das Kraftstoffeinspritzsystem ein piezoelektrisches Element enthält. Vorgesehen ist eine Diagnose, bei welcher der zum piezoelektrischen Element fließende Ladestrom und der vom piezoelektrischen Element abfließende Entladestrom jeweils direkt bewertet werden. Die Diagnose ermöglicht eine Aussage darüber, welche Spannung am piezoelektrischen Element anliegt, welche die Abmessungen des piezoelektrischen Elements bestimmt. Wenn das piezoelektrische Element die Position eines Stellelements in einem Ventil, beispielsweise in einem Kraftstoff-Einspritzventil festgelegt, kann anhand der Diagnose die Position des Stellelements im Ventil erkannt werden, die für eine exakte Dosierung der eingespritzten Kraftstoffmenge wesentlich ist. Die beschriebene Diagnose ermöglicht insbesondere eine Detektion eines Kurzschlusses zu einer elektrischen Schaltungsmasse. Ein Kurzschluss zur elektrischen Schaltungsmasse kann je nach der Position des Kurzschlusses in der Schaltung dazu führen, dass das piezoelektrische Element nicht mehr aufgeladen und/oder nicht mehr definiert entladen werden kann.In the patent DE 600 18 549 T2 there are described a fuel injection system and a method of operating a fuel injection system, wherein the fuel injection system includes a piezoelectric element. A diagnosis is provided in which the charging current flowing to the piezoelectric element and the discharge current flowing away from the piezoelectric element are each directly evaluated. The diagnosis allows a statement about which voltage is applied to the piezoelectric element, which determines the dimensions of the piezoelectric element. If the piezoelectric element determines the position of an actuating element in a valve, for example in a fuel injection valve, the diagnosis can be used to detect the position of the actuating element in the valve, which is essential for exact metering of the injected fuel quantity. The described diagnosis makes it possible, in particular, to detect a short circuit to an electrical circuit ground. Depending on the position of the short circuit in the circuit, a short circuit to the electrical circuit ground may result in the piezoelectric element being unable to be charged and / or discharged in a defined manner.

Die Patentschrift DE 198 41 002 C1 beschreibt ein Verfahren zur Diagnose eines Kurzschlusses an einem piezoelektrischen Element. Vorgesehen ist eine Berechnung einer aus einem Pufferkondensator abfließende Ladungsmenge, die mit einem Integral des während des Ladevorgangs fließenden Stroms verglichen wird. Wenn bei einem anschließenden Vergleich der Ladungsmengen Abweichungen festgestellt werden, wird von einem fehlerhaften Betriebszustand, wie beispielsweise einem Kurzschluss ausgegangen. The patent DE 198 41 002 C1 describes a method for diagnosing a short circuit on a piezoelectric element. A calculation is made of a charge amount flowing out of a buffer capacitor, which is compared with an integral of the current flowing during the charging process. If deviations are detected in a subsequent comparison of the charge quantities, a faulty operating state, such as a short circuit, is assumed.

Ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Laden und Entladen eines piezoelektrischen Elements ist beispielsweise in der Offenlegungsschrift DE 198 14 594 A1 angegeben, bei dem anstelle eines kontinuierlichen Lade- bzw. Entladevorgangs ein getakteter Betrieb vorgesehen ist, bei welchem ein Pufferkondensator während des Ladevorgangs bzw. während des Entladevorgangs jeweils in schneller zeitlicher Folge mit dem piezoelektrischen Element verbunden wird. Die an einem Pufferkondensator anliegende Spannung wird als Zwischenkreisspannung bezeichnet. Diese Bezeichnung wird auch in der folgenden Beschreibung der erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiele verwendet. Als Energiezwischenspeicher ist ein induktives Bauelement vorgesehen. Der Stromfluss durch das induktive Bauelement wird während der Abschaltphasen des Ladevorgangs bzw. des Entladevorgangs jeweils über einen Freilaufkreis aufrechterhalten. Das beschriebene Verfahren ermöglicht ein Aufladen bzw. Entladen des piezoelektrischen Elements mit einer vorgegebenen Anzahl, vorgegebenen Größe und vorgegebenen zeitlichen Abständen von aufeinanderfolgenden Ladungsstufen. Insbesondere ist vorgesehen, dass der Ladevorgang bzw. der Entladevorgang bereits eine gewisse Zeit vor dem Erreichen der gewünschten Spannung am piezoelektrischen Element beendet wird. Hierdurch kann verhindert werden, dass das piezoelektrische Element weiter als gewünscht geladen oder entladen wird. Dieser Fall kann auftreten, da das piezoelektrische Element aufgrund des nicht sprungartig auf null zurückgehenden Lade- bzw. Entladestroms auch noch eine gewisse Zeit nach der Beendigung des Lade- bzw. Entladevorgangs weiter geladen bzw. entladen wird. Das beschriebene Verfahren ermöglicht daher das Einstellen der Spannung am piezoelektrischen Element mit hoher Genauigkeit.A method and apparatus for charging and discharging a piezoelectric element is disclosed, for example, in the publication DE 198 14 594 A1 in which, instead of a continuous charging or discharging operation, a clocked operation is provided, in which a buffer capacitor is connected to the piezoelectric element during the charging process or during the discharging process in each case in rapid time sequence. The voltage applied to a buffer capacitor is called the intermediate circuit voltage. This term will also be used in the following description of embodiments of the invention. As an energy buffer an inductive component is provided. The current flow through the inductive component is maintained during the shutdown phases of the charging process or the discharge process in each case via a freewheeling circuit. The method described allows charging or discharging the piezoelectric element with a predetermined number, predetermined size and predetermined time intervals of successive charge levels. In particular, it is provided that the charging process or the discharging process is already completed a certain time before reaching the desired voltage on the piezoelectric element. This can prevent the piezoelectric element from being charged or discharged further than desired. This case can occur because the piezoelectric element is still charged or discharged for a certain time after completion of the charging or discharging process due to the charging or discharging current, which does not suddenly drop to zero. The described method therefore makes it possible to set the voltage at the piezoelectric element with high accuracy.

In der nicht vorveröffentlichten Offenlegungsschrift DE 10 2015 216 854 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben eines piezoelektrischen Elements angegeben, das mittels eines Ladeschalters geladen und mittels eines Entladeschalters entladen wird, bei dem der Ladeschalter und/oder Entladeschalter während des Ladevorgangs/Entladevorgangs getaktet betrieben wird, bei dem der Ladestrom und Entladestrom über ein induktives Bauelement geführt wird, bei dem der Ladestrom/Entladestrom bei abgeschaltetem Ladeschalter/Entladeschalter während des Ladevorgangs/Entladevorgangs über einen Freilauf geführt wird und bei dem die am piezoelektrischen Element anliegende Spannung während des Ladevorgangs/Entladevorgangs erfasst wird. Das beschriebene Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass der Istwert des Ladestroms/Entladestroms gemessen wird, dass ein Stromregler den Istwert des Ladestroms/Entladestroms auf einen Sollwert regelt und dass der Sollwert des Ladestroms/Entladestroms in Abhängigkeit von der erfassten Spannung am piezoelektrischen Element korrigiert wird. Hierbei kann die Stromregelung als Zweipunkt-Regelung vorgenommen werden, bei welcher der Ladestrom/Entladestrom mit einem unteren und einem oberen Strom-Schwellenwert verglichen wird.In the non-prepublished publication DE 10 2015 216 854 A1 there is provided a method of operating a piezoelectric element which is charged by means of a charging switch and discharged by means of a discharge switch in which the charging switch and / or discharge switch is operated in a clocked manner during the charging / discharging process in which the charging current and the discharging current are conducted via an inductive component is performed in which the charging current / discharge current is switched off during the charging / discharging during charging / discharging over a freewheel and at which the voltage applied to the piezoelectric element during the charging / discharging process is detected when the charging switch / discharging switch. The method described is characterized in that the actual value of the charging current / discharge current is measured, that a current controller regulates the actual value of the charging current / discharge current to a desired value and that the nominal value of the charging current / discharge current is corrected as a function of the detected voltage at the piezoelectric element , In this case, the current regulation can be carried out as a two-point control, in which the charging current / discharge current is compared with a lower and an upper current threshold value.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben eines piezoelektrischen Elements bereitzustellen, welche eine möglichst geringe Belastung von elektronischen Komponenten sicherstellen. It is an object of the invention to provide a method and an apparatus for operating a piezoelectric element, which ensure the lowest possible loading of electronic components.

Die Aufgabe wird durch die im unabhängigen Verfahrensanspruch sowie im nebengeordneten Vorrichtungsanspruch angegebenen Merkmale jeweils gelöst.The object is achieved by the features specified in the independent method claim as well as in the independent device claim.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines piezoelektrischen Elements, das mittels eines Ladeschalters auf eine Betriebsspannung bzw. Piezospannung geladen und mittels eines Entladeschalters entladen wird, geht davon aus, dass der Ladeschalter und/oder Entladeschalter während des Ladevorgangs/Entladevorgangs getaktet betrieben wird, wobei der Ladeschalter/Entladeschalter in zeitlicher Folge ein- und ausgeschaltet wird, dass der Ladestrom und Entladestrom über ein induktives Bauelement geführt wird und dass eine als Zweipunkt-Regelung ausgestaltete Stromregelung vorgesehen ist, bei welcher der Istwert des Ladestroms/Entladestroms gemessen und mit einem unteren sowie oberen Strom-Schwellenwert verglichen wird. The inventive method for operating a piezoelectric element, which is charged by means of a charging switch to an operating voltage or piezoelectric voltage and discharged by means of a discharge switch, assumes that the charging switch and / or discharge switch is operated clocked during the charging / discharging process, the charging switch / Discharge switch is turned on and off in chronological order, that the charging current and discharge current is passed through an inductive component and that designed as a two-point control current regulation is provided, wherein the actual value of the charging current / discharge measured and measured with a lower and upper stream Threshold value is compared.

Gemäß einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die am piezoelektrischen Element anliegende Piezospannung gemessen wird und dass die Schwellenwert-Differenz zwischen dem oberen und dem unteren Strom-Schwellenwert in Abhängigkeit von der Piezospannung derart festgelegt wird, dass bei kleinerer Piezospannung eine kleinere Schwellenwert-Differenz vorgegeben wird.According to a first embodiment of the method according to the invention it is provided that the voltage applied to the piezoelectric element piezoelectric voltage is measured and that the threshold difference between the upper and lower current threshold depending on the piezoelectric voltage is set such that at smaller piezoelectric voltage, a smaller threshold Difference is specified.

Gemäß einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die am piezoelektrischen Element anliegende Piezospannung gemessen wird und dass die Schwellenwert-Differenz zwischen dem oberen und dem unteren Strom-Schwellenwert in Abhängigkeit von der Spannungsdifferenz zwischen einer Zwischenkreisspannung und der Piezospannung derart festgelegt wird, dass bei kleinerer Spannungsdifferenz eine kleinere Schwellenwert-Differenz vorgegeben wird. Die Zwischenkreisspannung wurde bereits eingangs definiert als diejenige Spannung, die an einem Pufferkondensator anliegt.According to a second embodiment of the method according to the invention it is provided that the voltage applied to the piezoelectric element piezoelectric voltage is measured and that the threshold difference between the upper and the lower current threshold depending on the voltage difference between an intermediate circuit voltage and the piezoelectric voltage is set such that at smaller voltage difference, a smaller threshold difference is specified. The DC link voltage has already been defined at the outset as the voltage applied to a buffer capacitor.

Die erfindungsgemäßen Vorgehensweisen ermöglichen die Einstellung einer zumindest näherungsweise konstanten Schaltfrequenz des getakteten Betriebs einer Piezo-Endstufe. Aufgrund der konstanten Schaltfrequenz kann ein Optimum zwischen den Verlusten im Ladeschalter bzw. Entladeschalter und dem Verlust in dem induktiven Bauelement eingestellt werden.The procedures according to the invention make it possible to set an at least approximately constant switching frequency of the clocked operation of a piezo output stage. Due to the constant switching frequency, an optimum can be set between the losses in the charging switch or discharge switch and the loss in the inductive component.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorgehensweise sind jeweils Gegenstände von abhängigen Ansprüchen.Advantageous developments and refinements of the procedure according to the invention are each objects of dependent claims.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass die Schwellenwert-Differenz in Abhängigkeit vom kleineren Wert entweder der Piezospannung oder der Spannungsdifferenz zwischen der Zwischenkreisspannung und der Piezospannung festgelegt wird. Die Ausgestaltung betrifft daher eine Kombination der ersten und der zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform. Dadurch kann ohne beispielsweise eine Extrapolation eine wenigstens näherungsweise konstante Schaltfrequenz im gesamten Bereich des Ladevorgangs bzw. des Entladevorgangs des piezoelektrischen Elements besonders einfach vorgegeben werden.An advantageous embodiment provides that the threshold difference is set as a function of the smaller value of either the piezo voltage or the voltage difference between the intermediate circuit voltage and the piezo voltage. The embodiment therefore relates to a combination of the first and the second embodiment of the invention. As a result, without an extrapolation, for example, an at least approximately constant switching frequency in the entire region of the charging process or the discharging process of the piezoelectric element can be specified in a particularly simple manner.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens sieht ein speziell ausgestaltetes Steuergerät vor, welches in der Lage ist, die einzelnen Verfahrensschritte durchzuführen und die erforderlichen Aktionen zu veranlassen.The device according to the invention for carrying out the method provides a specially designed control unit which is able to carry out the individual method steps and to initiate the required actions.

Das erfindungsgemäße Steuergerät-Programm sieht vor, dass alle Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgeführt werden, wenn es in einem Steuergerät abläuft.The control unit program according to the invention provides that all steps of the method according to the invention are carried out when it runs in a control unit.

Das erfindungsgemäße Steuergerät-Programmprodukt mit einem auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherten Programmcode führt das erfindungsgemäße Verfahren aus, wenn das Programm in einem Steuergerät ausgeführt wird.The control unit program product according to the invention with a program code stored on a machine-readable carrier executes the method according to the invention when the program is executed in a control unit.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und der Vorrichtung ergeben sich aus der Beschreibung.Further advantageous developments and refinements of the method and the device according to the invention will become apparent from the description.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.An embodiment of the invention is illustrated in the drawing and explained in more detail in the following description.

Zeichnungdrawing

1 zeigt eine Piezo-Endstufe während eines Ladevorgangs eines piezoelektrischen Elements bei eingeschaltetem Ladeschalter, 1 shows a piezo output stage during a charging process of a piezoelectric element with the charging switch turned on,

2 zeigt die Piezo-Endstufe während des Ladevorgangs bei geöffnetem Ladeschalter, 2 shows the piezo amplifier during charging with the charging switch open,

3 zeigt ein Blockschaltbild zumindest eines Teils eines Steuergeräts, mittels welchem ein erfindungsgemäßes Verfahren durchgeführt wird, 3 shows a block diagram of at least part of a control unit, by means of which a method according to the invention is carried out,

4 zeigt die Piezo-Endstufe während eines Entladevorgangs des piezoelektrischen Elements bei eingeschaltetem Entladeschalter, 4 shows the piezo output stage during a discharging operation of the piezoelectric element with the discharge switch turned on,

5 zeigt die Piezo-Endstufe während des Entladevorgangs bei geöffnetem Entladeschalter, 5 shows the piezo output stage during the discharge process with the discharge switch open,

6 zeigt im oberen Teilbild einen zeitlichen Verlauf eines Ladestroms und im unteren Teilbild einen zeitlichen Verlauf einer Piezospannung gemäß dem Stand der Technik, 6 shows in the upper part of a time diagram of a charging current and in the lower part of a time chart of a piezoelectric voltage according to the prior art,

7 zeigt im oberen Teilbild einen zeitlichen Verlauf eines Ladestroms und im unteren Teilbild einen zeitlichen Verlauf einer Piezospannung ebenfalls gemäß dem Stand der Technik, 7 shows in the upper part of a time diagram of a charging current and in the lower part of a time course of a piezoelectric voltage also according to the prior art,

8 zeigt im oberen Teilbild einen zeitlichen Verlauf eines Ladestroms und im unteren Teilbild einen zeitlichen Verlauf einer Piezospannung gemäß der Erfindung und 8th shows in the upper part of a time diagram of a charging current and in the lower part of a time chart of a piezoelectric voltage according to the invention and

9 zeigt im oberen Teilbild einen zeitlichen Verlauf eines Ladestroms und im unteren Teilbild einen zeitlichen Verlauf einer Piezospannung gemäß einer Weiterbildung der Erfindung. 9 shows in the upper partial image a time course of a charging current and in the lower part of a time course of a piezoelectric voltage according to a development of the invention.

Detaillierte Beschreibung Detailed description

1 zeigt eine Piezo-Endstufe 10 während eines Ladevorgangs. Die von einer Spannungsquelle 12 bereitgestellte Spannung wird mittels eines DC/DC-Wandlers 14 auf eine Zwischenkreisspannung 16 gebracht, die zum Betreiben eines piezo-elektrischen Elements 18 ausreichend hoch bemessen ist. Zur Pufferung der Zwischenkreisspannung 16 ist ein Pufferkondensator 20 vorgesehen. 1 shows a piezo amplifier 10 during a charge. The from a voltage source 12 provided voltage is by means of a DC / DC converter 14 to a DC link voltage 16 brought to operate a piezoelectric element 18 is sufficiently high. For buffering the DC link voltage 16 is a buffer capacitor 20 intended.

Das piezoelektrische Element 18 ist beispielsweise in einem Ventil, insbesondere einem Kraftstoff-Einspritzventil vorgesehen und dient zum Betätigen eines Ventilelements. Das piezoelektrische Element 18 dehnt sich aus bzw. zieht sich in Abhängigkeit von der am piezoelektrischen Element 18 anliegenden Piezospannung u bzw. der auf dem piezoelektrischen Element 18 befindlichen Ladung zusammen.The piezoelectric element 18 is for example provided in a valve, in particular a fuel injection valve, and serves to actuate a valve element. The piezoelectric element 18 expands or contracts depending on the piezoelectric element 18 adjacent piezo voltage u or on the piezoelectric element 18 together.

Vorgesehen ist beispielsweise eine Zweiquadranten-Endstufe, die an ihrem Ausgang 22 eine unipolare Spannung und einen bipolaren Strom bereitstellen kann. Die Piezo-Endstufe 10 enthält einen ersten Schalter 24, der im Folgenden als Ladeschalter 24 bezeichnet wird. Die Piezo-Endstufe 10 enthält weiterhin einen zweiten Schalter 26, der im Folgenden als Entladeschalter 26 bezeichnet wird. Der Ladeschalter 24 wird von einem ersten Schaltsignal S1 und der Entladeschalter 26 von einem zweiten Schaltsignal S2 angesteuert. Dem Ladeschalter 24 ist ein erster Freilauf 28 zugeordnet, der im gezeigten Ausführungsbeispiel als Freilaufdiode realisiert ist. Vorgesehen kann gleichermaßen ein aktiv geschalteter Freilauf sein. Dem Entladeschalter 26 ist ein zweiter Freilauf 30 zugeordnet, der im gezeigten Ausführungsbeispiel ebenfalls als Freilaufdiode realisiert ist. Auch der zweite Freilauf 30 kann alternativ ein aktiv geschalteter Freilauf sein.Provided, for example, a two-quadrant power amplifier, at its output 22 can provide a unipolar voltage and a bipolar current. The piezo amplifier 10 contains a first switch 24 which in the following as charging switch 24 referred to as. The piezo amplifier 10 also contains a second switch 26 in the following as a discharge switch 26 referred to as. The charging switch 24 is from a first switching signal S1 and the discharge switch 26 controlled by a second switching signal S2. The charging switch 24 is a first freewheel 28 assigned, which is realized in the embodiment shown as a freewheeling diode. Provided may equally be an actively connected freewheel. The discharge switch 26 is a second freewheel 30 assigned, which is also realized in the embodiment shown as a freewheeling diode. Also the second freewheel 30 may alternatively be an actively connected freewheel.

Da das piezoelektrische Element 18 eine kapazitive Last bildet, wird üblicherweise mindestens ein induktives Bauelement 32 in Serie zum piezoelektrischen Element 18 geschaltet.Since the piezoelectric element 18 forms a capacitive load is usually at least one inductive component 32 in series with the piezoelectric element 18 connected.

Während des Ladevorgangs wird der Ladeschalter 24 in schneller zeitlicher Folge mittels des ersten Schaltsignals S1 ein- und ausgeschaltet. In 1 sind die Verhältnisse bei eingeschaltetem Ladeschalter 24 dargestellt. Ein Ladestrom 34 fließt über den Ladeschalter 24, das induktive Bauelement 32, das piezoelektrische Element 18 zurück zum Pufferkondensator 20. In 2 sind die Verhältnisse bei abgeschaltetem Ladeschalter 24 dargestellt.During charging, the charging switch becomes 24 switched on and off in rapid time sequence by means of the first switching signal S1. In 1 are the conditions when the charging switch is switched on 24 shown. A charging current 34 flows through the charging switch 24 , the inductive component 32 , the piezoelectric element 18 back to the buffer capacitor 20 , In 2 are the conditions when the charging switch is switched off 24 shown.

Diejenigen in 2 gezeigten Teile, die mit den in 1 gezeigten Teilen übereinstimmen, sind jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen. Diese Vereinbarung gilt auch für die folgenden Figuren.Those in 2 parts shown with the in 1 match shown parts are each provided with the same reference numerals. This agreement also applies to the following figures.

Bei abgeschaltetem Ladeschalter 24 fließt der Ladestrom 34 weiterhin über das induktive Bauelement 32, das piezoelektrische Element 18 und über den zweiten Freilauf 30.With the charging switch switched off 24 the charging current flows 34 continue via the inductive component 32 , the piezoelectric element 18 and over the second freewheel 30 ,

Das erste Schaltsignal S1 wird im Rahmen eines getakteten Betriebs vorgegeben, sodass das erste Schaltsignal S1 einem Taktsignal des getakteten Betriebs entspricht. Das Taktsignal bzw. das erste Schaltsignal S1 kann entweder im gesteuerten Betrieb oder im Rahmen einer Stromregelung festgelegt werden. Im Folgenden soll eine Stromregelung zugrunde liegen. Der Stromregler ist als Zweipunktregler realisiert, der einen gemessenen durch das piezoelektrische Element 18 fließenden Strom i mit einem oberen und unteren Strom-Schwellenwert vergleicht. Die Differenz der Strom-Schwellenwerte entspricht einer vorgegebenen Hysterese. Zur Erfassung des Stroms i ist ein Stromsensor 36 vorgesehen, der beispielsweise als ein niederohmiger Shuntwiderstand oder als ein induktiver Stromsensor realisiert sein kann.The first switching signal S1 is specified in the context of a clocked operation, so that the first switching signal S1 corresponds to a clock signal of the clocked operation. The clock signal or the first switching signal S1 can be defined either in controlled operation or in the context of current regulation. The following is based on a current control. The current controller is realized as a two-position controller, which is measured by the piezoelectric element 18 comparing current i with upper and lower current thresholds. The difference of the current thresholds corresponds to a given hysteresis. For detecting the current i is a current sensor 36 provided, which may be realized for example as a low-impedance shunt resistor or as an inductive current sensor.

Ein Steuergerät 40, welches das erste Schaltsignal S1 und auch das später beschriebene zweite Schaltsignal S2 bereitstellt, ist in 3 dargestellt. Das Steuergerät 40 enthält einen Stromregler 42, der einen Strom-Sollwert 44, welcher von einem Sollwertgeber 46 bereitgestellt wird, in einem Vergleicher mit einem Strom-Istwert 48 vergleicht, der dem gemessenen Strom i entspricht. Der Strom-Sollwert 44 kann einem mittleren Strom entsprechen. Der Strom-Sollwert 44 setzt sich aus zwei Strom-Schwellenwerten 50, 52 zusammen zwischen denen eine Schwellenwert-Differenz d auftritt, welche als Hysterese bezeichnet wird.A control unit 40 which provides the first switching signal S1 and also the second switching signal S2 described later is in 3 shown. The control unit 40 contains a current regulator 42 that has a current setpoint 44 , which of a setpoint generator 46 is provided in a comparator with a current actual value 48 compares that corresponds to the measured current i. The current setpoint 44 can correspond to a medium current. The current- setpoint 44 consists of two current thresholds 50 . 52 together between which a threshold difference d occurs, which is referred to as hysteresis.

Wenn der Strom-Istwert 48 den unteren Strom-Schwellenwert 50 unterschreitet, stellt der Stromregler 42 das erste Schaltsignal S1 bereit. Wenn der ansteigende Strom i den oberen Strom-Schwellenwert 52 überschreitet, nimmt der Stromregler 42 das erste Schaltsignal S1 zurück. Das erste Schaltsignal S1 für den Ladeschalter 24 stellt der Stromregler 42 nur bereit, wenn ein Ladesignal 54 vorliegt, welches beispielsweise von einer nicht näher gezeigten Motor-Steuerung bereitgestellt wird. If the current actual value 48 the lower current threshold 50 falls below, sets the current regulator 42 the first switching signal S1 ready. When the rising current i is the upper current threshold 52 exceeds, the current controller takes 42 the first switching signal S1 back. The first switching signal S1 for the charging switch 24 puts the current regulator 42 only ready when a charging signal 54 is present, which is provided for example by a motor controller not shown in detail.

In entsprechender Weise stellt der Stromregler 42 das zweite Schaltsignal S2 bereit, welches den Entladevorgang des piezoelektrischen Elements 18 festlegt. Der Strom-Sollwert 44 beziehungsweise die beiden Strom-Schwellenwerte 50, 52 sind in diesem Fall negative Werte. Das zweite Schaltsignal S2 für den Entladeschalter 26 stellt der Stromregler 42 nur bereit, wenn ein Entladesignal 56 vorliegt.The current controller sets in the same way 42 the second switching signal S2, which indicates the discharging operation of the piezoelectric element 18 sets. The current setpoint 44 or the two current thresholds 50 . 52 are negative values in this case. The second switching signal S2 for the discharge switch 26 puts the current regulator 42 only ready when a discharge signal 56 is present.

Die weiteren Funktionsblöcke sowie die weiteren Signale, die in 3 eingetragen sind, werden weiter unten besprochen.The further function blocks as well as the further signals, which are in 3 are discussed below.

4 zeigt die Piezo-Endstufe 10 während des Entladevorgangs des piezoelektrischen Elements 18 bei eingeschaltetem Entladeschalter 26 und 5 zeigt die Piezo-Endstufe 10 während des Entladevorgangs bei ausgeschaltetem Entladeschalter 26. Während des Entladens wird der Entladeschalter 26 im Rahmen des getakteten Betriebs mit dem zweiten Schaltsignal S2 angesteuert. 4 shows the piezo amplifier 10 during the discharging operation of the piezoelectric element 18 when the discharge switch is switched on 26 and 5 shows the piezo amplifier 10 during discharging when the discharge switch is off 26 , During discharging, the discharge switch becomes 26 controlled in the context of the clocked operation with the second switching signal S2.

Gemäß 4 fließt bei geschlossenem Entladeschalter 26 ein Entladestrom 60 vom piezoelektrischen Element 18 über das induktive Bauelement 32 und über den Entladeschalter 26 zurück zum piezoelektrischen Element 18.According to 4 flows when the discharge switch is closed 26 a discharge current 60 from the piezoelectric element 18 via the inductive component 32 and via the discharge switch 26 back to the piezoelectric element 18 ,

5 zeigt die Verhältnisse bei abgeschaltetem Entladeschalter 26. In diesem Fall fließt der Entladestrom 60 anstelle über den Entladeschalter 26 über den ersten Freilauf 28 zurück zum Pufferkondensator 20. 5 shows the conditions with the discharge switch switched off 26 , In this case, the discharge current flows 60 instead of the discharge switch 26 over the first freewheel 28 back to the buffer capacitor 20 ,

6 zeigt im oberen Teilbild einen Stromverlauf und im unteren Teilbild einen Spannungsverlauf, wie sie in der bislang beschriebenen Piezoendstufe 10 gemäß dem Stand der Technik auftreten, wenn keine weiteren Maßnahmen ergriffen werden. Vorausgesetzt wird daher der als Zweipunktregler realisierte Stromregler 42 mit einer fest vorgegebenen Hysterese. Dargestellt ist exemplarisch der Ladevorgang. Der Strom i pendelt nicht nur zwischen dem oberen und unteren Strom-Schwellenwert 50, 52, sondern zeigt aufgrund von Schaltverzugszeiten und Signallaufzeiten im Stromregler 42 deutliche Überschwinger 70 beziehungsweise Unterschwinger 72. Die Höhe des Überschwingens beziehungsweise des Unterschwingens ist unter anderem abhängig von der Piezospannung u zu jedem Zeitpunkt. Die Piezospannung u bestimmt gemäß der elektromagnetischen Induktion durch die Induktivität 32 den Stromgradienten und damit bei gegebener Schaltverzugszeit und Signallaufzeit auch die Höhe des Überschwingens/Unterschwingens. 6 shows in the upper part of a current waveform diagram and in the lower part of a waveform, as in the previously described Piezoendstufe 10 occur in the prior art, if no further action is taken. Therefore, the current controller realized as a two-position controller is required 42 with a fixed hysteresis. The loading process is shown as an example. The current i does not only oscillate between the upper and lower current thresholds 50 . 52 but shows due to switching delay times and signal propagation times in the current controller 42 distinct overshoots 70 or undershooters 72 , The amount of overshoot or undershoot depends among other things on the piezo voltage u at each time. The piezo voltage u determines according to the electromagnetic induction by the inductance 32 the current gradient and thus at a given switching delay time and signal propagation time, the amount of overshoot / undershoot.

Da sich die Piezospannung u während des Ladevorgangs ändert, ändert sich dementsprechend auch die Höhe des Überschwingens/Unterschwingens. Hierbei gilt, dass zu Beginn des Ladevorgangs die Überschwinger 70 höher sind als am Ende des Ladevorgangs, während sich die Unterschwinger 72 dazu gegensätzlich verhalten.As the piezo voltage u changes during the charging process, the amount of overshoot / undershoot changes accordingly. In this case, that at the beginning of the charging process, the overshoot 70 are higher than at the end of the charging process, while the undershoots 72 to behave contrary.

7 zeigt im oberen Teilbild einen Stromverlauf und im unteren Teilbild einen Spannungsverlauf, wie sie in der Piezoendstufe gemäß der nicht vorveröffentlichten Offenlegungsschrift DE 10 2015 216 854 A1 auftreten. Dort ist eine Kompensation der Rückwirkung der Piezospannung u auf die Überschwinger/Unterschwinger 70, 72 mittels einer Anpassung von Strom-Schwellenwerten 74, 76 vorgesehen. In 7 sind extern vorgegebene Stromgrenzen 78, 80 eingetragen, zwischen welchen der Strom i pendelt. Weiterhin sind in 7 in Abhängigkeit von der Piezospannung u berechnete Strom-Schwellenwerte 74, 76 eingetragen, welche mit zunehmender Piezospannung u jeweils im zeitlichen Verlauf ansteigen. Wenn der Stromregler 42 den gemessenen Strom i mit den berechneten Strom-Schwellenwerten 74, 76 vergleicht und bei einer Schwellenüberschreitung das erste Schaltsignal S1 bereitstellt beziehungsweise zurücknimmt, treten zwar weiterhin die Überschwinger 70 beziehungsweise Unterschwinger 72 auf, jedoch liegen die Überschwinger 70 beziehungsweise Unterschwinger 72 innerhalb der extern vorgegebenen Stromgrenzen 78, 80. 7 shows in the upper part of a current waveform diagram and in the lower part of a waveform, as in the piezo amplifier according to the unpublished published patent application DE 10 2015 216 854 A1 occur. There is a compensation of the reaction of the piezoelectric voltage u on the overshoot / undershoot 70 . 72 by adjusting current thresholds 74 . 76 intended. In 7 are externally specified current limits 78 . 80 entered, between which the current i oscillates. Furthermore, in 7 as a function of the piezo voltage u calculated current thresholds 74 . 76 registered, which increase with increasing piezo voltage u in each case over time. When the current regulator 42 the measured current i with the calculated current thresholds 74 . 76 compares and at a threshold exceeding the first switching signal S1 provides or withdraws, although continue to occur the overshoot 70 or undershooters 72 on, but are the overshoots 70 or undershooters 72 within the externally specified current limits 78 . 80 ,

Die extern vorgegebenen Stromgrenzen 78, 80 könnten gemäß 3 dem Sollwertgeber 46 zur Verfügung gestellt werden, der aufgrund der bekannten Schaltzeiten und Signallaufzeiten ts die beiden Strom-Schwellenwerte 74, 76 gemäß dem Stand der Technik weiterhin in Abhängigkeit von der Piezospannung u beziehungsweise alternativ von der auf dem piezoelektrischen Element 18 befindlichen Ladung C berechnen und dem Stromregler 42 zum Vergleich mit dem gemessenen Strom-Istwert 48 zur Verfügung stellen könnte.The externally specified current limits 78 . 80 could according to 3 the setpoint generator 46 are made available, the two current thresholds due to the known switching times and signal transit times ts 74 . 76 according to the prior art further in dependence on the piezoelectric voltage u or alternatively of the on the piezoelectric element 18 calculate charge C and the current regulator 42 for comparison with the measured current actual value 48 could provide.

Über die Hysterese, also die Schwellenwert-Differenz d zwischen dem unteren und dem oberen Strom-Schwellenwert 74, 76 kann die Schaltfrequenz der Piezo-Endstufe 10 gemäß dem Stand der Technik eingestellt werden. Bei der Festlegung der Schaltfrequenz müssen insbesondere die Schaltverluste in den Schaltern 24, 26 als auch der im induktiven Element 32 auftretende Ripple-Strom berücksichtigt werden, denn von den erwarteten Schaltverlusten und dem erwarteten Ripple-Strom hängt die Auswahl der Bauelemente ab, da eine Überlastung der Bauelemente zu einer Fehlfunktion oder zum vollständigen Ausfall der Bauelemente führt. Je höher die Schaltfrequenz liegt, desto höher sind die Schaltverluste in den Schaltern 24, 26, jedoch wird der erwartete Ripple-Strom kleiner. Durch die Festlegung der Hysterese bzw. der Schwellenwert-Differenz d zwischen dem oberen und unteren Strom-Schwellenwert kann ein Optimum zwischen den in den Schaltern 24, 26 sowie im induktiven Element 32 auftretenden elektrischen Verlustleistungen erzielt werden.About the hysteresis, ie the threshold difference d between the lower and the upper current threshold 74 . 76 can the Switching frequency of the piezo output stage 10 be adjusted according to the prior art. In determining the switching frequency in particular the switching losses in the switches 24 . 26 as well as in the inductive element 32 occurring ripple current, because of the expected switching losses and the expected ripple current depends on the selection of components, as an overload of the components leads to a malfunction or complete failure of the components. The higher the switching frequency, the higher the switching losses in the switches 24 . 26 However, the expected ripple current becomes smaller. By setting the hysteresis or threshold difference d between the upper and lower current thresholds, there can be an optimum between those in the switches 24 . 26 as well as in the inductive element 32 occurring electrical power losses can be achieved.

Eine Bewertung des in den oberen Teilbildern der 6 und 7 jeweils gezeigten zeitlichen Stromverlaufs belegt, dass die Schaltfrequenz zu Beginn und am Ende des Ladevorgangs des piezoelektrischen Elements 18 deutlich geringer ist als in der Mitte. Dies liegt daran, dass die Piezospannung u zu Beginn des Ladevorgangs nahe dem Massepotenzial und am Ende des Ladevorgangs nahe der Zwischenkreisspannung 16 liegt. Gemäß der Selbstinduktion des induktiven Elements 32 folgt daraus, dass zu diesen Zeitpunkten ein kleinerer Stromgradient auftritt, sodass ein vergleichsweise längerer Zeitraum verstreicht, bis der obere bzw. untere Strom-Schwellenwert 74, 76 über- bzw. unterschritten wird, sodass sich eine niedrige Schaltfrequenz ergibt. Hierbei gilt: u(t) = L(di/dt). A rating of the in the upper panels of the 6 and 7 shown in each case temporal current profile that the switching frequency at the beginning and at the end of the charging of the piezoelectric element 18 is significantly lower than in the middle. This is because the piezo voltage u is near the ground potential at the beginning of the charging process and near the intermediate circuit voltage at the end of the charging process 16 lies. According to the self-induction of the inductive element 32 It follows that at these times, a smaller current gradient occurs, so that a comparatively longer period elapses until the upper or lower current threshold 74 . 76 is exceeded or fallen below, so that there is a low switching frequency. Where: u (t) = L (di / dt).

Eine über zumindest einen Teil des Ladevorgangs bzw. Entladevorgangs möglichst gleiche Schaltfrequenz im Rahmen des getakteten Betriebs der Piezo-Endstufe 10 wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass die Hysterese bzw. die Schwellenwert-Differenz d zwischen dem erfindungsgemäß festgelegten oberen und unteren Strom-Schwellenwert 50, 52 variabel vorgegeben wird.A switching frequency which is as constant as possible over at least part of the charging process or discharging process in the context of the pulsed operation of the piezo output stage 10 According to the invention is achieved in that the hysteresis or the threshold difference d between the upper and lower current threshold value set according to the invention 50 . 52 is specified variably.

Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Schwellenwert-Differenz d zwischen dem oberen und unteren Strom-Schwellenwert 50, 52 in Abhängigkeit von der Piezospannung u festgelegt ist, wobei die Festlegung derart getroffen ist, dass bei einer vergleichsweise kleinen Piezospannung u eine kleinere Schwellenwert-Differenz d und bei einer ansteigenden Piezospannung u eine zunehmend größere Schwellenwert-Differenz d zwischen dem oberen und unteren Strom-Schwellenwert 50, 52 vorgesehen ist. Ohne weiteren Eingriff kann mit dieser Maßnahme die Schaltfrequenz zumindest bis ungefähr zur Hälfte des Ladevorgangs bzw. ab der Hälfte des Entladevorgangs bis zum Schluss wenigstens näherungsweise konstant gehalten werden. According to a first embodiment of the invention, it is provided that the threshold difference d between the upper and lower current threshold 50 . 52 is determined as a function of the piezoelectric voltage u, wherein the determination is made such that at a comparatively small piezoelectric voltage u a smaller threshold difference d and at a rising piezo voltage u an increasingly larger threshold difference d between the upper and lower current threshold 50 . 52 is provided. Without further intervention, the switching frequency can be kept at least approximately constant until at least approximately half of the charging process or from half of the discharging process until the end with this measure.

Da jedoch die Startspannung von wenigstens näherungsweise 0 Volt und die Piezospannung u, auf welche das piezoelektrische Element 18 gebracht werden soll, bekannt sind, kann im Fall des Ladevorgangs beim Erreichen etwa der halben Zwischenkreisspannung 16 die Schwellenwert-Differenz d wieder verringert werden. Entsprechend kann im Fall des Entladevorgangs bis zum Erreichen etwa der halben Zwischenkreisspannung 16 die Schwellenwert-Differenz d erhöht werden. Insgesamt kann somit über den gesamten zeitlichen Lade- bzw. Entladevorgang eine wenigstens näherungsweise konstante Schaltfrequenz des getakteten Betriebs der Piezo-Endstufe 10 einstellt werden.However, since the starting voltage of at least approximately 0 volts and the piezoelectric voltage u, to which the piezoelectric element 18 is to be brought, are known, in the case of charging when reaching about half the DC link voltage 16 the threshold difference d are again reduced. Accordingly, in the case of the discharge process until reaching about half the intermediate circuit voltage 16 the threshold difference d are increased. Overall, therefore, over the entire time charging or discharging an at least approximately constant switching frequency of the clocked operation of the piezo amplifier 10 be adjusted.

Gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Schwellenwert-Differenz d zwischen dem oberen und unteren Strom-Schwellenwert 50, 52 in Abhängigkeit von der Spannungsdifferenz zwischen der Zwischenkreisspannung 16 und der Piezospannung u festgelegt wird, wobei die Festlegung derart getroffen ist, dass bei einer vergleichsweise hohen Spannungsdifferenz zwischen der Zwischenkreisspannung 16 und der Piezospannung u eine größere Schwellenwert-Differenz d und bei einer geringer werdenden Spannungsdifferenz zwischen der Zwischenkreisspannung 16 und der Piezospannung u zunehmend eine kleinere Schwellenwert-Differenz d zwischen dem oberen und dem unteren Strom-Schwellenwert 50, 52 vorgegeben wird.According to a second embodiment of the invention, it is provided that the threshold difference d between the upper and lower current threshold 50 . 52 depending on the voltage difference between the DC link voltage 16 and the piezo voltage u is set, wherein the determination is made such that at a comparatively high voltage difference between the intermediate circuit voltage 16 and the piezo voltage u a larger threshold difference d and at a decreasing voltage difference between the DC link voltage 16 and the piezo voltage u increasingly has a smaller threshold difference d between the upper and lower current thresholds 50 . 52 is given.

Ohne weiteren Eingriff kann mit dieser Maßnahme die Schaltfrequenz der Piezo-Endstufe 10 im Rahmen des getakteten Betriebs zumindest ab ungefähr der Hälfte des Ladevorgangs bzw. bis ungefähr zur Hälfte des Entladevorgangs wenigstens näherungsweise konstant gehalten werden. Da jedoch bekannt ist, dass die Schwellenwert-Differenz d zwischen der Zwischenkreisspannung 16 und der Piezospannung u zu Beginn des Ladevorgangs maximal ist, kann beim Beginn des Ladevorgangs bis etwa zum Erreichen der halben Zwischenkreisspannung 16 die Schwellenwert-Differenz d vergrößert werden und entsprechend beim Entladevorgang ab Erreichen etwa der Hälfte der Zwischenkreisspannung 16 die Schwellenwert-Differenz d verringert werden. Insgesamt kann somit auch bei der zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform über den gesamten zeitlichen Lade- bzw. Entladevorgang eine wenigstens näherungsweise konstante Schaltfrequenz des getakteten Betriebs der Piezo-Endstufe 10 einstellt werden.Without further intervention, the switching frequency of the piezo output stage can be achieved with this measure 10 be kept at least approximately constant in the context of the clocked operation at least from about half of the charging process or to about half of the discharging process. However, since it is known that the threshold difference d between the DC link voltage 16 and the piezo voltage u at the beginning of the charging process is maximum, can at the beginning of the charging process until approximately to reach half the DC link voltage 16 the threshold difference d are increased and, correspondingly, during the discharging process, from reaching approximately half of the intermediate circuit voltage 16 the threshold difference d can be reduced. Overall, therefore, even in the second embodiment of the invention over the entire time charging or discharging an at least approximately constant switching frequency of the clocked operation of the piezo amplifier 10 be adjusted.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass die Schwellenwert-Differenz d zwischen dem oberen und dem unteren Strom-Schwellenwert 50, 52 in Abhängigkeit vom kleineren Wert entweder der Piezospannung u oder der Spannungsdifferenz zwischen der Zwischenkreisspannung 16 und der Piezospannung u festgelegt wird. Durch die Auswahl des Minimums der beiden Werte entfällt die gegebenenfalls vorgesehene, weiter oben jeweils beschriebene Extrapolation bei der Festlegung der Schwellenwert-Differenz d, sodass die Schwellenwert-Differenz d unmittelbar in Abhängigkeit von der Piezospannung u oder der Spannungsdifferenz zwischen der Zwischenkreisspannung 16 und der Piezospannung u festgelegt werden kann, je nachdem welcher der beiden Werte kleiner ist.A particularly advantageous embodiment provides that the threshold difference d between the upper and the lower Strom- threshold 50 . 52 depending on the smaller value of either the piezo voltage u or the voltage difference between the intermediate circuit voltage 16 and the piezo voltage u is set. By selecting the minimum of the two values, the optionally provided extrapolation described above in each case determines the threshold difference d, so that the threshold difference d directly as a function of the piezo voltage u or the voltage difference between the intermediate circuit voltage 16 and the piezo voltage u can be set, depending on which of the two values is smaller.

8 zeigt im oberen Teilbild die erfindungsgemäße Festlegung des oberen beziehungsweise unteren Strom-Schwellenwerts 50, 52. In 8 ist der Fall einer vollständigen Kompensation dargestellt, bei welcher die Schaltfrequenz der Piezo-Endstufe 10 im gesamten Ladevorgang wenigstens näherungsweise konstant ist. 8 zeigt gleichzeitig, dass Überschwinger 70 über den oberen Strom-Schwellenwert 50 bzw. Unterschwinger 72 unter den unteren Strom-Schwellenwert 52 auftreten, wobei die Spitzenwerte jeweils nicht festgelegt sind. 8th shows in the upper part of the diagram according to the invention the determination of the upper or lower current threshold value 50 . 52 , In 8th the case of a complete compensation is shown, in which the switching frequency of the piezo output stage 10 is at least approximately constant throughout the charging process. 8th shows at the same time that overshoot 70 above the upper current threshold 50 or undershoot 72 below the lower power threshold 52 occur, with the peak values are not specified.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist deshalb darüber hinaus erfindungsgemäß eine Kompensation des oberen und unteren Strom-Schwellenwerts 50, 52 in Abhängigkeit von der Piezospannung u vorgesehen, um ein Ergebnis gemäß 7 zu erzielen, bei dem die Spitzenwerte des Stroms i innerhalb der extern vorgegebenen oberen Stromgrenze 78 bzw. unteren Stromgrenze 80 liegen. According to an advantageous development is therefore beyond the invention, a compensation of the upper and lower current threshold 50 . 52 depending on the piezoelectric voltage u provided to a result according to 7 in which the peak values of the current i are within the externally set upper current limit 78 or lower current limit 80 lie.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 60018549 T2 [0003] DE 60018549 T2 [0003]
  • DE 19841002 C1 [0004] DE 19841002 C1 [0004]
  • DE 19814594 A1 [0005] DE 19814594 A1 [0005]
  • DE 102015216854 A1 [0006, 0046] DE 102015216854 A1 [0006, 0046]

Claims (10)

Verfahren zum Betreiben eines piezoelektrischen Elements (18), das mittels eines Ladeschalters (24) auf eine Piezospannung (u) geladen und mittels eines Entladeschalters (26) entladen wird, bei dem der Ladeschalter (24) und/oder Entladeschalter (26) während des Ladevorgangs/Entladevorgangs getaktet betrieben wird, wobei der Ladeschalter/Entladeschalter (24, 26) in zeitlicher Folge ein- und ausgeschaltet wird, bei dem der Ladestrom (34) und Entladestrom (60) über ein induktives Bauelement (32) geführt wird, mit einer als Zweipunkt-Regelung ausgestalteten Stromregelung, bei welcher der Strom-Istwert (48) des Ladestroms/Entladestroms (34, 60) gemessen und mit einem unteren sowie oberen Strom-Schwellenwert (50, 52) verglichen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die am piezoelektrischen Element (18) anliegende Piezospannung (u) gemessen wird und dass eine Schwellenwert-Differenz (d) zwischen dem oberen und dem unteren Strom-Schwellenwert (50, 52) in Abhängigkeit von der Piezospannung (u) derart festgelegt wird, dass bei kleinerer Piezospannung (u) eine kleinere Schwellenwert-Differenz (d) vorgegeben wird.Method for operating a piezoelectric element ( 18 ), which by means of a charging switch ( 24 ) is charged to a piezo voltage (u) and by means of a discharge switch ( 26 ), in which the charging switch ( 24 ) and / or discharge switch ( 26 ) is clocked during the charging / discharging process, the charging switch / discharging switch ( 24 . 26 ) is switched on and off in chronological order, in which the charging current ( 34 ) and discharge current ( 60 ) via an inductive component ( 32 ), with a current control designed as a two-point control, in which the current actual value ( 48 ) of the charging current / discharge current ( 34 . 60 ) and with a lower and upper current threshold ( 50 . 52 ), characterized in that the piezoelectric element ( 18 ) and that a threshold difference (d) between the upper and lower current thresholds ( 50 . 52 ) as a function of the piezoelectric voltage (u) is set such that at a smaller piezoelectric voltage (u) a smaller threshold difference (d) is specified. Verfahren zum Betreiben eines piezoelektrischen Elements (18), das mittels eines Ladeschalters (24) auf eine Piezospannung (u) geladen und mittels eines Entladeschalters (26) entladen wird, bei dem der Ladeschalter (24) und/oder Entladeschalter (26) während des Ladevorgangs/Entladevorgangs getaktet betrieben wird, wobei der Ladeschalter/Entladeschalter (24, 26) in zeitlicher Folge ein- und ausgeschaltet wird, bei dem der Ladestrom (34) und Entladestrom (60) über ein induktives Bauelement (32) geführt wird, mit einer als Zweipunkt-Regelung ausgestalteten Stromregelung, bei welcher der Strom-Istwert (48) des Ladestroms/Entladestroms (34, 60) gemessen und mit einem unteren sowie oberen Strom-Schwellenwert (50, 52) verglichen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die am piezoelektrischen Element (18) anliegende Piezospannung (u) gemessen wird und dass eine Schwellenwert-Differenz (d) zwischen dem oberen und dem unteren Strom-Schwellenwert (50, 52) in Abhängigkeit von der Spannungsdifferenz zwischen einer Zwischenkreisspannung (16) und der Piezospannung (u) derart festgelegt wird, dass bei kleinerer Spannungsdifferenz eine kleinere Schwellenwert-Differenz (d) vorgegeben wird.Method for operating a piezoelectric element ( 18 ), which by means of a charging switch ( 24 ) is charged to a piezo voltage (u) and by means of a discharge switch ( 26 ), in which the charging switch ( 24 ) and / or discharge switch ( 26 ) is clocked during the charging / discharging process, the charging switch / discharging switch ( 24 . 26 ) is switched on and off in chronological order, in which the charging current ( 34 ) and discharge current ( 60 ) via an inductive component ( 32 ), with a current control designed as a two-point control, in which the current actual value ( 48 ) of the charging current / discharge current ( 34 . 60 ) and with a lower and upper current threshold ( 50 . 52 ), characterized in that the piezoelectric element ( 18 ) and that a threshold difference (d) between the upper and lower current thresholds ( 50 . 52 ) as a function of the voltage difference between a DC link voltage ( 16 ) and the piezo voltage (u) is set such that at smaller voltage difference, a smaller threshold difference (d) is specified. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwellenwert-Differenz (d) in Abhängigkeit vom kleineren Wert entweder der Piezospannung (u) oder der Spannungsdifferenz zwischen der Zwischenkreisspannung (16) und der Piezospannung (u) festgelegt wird.Method according to Claims 1 and 2, characterized in that the threshold difference (d) is dependent on the smaller value of either the piezo voltage (u) or the voltage difference between the intermediate circuit voltage ( 16 ) and the piezo voltage (u) is set. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwellenwert-Differenz (d) in Abhängigkeit von einer extern vorgegebenen oberen und unteren Stromgrenze (78, 80) berechnet wird.A method according to claim 1, characterized in that the threshold difference (d) in dependence on an externally predetermined upper and lower current limit ( 78 . 80 ) is calculated. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnung in Abhängigkeit von der Schaltzeit des Ladeschalters (24) und Entladeschalters (26) erfolgt.A method according to claim 4, characterized in that the calculation in dependence on the switching time of the charging switch ( 24 ) and discharge switch ( 26 ) he follows. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Strom-Schwellenwert (50, 52) in Abhängigkeit von der Piezospannung (u) derart korrigiert wird, dass bei höherer Piezospannung (u) ein betragsmäßig höherer Strom-Schwellenwert (50, 52) vorgegeben wird.Method according to claim 4 or 5, characterized in that the current threshold value ( 50 . 52 ) is corrected in such a way in dependence on the piezo voltage (u) that with higher piezo voltage (u) a magnitude higher current threshold ( 50 . 52 ) is given. Vorrichtung zum Betreiben eines piezoelektrischen Elements (18), dadurch gekennzeichnet, dass ein speziell ausgestaltetes Steuergerät (40) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche vorgesehen ist. Device for operating a piezoelectric element ( 18 ), characterized in that a specially designed control unit ( 40 ) is provided for carrying out the method according to one of the preceding claims. Vorrichtung, dass das piezoelektrische Element (18) Antriebsteil eines Kraftstoff-Einspritzventils ist.Device that the piezoelectric element ( 18 ) Driving part of a fuel injection valve is. Steuergerät-Programm, das alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ausführt, wenn es in einem Steuergerät (40) abläuft.Control unit program, which carries out all the steps of a method according to one of claims 1 to 8, when it is in a control unit ( 40 ) expires. Steuergerät-Programmprodukt mit einem auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherten Programmcode zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wenn das Programm in einem Steuergerät (40) ausgeführt wird.A control program product having a program code stored on a machine-readable carrier for carrying out the method according to one of claims 1 to 8, when the program is stored in a control device ( 40 ) is performed.
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