DE19841460A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Ansteuern eines kapazitiven Stellglieds - Google Patents

Abstract

Ein kapazitives Stellglied (P1 bis Pn) wird über einen Ladekondensator (C1), einen Umladekondensator (C2) und eine Umschwingspule (L) während eines Stellvorgangs aufgeladen, wobei der Ladekondensator (C1) vor dem Stellvorgang auf die Ausgangsspannung (U¶SNT¶) einer Spannungsquelle (SNT) aufgeladen wird. Die Ausgangsspannung (U¶SNT¶) der Spannungsquelle für die Aufladung des Ladekondensators (C1) wird durch zwei Regelschleifen geregelt, die eingangsseitig die Ladespannung (U¶C1¶) des Umladekondensators (C2) bzw. die von dem Stellglied (P1 bis Pn) aufgenommene Ladeenergie (E¶IST¶) erfassen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung eines kapazitiven Stellglieds, insbesondere eines piezoelektrisch betriebenen Kraftstoffeinspritzventils für eine Brennkraftma­ schine, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vor­ richtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß dem Oberbe­ griff des Anspruchs 7.

Ein piezoelektrisches Stellglied besteht aus einer Vielzahl piezokeramischer Schichten, die stapelförmig übereinander an­ geordnet sind und einen sogenannten "Stack" bilden, der bei Anlegen einer elektrischen Spannung seine Abmessungen, insbe­ sondere seine Länge, ändert oder bei mechanischem Druck oder Zug eine elektrische Spannung erzeugt.

Die elektrischen Eigenschaften eines derartigen Piezostacks ändern sich mit der Umgebungstemperatur, wobei die Kapazität und der Hub des Piezostacks mit steigender Umgebungstempera­ tur zunehmen. Bei den im Automobilbau zu berücksichtigenden Temperaturen von -40°C bis +150°C treten Kapazitätsänderungen bis zu einem Faktor 2 auf.

Wird ein Piezo-Stellglied in allen Betriebspunkten beispiels­ weise mit einer konstanten Spannung geladen, die bei niedri­ gen Temperaturen den benötigten Hub erbringt, so erhält man bei hohen Temperaturen einen deutlich größeren Hub als erfor­ derlich, was bei Kraftstoffeinspritzventilen mit konstantem Kraftstoffdruck eine zu große Kraftstoffeinspritzmenge bedeu­ tet. Da die Kapazität des Piezo-Stellglieds bei hohen Tempe­ raturen ebenfalls größer ist, wird in diesem Fall sehr viel mehr Ladung und Energie verbraucht, als eigentlich erforder­ lich ist.

Untersuchungen haben gezeigt, daß die einem kapazitiven Stellglied zugeführte elektrische Energie ein wesentlich prä­ ziseres Maß für den Hub darstellt als die angelegte Spannung und das die Aufladung des Stellglieds mit einer konstanten elektrischen Energie einen wesentlichen konstanteren Hub des Stellglieds erbringt. Der Hub ändert sich bei einer bestimm­ ten Temperatur etwa linear mit der angelegten Spannung. Än­ dert sich die Temperatur, so ändert sich auch der Hub bei gleichbleibender Spannung. Hingegen ändert sich der Hub pro­ portional zum Quadrat der aufgebrachten Energie, jedoch unab­ hängig von der Temperatur.

Aus der vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung 196 44 521.3 ist ein Verfahren bekannt, bei dem das Piezo-Stellglied mit einer vorgegebenen elektrischen Energie aufgeladen wird, um unabhängig von der Temperatur einen möglichst konstanten Hub zu erreichen. Hierbei wird während der Stellvorgänge je­ weils der elektrische Strom durch das Piezo-Stellglied sowie die über dem Piezo-Stellglied abfallende Spannung gemessen, um daraus die dem Piezo-Stellglied zugeführte elektrische Energie zu berechnen und den Stellvorgang beim Erreichen der vorgegebenen Energie zu beenden. Nachteilig hierbei ist je­ doch die aufwendige Energiemessung an dem Piezo-Stellglied sowie die Tatsache, daß die Regelung nur von einem Stellvor­ gang zum nächsten funktioniert.

Ein weiteres derartiges Verfahren zur Aufladung des Piezo- Stellglieds mit einer konstanten Energie ist aus der vorver­ öffentlichten deutschen Patentanmeldung 196 52 801 bekannt. Hierbei wird das Piezo-Stellglied über einen Ladekondensator, einen Umladekondensator und eine Umschwingspule aufgeladen, wobei die zu Beginn eines Stellvorgangs über den Kondensato­ ren anliegende Ladespannung und die während eines Stellvor­ gangs über dem Stellglied abfallende Stellgliedspannung ge­ messen wird. Aus den Meßwerten von Stellgliedspannung und La­ despannung wird dann aus einem Kennlinienfeld die temperatur­ abhängige Kapazität des Stellglieds ermittelt. Anschließend wird dann aus einem zweiten Kennlinienfeld aus der Stell­ gliedkapazität und der Ladespannung die Ladeenergie berechnet und mit einem vorgegebenen Sollwert verglichen. Bei einer Ab­ weichung der Ladeenergie von dem vorgegebenen Sollwert wird die Ladespannung beim nächsten Stellvorgang entsprechend nachgeregelt. Nachteilig hierbei ist, daß die Regelung der Ladespannung nur von einem Stellvorgang zum nächsten Stell­ vorgang erfolgt, nicht aber während eines Stellvorgangs. Bei einem piezoelektrisch betriebenen Kraftstoffeinspritzventil ist die Regelung deshalb nur drehzahlsynchron möglich, wobei die Regeldynamik von der Drehzahl und der Anzahl der Ein­ spritzvorgänge abhängt. Ein weiterer Nachteil ist darin zu sehen, daß zum Umsetzen der gemessenen Stellgliedspannung in die Ladeenergie eine Kennlinie erforderlich ist. Schließlich wird die Endstufe nur aus der aufwendigen und komplizierten Ladeenergieerfassung geregelt.

Schließlich ist aus der älteren deutschen Patentanmeldung 197 23 932.3 ein weiteres Verfahren bekannt, bei dem die Aufla­ dung des kapazitiven Stellglieds mit einer konstanten Energie erfolgt. Hierbei wird zum einen die Spannung über dem Umlade­ kondensator gemessen, um die Ladespannung auf einen konstan­ ten Sollwert einregeln zu können. Zum anderen wird die von dem Stellglied bei einem Stellvorgang aufgenommene elektri­ sche Energie gemessen, um den Sollwert der Ladespannung so zu regeln, daß die Abweichung der während eines Stellvorgangs tatsächlich aufgenommenen Energie von dem vorgegebenen Soll­ wert der Energie minimal wird. Nachteilig hierbei ist jedoch, daß die Regelung diskontinuierlich erfolgt, da die Meßwerte abgetastet werden.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung zum Ansteuern eines kapazitiven Stell­ glieds zu schaffen, wobei die Aufladung des Stellglieds mit einer konstanten Energie erfolgt, die unabhängig von der Fre­ quenz der Stellvorgänge geregelt wird.

Die Aufgabe wird, ausgehend von dem bekannten Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs sowie - hinsichtlich der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - durch die Merkmale des An­ spruchs 7 gelöst.

Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, zur Regelung der Ladeenergie für das kapazitive Stellglied zwei Regelkrei­ se vorzusehen, wobei der erste Regelkreis eingangsseitig die über dem Umladekondensator abfallende Spannung mißt und die Ladespannung auf den Sollwert einregelt, während der Sollwert der Ladespannung durch den zweiten Regelkreis vorgegeben wird.

Der Regelkreis für die Ladespannung ist vorzugsweise wesent­ lich schneller als der Regelkreis für die Ladeenergie, der nur parametrische Abweichungen der Schaltung und der Eigen­ schaften des Stellglieds berücksichtigen muß.

Die zur Regelung der Ladeenergie vorgesehene Messung der bei einem Stellvorgang tatsächlich aufgenommenen Ladeenergie kann auf verschiedene Arten erfolgen, wobei einige Verfahren zur Bestimmung der Ladeenergie in den vorstehend genannten Pa­ tentanmeldungen bereits beschrieben sind, auf die diesbezüg­ lich verwiesen wird.

Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusam­ men mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Er­ findung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 als bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Vorrichtung zur Ansteuerung von mehreren Pie­ zo-Stellgliedern als Blockschaltbild,

Fig. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungs­ gemäßen Schaltung zur Ansteuerung von Piezo- Stellgliedern sowie

Fig. 3 zwei Kennlinienfelder zur Berechnung der Ladeener­ gie aus den Meßwerten der Stellgliedspannung und der Ladespannung bei der in Fig. 2 dargestellten Schaltung.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend anhand der in Fig. 1 dargestellten Schaltung zum Ansteuern mehrerer kapa­ zitiver Stellglieder P1 bis Pn erläutert, wobei die Stell­ glieder P1 bis Pn zur Betätigung von hier nicht dargestellten Kraftstoffeinspritzventilen einer Brennkraftmaschine bestimmt sind und durch ein Steuergerät ST angesteuert werden.

Zur Verdeutlichung der Funktion der einzelnen Bauelemente wird nachfolgend zunächst der strukturelle Aufbau der Schaltung erläutert, um anschließend den Betrieb der Schaltung erläu­ tern zu können.

Zwischen dem Pluspol +U_SNT und dem Minuspol GND einer geregel­ ten Spannungsquelle SNT, vorzugsweise eines Schaltnetzteils, ist über eine Diode D1 ein Ladekondensator C1 angeschlossen. Parallel zu dem Ladekondensator C1 ist eine Reihenschaltung aus einem Ladeschalter Ta, zwei weiteren Dioden D2 und D3 so­ wie einem mit dem Minuspol GND verbundenen Entladeschalter Tb angeordnet.

Zwischen dem Verbindungspunkt der beiden Dioden D2 und D3 und dem Masseanschluß GND liegt eine Reihenschaltung aus einem Umladekondensator C2, einer Umschwingspule L, einem ersten Stellglied P1 und einem ersten, gesteuerten Auswahlschalter T1.

Für jedes weitere Stellglied P2 bis Pn ist eine Reihenschal­ tung aus diesem Stellglied und einem weiteren Auswahlschalter T2 bis Tn der Reihenschaltung aus dem ersten Stellglied P1 und dem ersten Auswahlschalter T1 parallel geschaltet.

Die Auswahlschalter T1 bis Tn, der Entladeschalter Tb und der nachstehend erwähnte Bypaßschalter Tc sind in diesem Ausfüh­ rungsbeispiel als N-Power-MOSFET-Schalter ausgeführt, die üb­ licherweise Inversdioden enthalten. Der Ladeschalter Ta ist in diesem Ausführungsbeispiel ein P-Power-MOSFET-Schalter.

Außerdem ist ein bereits erwähnter Bypaßschalter Tc vorgese­ hen, dessen Drainanschluß mit dem Verbindungspunkt zwischen der Umschwingspule L und den Stellgliedern P1 bis Pn verbun­ den ist, und dessen Sourceanschluß mit dem Sourceanschluß mindestens des Auswahlschalters T1 verbunden ist.

Der parallel zu den Stellgliedern P1 bis Pn angeordnete Bypaßschalter Tc wird von dem Steuergerät ST angesteuert, wenn die Stellgliedspannung einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet oder wenn ein in der Brennkraftmaschine bis hin zu den Leistungsendstufen der Einspritzventile auftretender Fehler erkannt wird, und entlädt die kapazitiven Stellglieder P1 bis Pn kurzschlußartig über die Inversdioden der Auswahl­ schalter T1 bis Tn. Der Bypaßschalter Tc wird auch zum Aufla­ den des Entladekondensators C2 vor der ersten Stellgliedbetä­ tigung oder zu dessen Nachladen zwischen zwei zeitlich aus­ einanderliegenden Stellgliedbetätigungen benötigt.

Anstelle des Bypaßschalters Tc kann auch eine Diode oder eine Zenerdiode mit gleicher Polung wie die Inversdiode des Bypaß­ schalters Tc vorgesehen ein, wobei dann aber die Aufladung des Entladekondensators C2 über eine Stellgliedbetätigung vorgenommen werden muß, was bei einem Kraftstoffeinspritzven­ til vorzugsweise ohne Kraftstoffdruck erfolgt.

Die Schalter Ta, Tb, Tc und T1 bis Tn werden von dem Steuer­ gerät ST in Abhängigkeit von Steuersignalen st angesteuert, wobei die Steuersignale st von einem Motorsteuergerät erzeugt werden, das zur Vereinfachung nicht dargestellt ist. Der La­ dekondensator C1 kann als Ausgangskondensator des Schaltnetz­ teils SNT ausgeführt sein.

Weiterhin ist eine als Sample-and-Hold-Schaltung ausgeführte Meßschaltung S vorgesehen, die eingangsseitig zum einen mit dem Verbindungspunkt des Umladekondensators C2 mit der Um­ schwingspule L und zum anderen mit dem Verbindungspunkt zwi­ schen dem Umladekondensator C2 und der Diode D2 verbunden ist. Die Meßschaltung S erfaßt also die über dem Umladekon­ densator C2 abfallende Spannung.

Ferner weist die Schaltung einen Addierer A auf, der ein­ gangsseitig zum einen mit dem Ausgang der Meßschaltung S und zum anderen mit dem Verbindungspunkt der Diode D1 und des Ladekondensators C1 verbunden ist, so daß am Ausgang des Ad­ dierers A die gesamte Ladespannung U_IST = U_C1 + U_C2 erscheint.

Ausgangsseitig ist der Addierer A mit einem Subtrahierer S1 verbunden, der die Differenz zwischen der gemessenen La­ despannung U_IST = U_C1 + U_C2 und einem vorgegebenen Sollwert U_SOLL berechnet und die Ausgangsspannung U_SNT des Schaltnetzteils SNT in Abhängigkeit von der Soll-Ist-Abweichung ΔU regelt, wie später eingehend erläutert wird.

Darüber hinaus verfügt die dargestellte Schaltung über eine Strommeßeinheit M, die in der Masseleitung zwischen dem Bypaßschalter Tc und dem Entladeschalter Tb angeordnet ist und somit die bei einem Stellvorgang eines der Stellglieder P1 bis Pn den über das jeweilige Stellglied fließenden elek­ trischen Strom I_P mißt, was erforderlich, ist um die während eines Stellvorgangs von dem jeweiligen Stellglied aufgenomme­ ne elektrische Energie berechnen zu können, wie weiter unten noch eingehend erläutert wird.

Zur Berechnung des dem Subtrahierer S1 zugeführten Sollwerts U_SOLL weist die Schaltung einen weiteren Subtrahierer S2 auf, der die Differenz zwischen den von dem Steuergerät ST gemes­ senen Energie E_IST und einem vorgegeben Sollwert E_SOLL für die Energie berechnet und die Soll-Ist-Abweichung ΔE der Energie einem Regler R zuführt, der den Sollwert U_SOLL der Ladespan­ nung regelt.

Nachstehend wird nun das Ansteuerverfahren für diese Schal­ tung beschrieben. Während des Betriebs der Schaltung ist der Ladekondensator C1 auf die Ausgangsspannung +U_SNT aufgeladen, wobei die Ausgangsspannung +U_SNT vorgegeben wird, wie weiter unten eingehend erläutert wird.

Bei Betriebsbeginn wird der Ladekondensator C1 über die Diode D1 aufgeladen, wobei der Umladekondensator C2 und die Um­ schwingspule L stromlos sind. Damit auch der Umladekondensa­ tor C2 aufgeladen wird, werden zunächst der Ladeschalter Ta und der Bypaßschalter Tc leitend gesteuert. Dadurch entlädt sich der Ladekondensator C1 über die Diode D2, den Umladekon­ densator C2, die Umschwingspule L und den Bypaßschalter Tc. Anschließend werden der Ladeschalter Ta und der Bypaßschalter Tc wieder nichtleitend gesteuert und nun der Entladeschalter Tb leitend gesteuert. Dadurch fließt ein Strom in Gegenrich­ tung durch die Umschwingspule L, den Umladekondensator C2, den Entladeschalter Tb und die Inversdiode des Bypaßschalters Tc, wodurch C2 aufgeladen und so gepolt wird, daß nach einem oder mehreren Lade- und Entladezyklen an der Reihenschaltung des Ladekondensators C1 und des Umladekondensators C2 die La­ despannung U_IST = U_C1 + U_C2 anliegt.

Die gemessene Ladespannung U_IST = U_C1 + U_C2 wird über die Meßschal­ tung S und den Addierer A einem Eingang des Subtrahierers S1 zugeführt, der die Differenz ΔU zwischen einem Sollwert U_SOLL der Ladespannung und der tatsächlich gemessenen La­ despannung U_IST berechnet und diesen Differenzwert ΔU dem Schaltnetzteil SNT als Regelgröße zuführt. Falls die gemesse­ ne Ladespannung U_IST von dem Sollwert U_SOLL der Ladespannung nach unten abweicht, so erhöht das Schaltnetzteil SNT die Ausgangsspannung U_SNT. Falls die gemessene Ladespannung U_IST dagegen größer ist als der Sollwert U_SOLL der Ladespannung, so wird die Ausgangsspannung U_SNT des Schaltnetzteils SNT ent­ sprechend verringert. Die Ladespannung U_C1 + U_C2 wird also in einer Regelschleife geregelt, wobei am Eingang der Regel­ schleife die Spannung U_IST = U_C1 + U_C2 über dem Ladekondensator C1 und dem Umladekondensator C2 gemessen wird.

Während des Betriebs wird ein Stellglied P durch Leitend­ schalten des Ladeschalters Ta und eines der ausgewählten Aus­ wahlschalter T1 bis Tn geladen, die Ladung auf dem Stellglied P durch Sperren des Auswahlschalters und vorzugsweises Lei­ tendschalten des Bypaßschalters Tc gehalten und das Stell­ glied P durch Sperren des Bypaßschalters Tc und Leitendschal­ ten des Entladeschalters Tb entladen.

Im folgenden wird nun erläutert, wie der Sollwert U_SOLL für die Ladespannung festgelegt wird, wozu eine weitere Regel­ schleife vorgesehen ist. Hierzu berechnet das Steuergerät ST aus der an dem jeweiligen Stellglied P1 bis Pn abgegriffenen Stellgliedspannung U_P und dem von der Strommeßeinheit M ge­ messenen elektrischen Strom I_P die während eines Stellvor­ gangs von dem Stellglied aufgenommene elektrische Energie E_IST. Hierzu werden die Momentanwerte der Stellgliedspannung U_P und des elektrischen Stroms I_P während des Stellvorgangs laufend miteinander multipliziert, um die von dem Stellglied aufgenommene elektrische Leistung zu berechnen. Die auf diese Weise berechnete Stellgliedleistung wird während der Dauer eines Stellvorgangs aufintegriert, um die von dem Stellglied während eines Stellvorgangs aufgenommene elektrische Energie E_IST zu ermitteln. Der Schaltungsaufbau zur Berechnung der Energie aus Strom und Spannung ist detailliert in der ein­ gangs genannten deutschen Patentanmeldung 196 44 521.3 erläu­ tert und braucht deshalb nicht näher beschrieben zu werden. Der auf diese Weise ermittelte Energiewert E_IST wird dann dem Subtrahierer S2 zugeführt, der die Differenz ΔE zwischen dem von extern vorgegebenen Sollwert E_SOLL für die Energie und dem gemessenen Energiewert E_IST berechnet und die Soll-Ist- Abweichung ΔE dem Regler R zuführt, der in Abhängigkeit von der Soll-Ist-Abweichung ΔE den Sollwert U_SOLL für die La­ despannung festlegt. Die weitere Regelschleife erfaßt also eingangsseitig die von dem jeweiligen Stellglied während ei­ nes Stellvorgangs aufgenommene elektrische Energie E_IST und regelt ausgangsseitig den Sollwert U_SOLL für die Ladespannung als Eingangsgröße für die andere Regelschleife.

Erfindungsgemäß weist die Regelung also zwei Regelschleifen auf, wobei die eine Regelschleife die Ladespannung auf dem vorgegebenen Sollwert U_SOLL konstant hält, während die andere Regelschleife die von dem Stellglied aufgenommene elektrische Energie E_IST erfaßt und den Sollwert U_SOLL der Ladespannung entsprechend nachregelt.

Die erfindungsgemäße Aufteilung der Regelung auf zwei Regel­ kreise bietet den Vorteil, daß die Regeldynamik nicht von der Schnelligkeit der aufwendigen Energiemessung abhängig ist. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß die Ladeenergie­ erfassung gefiltert oder parametrisch beeinflußt werden kann, ohne direkt die Regeldynamik zu beeinflussen. Die Endstufen­ schaltung funktioniert hardwaremäßig autonom ohne die aufwen­ dige Energiemessung und regelt auch ohne neu vorliegenden La­ deenergiewert (Totzeit) bereits nach, da eine kontinuierliche Regelung und keine abtastende Regelung vorliegt. Auch muß die Dimensionierung der Ladekondensatoren wegen des überlagerten Energieregelkreises nicht auf konstante Energieübertragung ausgelegt werden, sondern kann auf Wirkungsgrad und Span­ nungsfestigkeit der Bauteile optimiert werden. Ein Ferti­ gungsabgleich der Ladeenergie in der Steuereinheit ist ohne zusätzlichen Aufwand möglich, wodurch der Einfluß der Bau­ teilstreuung verringert werden kann.

Fig. 2 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel einer erfin­ dungsgemäßen Schaltung, die sich von der vorstehend beschrie­ benen Schaltung im wesentlichen dadurch unterscheidet, daß die Energiemessung ohne die Strommeßeinheit M erfolgt. Wegen der nahezu vollständigen Übereinstimmung dieser Schaltung mit der in Fig. 1 dargestellten Schaltung wird bezüglich des strukturellen Aufbaus und der Funktion der Schaltung auf die vorstehende Beschreibung verwiesen und nachfolgend nur die unterschiedliche Art der Energiemessung beschrieben, wobei auf die in Fig. 3 dargestellten Kennlinienfelder Bezug ge­ nommen wird.

Die Kennlinienfelder in Fig. 3 zeigen den Zusammenhang zwi­ schen der temperaturabhängigen Stellgliedkapazität C_P, der Ladespannung U_C = U_C1 + U_C2, der Stellgliedspannung U_P, und der von dem Stellglied aufgenommenen elektrischen Energie E. Das obe­ re Diagramm zeigt über der temperaturabhängigen Stellgliedka­ pazität C_P (T bzw. C_P auf der Abszisse aufgetragen) die für verschiedene Ladespannungen U_C erreichbare Energie E im Stellglied, während das untere Diagramm ebenfalls über der temperaturabhängigen Stellgliedkapazität C_P auf der Abszisse die für diese Ladespannungen U_C erzielbare Stellgliedspannung U_P darstellt.

Es kann für jedes Stellglied P1 bis Pn ein eigenes Kennlini­ enfeld vorgesehen sein, es kann aber auch für alle Stellglie­ der P1 bis Pn oder für jede Stellgliedgruppe ein gemeinsames Kennlinienfeld vorgesehen sein.

Durch Betrachtung der Ladespannung U_C und der damit erreich­ baren Stellgliedspannung U_P kann auf eine Strommessung, Mul­ tiplikation und Integration, wie oben beschrieben, verzichtet werden. Aufgrund des eindeutigen Zusammenhangs zwischen den genannten Größen kann auf annähernd konstante Energie gere­ gelt werden. Ein Wert Ev, relativiert auf 100%Ev, ist in Fig. 3 als strichpunktierte Gerade e eingezeichnet.

Zur Energiebestimmung erfaßt das Steuergerät ST zum einen die Stellgliedspannung U_P und zum anderen die Spannung U_C. Aus diesen Werten U_P, U_C wird dann aus dem unteren Kennlinienfeld in Fig. 3 zunächst die temperaturabhängige Stellgliedkapazi­ tät C_P ermittelt, indem der Schnittpunkt B der strichpunk­ tierten Geraden b mit der Kennlinie für die vorgegebene La­ despannung U_C ermittelt wird. Anschließend wird im oberen Kennlinienfeld in Fig. 3 die zugehörige Energie E bestimmt, indem der Schnittpunkt C der strichpunktierten Geraden c mit der Kennlinie für die vorgegebene Ladespannung U_C ermittelt wird. Der Energiewert E_IST ergibt sich dann direkt aus dem Schnittpunkt D der strichpunktierten Geraden d mit der Koor­ dinatenachse.

Der auf diese Weise ermittelte Energiewert E_IST wird dann dem Subtrahierer S2 zugeführt und in der vorstehend beschriebenen Weise zur Regelung des Sollwerts U_SOLL der Ladespannung ver­ wendet.

Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gear­ teten Ausführungen Gebrauch macht.

Claims (12)

1. Verfahren zum Ansteuern mindestens eines kapazitiven Stellglieds (P1 bis Pn), insbesondere eines piezoelektrisch betriebenen Kraftstoffeinspritzventils einer Brennkraftma­ schine, mit den folgenden Schritten:

• - Aufladen eines Ladekondensators (C1) über eine Spannungs­ quelle (SNT) mit einer vorgegebenen, steuerbaren Ausgangs­ spannung (U_SNT),
• - Messen der Ladespannung (U_C2), die über einem mit dem Lade­ kondensator (C1) in Reihe geschalteten Umladekondensator (C2) abfällt,
• - Regeln der Ausgangsspannung (U_SNT) der Spannungsquelle (SNT) für die Aufladung des Ladekondensators (C1) in Ab­ hängigkeit von der an dem Umladekondensator (C2) gemesse­ nen Ladespannung (U_C2) in einer ersten Regelschleife,
• - Entladen des Ladekondensators (C1) über den Umladekonden­ sator (C2) und eine Umschwingspule (L) in das Stellglied (P1 bis Pn) während eines Stellvorgangs,

dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich in einer zweiten Regelschleife die während ei­ nes Stellvorgangs von dem Stellglied (P1 bis Pn) aufgenommene Ladeenergie (E_IST) ermittelt und die Ausgangsspannung (U_SNT) der Spannungsquelle (SNT) für die Aufladung des Ladekondensa­ tors (C1) in Abhängigkeit von der ermittelten Ladeenergie (E_IST) geregelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die über dem Ladekondensator (C1) abfallende Ladespannung (U_C1) und die über dem Umladekondensator (C2) abfallende La­ despannung (U_C2) zu der Gesamt-Ladespannung (U_IST) addiert werden und die Ausgangsspannung (U_SNT) der Spannungsquelle (SNT) für die Aufladung des Ladekondensators (C1) in Abhän­ gigkeit von der Gesamt-Ladespannung (U_IST) geregelt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Soll-Ist-Abweichung (ΔU) zwischen dem Meßwert (U_IST) der Gesamt-Ladespannung und einem vorgegebenen Sollwert (U_SOLL) der Gesamt-Ladespannung ermittelt und die Ausgangsspannung (U_SNT) der Spannungsquelle (SNT) in Abhängigkeit von der Soll- Ist-Abweichung (ΔU) der Gesamt-Ladespannung geregelt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Soll-Ist-Abweichung (ΔE) zwischen der gemessenen Ladee­ nergie (E_IST) des Stellglieds (P1 bis Pn) und einem vorgegebe­ nen Sollwert (E_SOLL) der Ladeenergie berechnet und der Soll­ wert (U_SOLL) der Gesamt-Ladespannung in Abhängigkeit von der Soll-Ist-Abweichung (ΔE) der Ladeenergie geregelt wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß während eines Stellvorgangs der durch das Stellglied (P1 bis Pn) fließende Strom (I_P) und die über dem Stellglied (P1 bis Pn) abfallende Spannung (U_P) ge­ messen und daraus die von dem Stellglied (P1 bis Pn) während eines Stellvorgangs aufgenommene Ladeenergie (E_IST) berechnet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet,
daß aus der Gesamt-Ladespannung (U_IST) und der damit am Stell­ glied (P1 bis Pn) erreichten Stellgliedspannung (U_P) die tem­ peraturabhängige Kapazität (C_P) des Stellglieds (P1 bis Pn) ermittelt wird,
daß aus der so ermittelten Kapazität (C_P) des Stellglieds (P1 bis Pn) und der Gesamt-Ladespannung (U_IST) die dem Stellglied (P1 bis Pn) während eines Stellvorgangs zugeführte Ladeener­ gie (E_IST) berechnet wird.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit

• - einer Spannungsquelle (SNT) mit einer steuerbaren Aus­ gangsspannung (U_SNT),
• - einem Schaltnetzwerk zur Verbindung der Spannungsquelle (SNT) mit dem Stellglied (P1 bis Pn) mit einem Ladekonden­ sator (C1), einem Umladekondensator (C2), einer Umschwing­ spule (L) und steuerbaren Schaltelementen (Ta, Tb, Tc, T1 bis Tn),
• - einem Steuergerät (ST) zur Ansteuerung der steuerbaren Schaltelemente (Ta, Tb, Tc, T1 bis Tn) des Schaltnetzwerks für einen Stellvorgang des Stellglieds (P1 bis Pn),
• - einer eingangsseitig mit dem Umladekondensator (C2) und ausgangsseitig mit der Spannungsquelle (SNT) verbundenen ersten Regelschleife zur Regelung der Ausgangsspannung (U_SNT) der Spannungsquelle (SNT) für die Aufladung des La­ dekondensators (C1) in Abhängigkeit von der Ladespannung (U_C2) an dem Umladekondensator (C2),

gekennzeichnet durch eine zweite Regelschleife zur Regelung der Ausgangsspannung (U_SNT) der Spannungsquelle (SNT) für die Aufladung des Lade­ kondensators (C1) in Abhängigkeit von der von dem Stellglied (P1 bis Pn) während eines Stellvorgangs aufgenommenen Ladee­ nergie (E_IST).

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch einen eingangsseitig mit dem Ladekondensator (C1) und dem Umlade­ kondensator (C2) verbundenen Addierer (A) zur Berechnung der Gesamt-Ladespannung (U_IST) aus der über dem Ladekondensator (C1) abfallenden Ladespannung (U_C1) und der über dem Umlade­ kondensator (C2) abfallenden Ladespannung (U_C2).

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch einen eingangsseitig mit dem Addierer (A) verbundenen ersten Sub­ trahierer (S1) zur Berechnung der Soll-Ist-Abweichung (ΔU) zwischen der gemessenen Gesamt-Ladespannung (U_IST) und einem vorgegebenen Sollwert (U_SOLL) für die Gesamt-Ladespannung.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch einen zweiten Subtrahierer (S2) zur Berechnung der Soll-Ist- Abweichung (ΔE) zwischen der während eines Stellvorgangs von dem Stellglied aufgenommenen Ladeenergie (E_IST) und einem vor­ gegebenen Sollwert (E_SOLL) für die Ladeenergie, wobei zwischen dem zweiten Subtrahierer (S2) und dem ersten Subtrahierer (S1) ein Regler (R) angeordnet ist, der den Sollwert (U_SOLL) der Gesamt-Ladespannung in Abhängigkeit von der Soll-Ist- Abweichung (ΔE) der Ladeenergie bestimmt.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die beiden Regelschleifen unter­ schiedliche Zeitkonstanten aufweisen.

12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ge­ kennzeichnet durch eine Meßeinheit zur Messung der während eines Stellvorgangs von dem Stellglied (P1 bis Pn) aufgenom­ menen Ladeenergie mit einer mit dem Stellglied (P1 bis Pn) in Reihe geschalteten Strommeßeinheit (M) und eine parallel zum Stellglied (P1 bis Pn) geschaltete Spannungsmeßeinheit auf­ weist.