DE19931233B4 - Method for driving a capacitive actuator - Google Patents
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Abstract
Zur Erzielung eines konstanten Hubs H muß einem Stellglied P ein von dessen Temperatur T¶P¶ abhängiger Energiebetrag W¶P¶ zugeführt werden. In Ansteuerpausen wird mittels Kleinsignalen, die keinen Hub des Stellgliedes bewirken, die Stellgliedkapazität C¶P¶ oder die dazu proportionale Stellgliedtemperatur T¶P¶ ermittelt; mit diesem Wert wird einem empirisch ermittelten Kennfeld KF der für den gewünschten Hub erforderliche Wert der Energie W¶P¶ entnommen, mit welchem das Stellglied P angesteuert wird.In order to achieve a constant stroke H, an actuator P must be supplied with an energy amount W¶P¶ dependent on its temperature T¶P¶. In control pauses, the actuator capacity C¶P¶ or the proportional actuator temperature T¶P¶ is determined by means of small signals that cause no stroke of the actuator; With this value, an empirically determined map KF of the value required for the desired stroke value of energy W¶P¶ is taken, with which the actuator P is controlled.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ansteuern eines kapazitiven Stellgliedes zum Erzielen eines gewünschten Hubs, insbesondere zum Betätigen eines Kraftstoffeinspritzventils einer Brennkraftmaschine,The The invention relates to a method for driving a capacitive Actuator for achieving a desired stroke, in particular to operate a fuel injection valve of an internal combustion engine,
Die in einen Zylinder einer Brennkraftmaschine eingespritze Kraftstoffmenge ist abhängig vom Kraftstoffdruck sowie vom Hub und der Öffnungsdauer des Kraftstoffeinspritzventils bzw. dessen Stellgliedes.The Fuel quantity injected into a cylinder of an internal combustion engine depends on from the fuel pressure as well as the stroke and the opening duration of the fuel injection valve or its actuator.
Aus
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ist aus
Abschließend ist
aus
Bei Messungen an Piezostellgliedern hat sich herausgestellt, daß sich der Hub eines mit konstanter Energie W = ∫up·ipdt beaufschlagten kapazitiven Stellgliedes mit der Temperatur verändert (up bzw. ip sind die dem Stellglied zugeführten Größen Spannung bzw. Strom). In einem vorgesehenen Betriebstemperaturbereich von –40° bis +150° beträgt diese Änderung etwa –10%, d.h., mit steigender Temperatur verringert sich der Hub.For measurements on piezoelectric actuators has been found that the stroke of a constant energy W = ∫u p · i p dt applied capacitive actuator varies with the temperature (u p and i p are supplied to the actuator sizes voltage or current) , In a designated operating temperature range of -40 ° to + 150 °, this change is about -10%, ie, with increasing temperature, the stroke is reduced.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren anzugeben, welches es ermöglicht, diese Hubabweichungen im gesamten Betriebstemperaturbereich möglichst klein zu halten.It The object of the invention is to specify a method which makes it possible to these stroke deviations in the entire operating temperature range possible to keep small.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.These Task is achieved by the features mentioned in claim 1 solved.
Es ist bekannt, daß die Stellgliedkapazität etwa proportional zur Stellgliedtemperatur ist. Diagnostiziert und geregelt wird ein kapazitives Stellglied bisher beispielsweise über die dem Stellglied zugeführte Ladung oder die resultierende Stellgliedspannung, also sog. „Großsignal"-Größen, welche den gewünschten Hub bewirken. Die durch Ansteuerung mit Großsignalen ermittelte Stellgliedkapazität bzw. Stellgliedtemperatur ist sehr toleranzbehaftet, d.h., ungenau, was eine relativ unsichere Diagnose und Regelung zur Folge hat.It is known that the Actuator capacity is approximately proportional to the actuator temperature. Diagnosed and is regulated a capacitive actuator so far, for example, via the supplied to the actuator Charge or the resulting actuator voltage, so-called. "Large signal" sizes, which the wished Effect stroke. The determined by activation with large signals actuator capacity or actuator temperature is very tolerant, that is, inaccurate, which is a relatively uncertain one Diagnosis and regulation entails.
Durch Ansteuerung des Stellgliedes mit Kleinsignalen, die so klein sind, daß das Stellglied keinen Hub ausführt, ist eine wesentlich präzisere Bestimmung der Stellgliedkapazität und damit der Stellgliedtemperatur möglich.By Actuation of the actuator with small signals that are so small that this Actuator does not perform a stroke, is a much more precise one Determination of actuator capacity and thus the actuator temperature possible.
Gemäß der Erfindung wird in einem jeweils in Ansteuerpausen (Einspritzpausen) durchgeführten Meßverfahren mit Kleinsignalen die Stellgliedkapazität Cp und über diese die momentane Stellgliedtemperatur Tp ermittelt, die ja proportional zur Stellgliedkapazität Cp ist. In einem vorgesehenen Betriebstemperaturbereich von –40°C bis +150°C steigt die Stellgliedkapazität Cp proportional zur Stellgliedtemperatur Tp etwa um den Faktor 2.According to the invention, the actuator capacitance C p is determined in a measuring method with small signals, which is carried out in each case during control pauses (injection pauses) and via this the instantaneous actuator temperature T p , which is proportional to the actuator capacitance C p . In an intended operating temperature range of -40 ° C to + 150 ° C, the actuator capacitance C p increases in proportion to the actuator temperature T p by about a factor of 2.
Aus einem aus den erwähnten Messungen erstellten Kennfeld ist bekannt, mit welcher Energie Wp ein kapazitives Stellglied P bei einer bestimmten Stellgliedtemperatur Tp geladen werden muß, um einen bestimmten Hub zu erzielen. Da mit der Stellgliedkapazität cp auch die Stellgliedtemperatur Tp bekannt ist, kann die für einen bestimmten, beispielsweise konstanten Hub H erforderliche, temperatur- oder kapazitätsabhängige Energiemenge Wp(Tp) oder Wp(Cp) bestimmt werden.It is known from a map generated from the measurements mentioned with which energy W p a capacitive actuator P must be charged at a specific actuator temperature T p in order to achieve a specific stroke. Since the actuator temperature T p is known to the actuator capacity C p, the required, temperature or capacity dependent to a certain, for example constant stroke H amount of energy can W p (T p) or W p (C p) are determined.
Zwei Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Ansteuern eines kapazitiven (piezogesteuerten) Stellgliedes für ein Kraftstoffeinspritzventil einer Brennkraftmaschi ne sind im folgenden unter Bezugnahme auf die schematische Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:Two embodiments the method according to the invention for driving a capacitive (piezo-controlled) actuator for a Fuel injection valve of a Brennkraftmaschi ne are in the following explained in more detail with reference to the schematic drawing. It demonstrate:
Das
kapazitive Stellglied weist beispielsweise eine Nennkapazität von Cp = 4μF
bei einer Stellgliedtemperatur Tp = 20°C auf. Die
Energiewerte zum Ansteuern des Stellgliedes, um einen von der Temperatur unabhängigen,
konstanten Hub zu erzielen, sind aus einem empirisch ermittelten
Kennfeld nach
Um
mit einem Verfahren gemäß dem ersten,
bevorzugten Ausführungsbeispiel
die momentane Stellgliedtemperatur Tp zu
bestimmen, wird das Stellglied erfindungsgemäß, wie in
Die
Funktion Cp = f(Δt) bei konstanten Werten für ik, u1 und u2 ist aus
Mit
dem aus der Formel oder aus
Sobald
die Stellgliedtemperatur Tp bekannt ist,
kann aus dem Kennfeld gemäß
In
dem in
Die
angegebenen beispielhaften Werte sind in den
Ein besonderer Vorteil dieses Verfahrens ist, daß kein zusätzlicher Hardwareaufwand erforderlich ist, d.h., daß es mit der vorhandenen Hardware durchgeführt werden kann.One particular advantage of this method is that no additional hardware costs required that is, that is can be done with the existing hardware.
Bei
dem zweiten, mit zusätzlicher
Hardware zu realisierenden Ausführungsbeispiel
nach der Erfindung gemäß
Das Stellglied P bildet einen Zweig einer Wechselspannungs-(voll)-brücke, deren strichpunktiert umrandete andere Zweige von komplexen Brückenwiderständen Z2 bis Z4 gebildet werden. Parallel zur Reihenschaltung der Brückenwiderstände Z3 und Z4 ist eine Wechselspannungsquelle AC angeordnet, welche die Brücke mit Wechselspannungs-Kleinsignalen speist. In der Brückendiagonale zwischen den Brückenwiderständen Z2 und Z4 ist eine Auswerteschaltung A angeordnet, in welcher in den Einspritzpausen, in welchen die Wechselspannungsbrücke mittels Schaltern S an das Stellglied P angeschlossen ist, in an sich bekannter Weise die Stellgliedkapazität aus der Phasenverschiebung von Strom und Spannung ermittelt werden kann, wenn die Werte der komplexen Brückenwiderstände Z2 bis Z4 und die anliegende Wechselspannung konstant sind.The Actuator P forms a branch of an AC (full) bridge whose other branches of complex bridge resistors Z2 bordered by dash-dotted lines are formed to Z4. Parallel to the series connection of the bridge resistors Z3 and Z4 is an AC voltage source AC, which is the bridge with Feed small AC signals. In the bridge diagonal between the Bridge Resistors Z2 and Z4, an evaluation circuit A is arranged, in which in the Injection breaks, in which the AC bridge means Switches S is connected to the actuator P, in a conventional manner the actuator capacity be determined from the phase shift of current and voltage can, if the values of complex bridge resistors Z2 to Z4 and the adjacent AC voltage are constant.
Die Wechselspannungsbrücke wird so abgestimmt, daß bei einem bestimmten Kapazitätswert, beispielsweise bei Nennkapazität (Cp = 4μF bei Tp = 20°C) keine der Phasenverschiebung von Strom und Spannung auftritt.The AC bridge is tuned so that at a certain capacitance value, for example at rated capacity (C p = 4μF at T p = 20 ° C), no phase shift of current and voltage occurs.
Ist
die auf diese Weise ermittelte Stellgliedkapazität Cp und
damit die Stellgliedtemperatur Tp bekannt, so
erfolgt das wietere Vorgehen wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel,
indem aus dem Kennfeld gemäß
Ein Vorteil beider Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, daß es „online", d.h., bei laufender Brennkraftmaschine, durchgeführt werden kann.One Advantage of both embodiments the method according to the invention is that it is "online", that is, while running Internal combustion engine, performed can be.
Ein weiterer Vorteil ist, daß bei Motorsteuerungen, bei welchen die Kraftstofftemperatur ein Parameter ist, ggf. auf ein Kraftstoffthermometer verzichtet werden kann, indem die ermittelte Stellgliedtemperatur Tp als Kraftstofftemperatur verwendet wird.Another advantage is that in motor controls, in which the fuel temperature is a parameter, if necessary, can be dispensed with a fuel thermometer by the determined actuator temperature T p is used as the fuel temperature.
Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ermittelte Stellgliedtemperatur Tp kann kalibriert werden, indem sie vor jedem Motorstart, dem eine genügend lange Betriebspause vorangegangen ist, dem Wert vorhandener Sensoren (Kühlwasser- oder Ölthermometer) gleichgesetzt wird. In diesem Fall kann nämlich davon ausgegangen werden, daß alle Bauteile, also auch die kapazitiven Stellglieder der Kraftstoffeinspritzventile, bei Motorstart gleiche Temperatur aufweisen.The actuator temperature T p determined using the method according to the invention can be calibrated by equating the value of existing sensors (cooling water or oil thermometer) before each engine start, which has been preceded by a sufficiently long service break. In this case, it can be assumed that all components, including the capacitive actuators of the fuel injection valves, have the same temperature at engine start.
Es ist aber auch möglich, nach einer genügend langen Betriebspause vor einem Motorstart die Stellgliedtemperatur mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens zu ermitteln und mit den Werten anderer vorhandener Sensoren (Kühlwasser- oder Ölthermometer) zu vergleichen und gleichzusetzen, wenn sie nur geringfügig voneinander abweichen. Sind die Werte um mehr als einen vorgegebenen Betrag voneinander ab, so wird das Stellglied als fehlerhaft angesehen.It but it is also possible after a sufficient long break before engine start the actuator temperature by the method according to the invention and with the values of other existing sensors (cooling water or oil thermometer) compare and equate, if only slightly different from each other differ. Are the values more than a predetermined amount? from each other, the actuator is considered defective.
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