EP2054605A1 - Verfahren und vorrichtung zum betreiben einer fluidzumessvorrichtung - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum betreiben einer fluidzumessvorrichtung

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EP2054605A1
EP2054605A1 EP08701515A EP08701515A EP2054605A1 EP 2054605 A1 EP2054605 A1 EP 2054605A1 EP 08701515 A EP08701515 A EP 08701515A EP 08701515 A EP08701515 A EP 08701515A EP 2054605 A1 EP2054605 A1 EP 2054605A1
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EP
European Patent Office
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fluid
duration
pulses
metering
pulse
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Application number
EP08701515A
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English (en)
French (fr)
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EP2054605B1 (de
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Michael Koch
Wilhelm Falter
Lothar Schwab
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Aumovio Germany GmbH
Original Assignee
Continental Automotive Technologies GmbH
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Filing date
Publication date
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Publication of EP2054605A1 publication Critical patent/EP2054605A1/de
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Publication of EP2054605B1 publication Critical patent/EP2054605B1/de
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/20—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils
    • F02D41/2096—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils for controlling piezoelectric injectors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/24—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents characterised by the use of digital means
    • F02D41/2406—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents characterised by the use of digital means using essentially read only memories
    • F02D41/2409—Addressing techniques specially adapted therefor
    • F02D41/2419—Non-linear variation along at least one coordinate
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F02D41/20—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils
    • F02D2041/202—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils characterised by the control of the circuit
    • F02D2041/2024—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils characterised by the control of the circuit the control switching a load after time-on and time-off pulses
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
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    • F02D41/20—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils
    • F02D2041/202—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils characterised by the control of the circuit
    • F02D2041/2031—Control of the current by means of delays or monostable multivibrators

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for operating a Fluidzumessvorraum.
  • Fluid metering devices are used, for example, for metering fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine.
  • the combustion process can be suitably influenced and / or an exhaust aftertreatment system can be provided, by means of which pollutants generated during combustion are converted into harmless substances.
  • the object on which the invention is based is to provide a method and a device for operating a fluid meter, which enables precise operation of the fluid meter.
  • the invention is characterized by a method and a correspondingly designed device for operating a Fluidzumessvortechnisch with a Festkorperaktuator which e-lectric energy is supplied by means of charging pulses and the electrical energy is removed by means of discharge pulses, a nozzle needle, on which the Festkorperaktuator to adjust their position acting and in a closed position prevents a metering of fluid and allows the metering of fluid outside the closed position.
  • a desired on-control duration is predetermined, which extends from generating a first charge pulse to generating a first discharge pulse for a fluid metering.
  • a number of charging pulses to be set which are to be supplied to the solid-state actuator with a predetermined pulse period duration, for one, ie a single, fluid metering, is predetermined such that the time duration from the generation of the last charging pulse until the end of the desired activation duration of the increase a given increase value is greater than the pulse duration odendauer.
  • a corrected actuation duration is determined as a function of the desired actuation duration in such a way that an instability in the change in the metered fluid caused by a change in the number of charge pulses to be set is compensated for.
  • the Fluidzumessvorrich- device is controlled with the number of charge pulses to be set and the corrected drive time and indeed for carrying out the Fluidzuflop.
  • the corrected drive time is at least in any case lower than the desired drive time, in particular when just another charge pulse has been added, compared to a slightly lower corrected drive time, in which the further charge pulse is not added.
  • the increase value corresponds to the predetermined pulse period duration.
  • the desired drive duration is greater than a product of the predetermined pulse period duration and a predetermined default number of charge pulses addition to the increase value, the corrected drive duration is set equal to the desired drive duration. This makes it possible to save computational effort in these cases without having to accept a loss in the precision of the metering of the fluid mass to be metered, especially with regard to very small quantities.
  • the corrected drive time is determined by means of a characteristic field which is predetermined.
  • characteristic maps can be determined empirically particularly simply and thus represent the real behavior of the fluid metering apparatus in a particularly simple manner and therefore simply support a precise metering of the fluid.
  • FIG. 2 shows a signal curve of charge pulses and discharge pulses plotted over the time t
  • FIG. 3 is a flowchart of a program which is described in FIG.
  • Control device is stored and is executed during the operation of the Fluidzumessvoroplasty, and
  • Figure 4 plotted several waveforms over time t.
  • a fluid metering device (FIG. 1) comprises a housing 1, into which a fluid channel 2 is introduced, which is hydraulically coupled in the intended operation of the fluid metering device with a fluid supply, which can be, for example, a common rail.
  • the housing 1 has a housing recess into which a valve body 3 is introduced.
  • the valve body 3 comprises an insert body 3 with a valve body recess 7, into which a nozzle needle 9 is inserted.
  • a nozzle 15 is formed, specifically in cooperation between the korper 5 and the nozzle needle 9.
  • the nozzle needle 9 is formed as an outwardly opening nozzle needle.
  • it can also be designed as an otherwise nozzle needle, which is known in the art for such applications in Fluidzumess- devices.
  • it can also be designed to open inwards.
  • a return spring 11 is further arranged, which is designed and arranged so that it is acted upon by the nozzle needle 9 without the action of other forces with a force that brings them into their closed position or stop in this.
  • the nozzle needle In the closed position, the nozzle needle prevents the metering of fluid. Outside the closed position, the nozzle needle allows the metering of fluid.
  • the fluid channel 2 is thus designed so that it communicates hydraulically with the nozzle 15.
  • a Festkorperaktuator 13 is arranged in the housing recess of the housing 1, which is mechanically coupled to the nozzle needle 9.
  • the Festkorperaktuator 13 is preferably fixed relative to the nozzle needle 9 remote from the axial end substantially fixed relative to the housing 1 is arranged. For this he may, for example, in principle be caulked with a first end cap with the housing.
  • a thermal compensation element is provided, which acts on the Festkorperaktuator 13 such that there are different thermal expansion coefficients between the Material of the housing 1 and the Festkorperaktuators 13 compensated.
  • the Festkorperaktuator 13 At its nozzle end facing the axial end 9 of the Festkorperaktuator 13 is preferably provided with a second end cap and then preferably via this mechanically coupled directly to the nozzle needle 9 mechanically.
  • the Festkorperaktuator further summarizes preferably a bourdon tube, through which it is biased internally.
  • the Festkorperaktuator can be designed for example as a piezo actuator, so in particular as a piezoelectric actuator. However, it can also be embodied as another solid-state actuator known to a person skilled in the art, such as, for example, a magnetostrictive actuator.
  • the fluid meter is associated with a control device 17, which is electrically conductively coupled to the Festkorperaktuator 13.
  • the control device may also be referred to as a device for operating the fluid metering device.
  • the control device is also designed to control further actuators of an internal combustion engine, such as a throttle valve, an ignition coil, or a Abgasruckbowventils.
  • an internal combustion engine such as a throttle valve, an ignition coil, or a Abgasruckbowventils.
  • 17 different sensors are assigned to the control device, which detect measurement variables.
  • sensors may be, for example, an accelerator pedal sensor, which detects an accelerator pedal position, and / or an air mass sensor, which detects an air mass flow in an intake tract, preferably upstream of a throttle flap, and / or a rotational speed sensor, which detects a rotational speed of a crankshaft and / or a fuel pressure sensor, detects a fuel pressure and / or an exhaust gas probe whose measurement signal is representative of an air / fuel ratio in the combustion chamber of the internal combustion engine.
  • the control device 17 is adapted to fürzubuchen a viasstechnikszu limp through the nozzle 15 that the Festkorperaktuator first electrical energy is supplied by means of charging pulses and temporally offset the Festkorperaktuator electrical energy is removed by means of discharge pulses.
  • the Festkorperaktuator By supplying the electrical energy, an increase in the axial extent of the Festkorperaktuators 13 and thus shifting the position of the nozzle needle 9 out of its closed position. With increasingly zugeschreibter electrical energy, the nozzle needle 9 thus moves away more and more away from its closed position, so their stroke increases.
  • the axial Langung the Festkorperaktuators 13 is reduced again, causing a return of the nozzle needle 9 in its closed position.
  • the pulse width of the individual charging pulses is substantially the same.
  • the pulse height is preferably dependent on the electrical properties of the solid state actuator, such as its capacity, and / or environmental conditions, such as the temperature of the fluid metering device or, for example, the pressure of the fluid to be metered.
  • a number N_EFF to be set is applied thereto at charging pulses which correspond to a predefined number N_MAX.
  • the default number N MAX can be 20, for example, in the exemplary embodiment in FIG. 2 it is shown as an example by 5.
  • the pulse period duration T_1PULS can be, for example, 10 ⁇ sec.
  • the charge pulses and the discharge pulses are preferably current pulses, by means of which a current I is impressed.
  • a charging time TL is given by a product of the pulse period T_1PULS and the number N_EFF to be set at charging pulses.
  • a drive duration in the exemplary embodiment illustrated here a corrected drive duration TI COR, extends from the generation of a first charge pulse to the generation of a first discharge pulse for a respective fluid metering.
  • a discharge duration T_EL preferably also includes a plurality of discharge pulses, which are also generated periodically.
  • the program is started in a step S1, preferably close to an engine start of an internal combustion engine.
  • a desired actuation time T I takes place. This is preferably done by means of a further program, which is also processed in the control device 17 and in particular taking into account the respective operating point, which can be significantly influenced for example by the accelerator pedal position or by a current temperature of Fluidzumessvortechnisch or the internal combustion engine.
  • the desired drive time T I can also be specified externally with respect to the control device 17.
  • the default number N MAX can be fixed, for example, and thus be 20, for example.
  • a step S7 it is checked whether the desired actuation duration TI is greater than a product of the predefined number N MAX and the pulse period duration T IPULS in addition to a predefined increase value T E.
  • the predefined increase value can For example, be particularly easy equal to the pulse period T_1PULS. However, in principle it can also be chosen larger than the pulse period T_1PULS. Furthermore, it can in principle also be a fraction of the pulse period duration, such as, for example, 1/10 of the pulse period duration.
  • step S9 is preferably executed, in which the corrected actuation duration T I COR is assigned the desired actuation duration T I. Subsequently, the processing is then continued in a step Sil, in which the fluid metering device with the number N EFF to be set to charge pulses and the corrected drive time T I COR is driven.
  • the number N_EFF to be set is also assigned the default number N_MAX of the charging pulses.
  • the discharge pulses are then generated for the corresponding discharge duration T EL, and thus the fluid metering is terminated again by the return of the nozzle needle 9 to its closed position.
  • the program preferably remains for a predetermined waiting period TW before the processing is continued again in the step S3.
  • the predetermined waiting time T_W can also be set such that a run of the program according to FIG. 3 is in a fixed relationship to the crankshaft angle and, for example, executed once per cylinder segment or if several times per cylinder and cylinder segment are also executed several times.
  • a cylinder segment corresponds to a crankshaft angle, which is the total crankshaft angle of a working cycle divided by the number of cylinders and amounts to 180 °, for example, in a four-stroke internal combustion engine and four cylinders.
  • the condition of step S7 is not met, the processing is continued in a step S15.
  • step S15 the number N_EFF of the charging pulses to be set is determined. This is done by means of the integer division DIV specified there, where the dividend is the difference between the desired activation duration T_I and the increase value T_E and the divisor is the pulse period duration T_1PULS. In this way, on the one hand, it is ensured that only an integer number of charge pulses is set and, on the other hand, that at least the increase value T_E lies between the expiration of the desired activation duration T_I and the charging duration T_L.
  • the corrected activation duration T_I_COR is subsequently dependent on the desired activation duration T_I and preferably also on the number to be set
  • N EFF at charge pulses determined. This can be done, for example, by means of a fixed mathematical functional assignment between the desired actuation duration T_I and the corrected actuation duration T_I_COR.
  • a map KF which also includes a characteristic, is stored in the memory of the control device, by means of which the assignment between the desired drive time T I and the corrected drive time T I COR takes place, preferably also by means of map interpolation.
  • a map KF can be determined particularly easily empirically, and preferably by appropriate tests on a test bench or by appropriate simulations.

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Abstract

Eine Flüidzumessvorrichtung hat einen Festkörperaktuator (13), dem elektrische Energie mittels Ladepulsen zugeführt wird und dem elektrische Energie mittels Entladpulsen entnommen wird. Er hat ferner eine Düsennadel (9), auf die der Festkörperaktuator (13) zum Einstellen ihrer Position einwirkt und die in einer Schliessposition ein Zumessen von Fluid unterbindet und ausserhalb der Schliessposition das Zumessen von Fluid ermöglicht. Eine gewünschte Ansteuerdauer (T_I) wird vorgegeben. Eine einzustellende Anzahl (N_EFF) an Ladepulsen, die dem Festkörperaktuator mit einer vorgegebenen Pulsperiodendauer (T_1PULS) für eine Fluidzumessung zuzuführen sind, wird vorgegeben abhängig von der gewünschten Ansteuerdauer (T_I). Eine korrigierte Ansteuerdauer (T_I_COR) wird abhängig von der gewünschten Ansteuerdauer (T_I) derart ermittelt, dass eine Sprunghaftigkeit in der Veränderung des zugemessenen Fluids, hervorgerufen durch eine Veränderung der einzustellenden Anzahl (N_EFF) an Ladepulsen, kompensiert wird.

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben einer Fluidzumessvor- richtung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer Fluidzumessvorrichtung . Fluidzumessvorrich- tungen werden beispielsweise eingesetzt zum Zumessen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine.
Immer strengere Anforderungen bezuglich zulassiger Schadstoffemissionen von Kraftfahrzeugen, in denen Brennkraftmaschinen eingesetzt sind, erfordern diverse Maßnahmen zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs und der von den Fahrzeugen ausgestoßenen Schadstoffemissionen. Zu diesem Zweck kann beispielsweise der Verbrennungsprozess geeignet beeinflusst werden und/oder ein Abgasnachbehandlungssystem vorgesehen sein, mittels dessen bei der Verbrennung erzeugte Schadstoffe in unschädliche Stoffe umgewandelt werden.
Um eine schnelle Betriebsbereitschaft eines von dem Abgasnachbehandlungssystem umfassten Katalysators zu gewahrleisten, kann vorgesehen sein, dass Kraftstoff in Form einer Nacheinspritzung in dem Brennraum zugemessen wird und so weitgehend unverbrannt in den Abgastrakt gelangt, um dort zu oxidieren unter Freisetzung von thermischer Energie zum schnellen Aufheizen des Abgaskatalysators.
Darüber hinaus ist es in diesem Zusammenhang auch bekannt, Kraftstoff wahrend eines Arbeitszyklusses in Form von mehreren Einspritzungen in den jeweiligen Brennraum zuzumessen. So sind beispielsweise auch für Benzineinspritzmotoren Verfahren mit Selbstzundung des Luft-/Kraftstoffgemisches bekannt (auch bezeichnet als compressed auto ignition) , bei denen im Rahmen einer Zwischenkompression gegebenenfalls geringe Kraftstoffmengen mittels der Fluidzumessvorrichtung zugemessen werden. Fluidzumessvorrichtungen werden zunehmend mit Festkorperaktu- atoren ausgestattet, denen elektrische Energie mittels Ladepulsen zugeführt wird und elektrische Energie mittels Entladepulsen entnommen wird. Weit verbreitet sind derzeit Piezo- Aktuatoren als Festkorperaktuatoren . Um steigenden Anforderungen an die KraftstoffZerstäubung gerecht zu werden, werden die Fluidzumessvorrichtungen zunehmend mit Kraftstoff versorgt, der unter sehr hohem Druck, beispielsweise bei Benzin, bis zu 200 bar betragt. Eine Herausforderung stellt es dar, auch sehr kleine Mengen an Fluid präzise zuzumessen.
Die Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer Fluidzu- messvorrichtung zu schaffen, welche einen präzisen Betrieb der Fluidzumessvorrichtung ermöglicht.
Die Aufgabe wird gelost durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteranspruchen gekennzeichnet.
Die Erfindung zeichnet sich aus durch ein Verfahren und eine korrespondierend ausgebildete Vorrichtung zum Betreiben einer Fluidzumessvorrichtung mit einem Festkorperaktuator, dem e- lektrische Energie mittels Ladepulsen zugeführt wird und dem elektrische Energie mittels Entladepulsen entnommen wird, einer Dusennadel, auf die der Festkorperaktuator zum Einstellen ihrer Position einwirkt und die in einer Schließposition ein Zumessen von Fluid unterbindet und außerhalb der Schließposition das Zumessen von Fluid ermöglicht. Eine gewünschte An- Steuerdauer wird vorgegeben, die sich von einem Erzeugen eines ersten Ladepulses bis zu einem Erzeugen eines ersten Entladepulses für eine Fluidzumessung erstreckt. Eine einzustellende Anzahl an Ladepulsen, die dem Festkorperaktuator mit einer vorgegebenen Pulsperiodendauer zuzuführen sind, für ei- ne, also eine einzige, Fluidzumessung, wird so vorgegeben, dass die Zeitdauer von dem Erzeugen des letzten Ladepulses bis zu dem Ende der gewünschten Ansteuerdauer der Erhöhung um einen vorgegebenen Erhohungswert großer ist als die Pulsperi- odendauer. Eine korrigierte Ansteuerdauer wird abhangig von der gewünschten Ansteuerdauer derart ermittelt, dass eine Sprunghaftigkeit in der Veränderung des zugemessenen Fluids, hervorgerufen durch eine Veränderung der einzustellenden An- zahl an Ladepulsen, kompensiert wird. Die Fluidzumessvorrich- tung wird mit der einzustellenden Anzahl an Ladepulsen und der korrigierten Ansteuerdauer angesteuert und zwar zum Durchfuhren der Fluidzumessung .
Durch das Begrenzen der einzustellenden Anzahl an Ladepulsen derart, dass die Zeitdauer vom Erzeugen des letzten Ladepulses bis zum Ende der gewünschten Ansteuerdauer der Erhöhung um einen vorgegebenen Erhohungswert großer ist als die Pulsperiodendauer, kann sichergestellt werden, dass die korri- gierte Ansteuerdauer in jedem Fall zumindest um den Erhohungswert geringer gewählt werden kann, als die gewünschte Ansteuerdauer und zwar insbesondere dann, wenn gerade ein weiterer Ladeimpuls hinzugekommen ist, im Vergleich zu einer geringfügig geringeren korrigierten Ansteuerdauer, bei der der weitere Ladepuls nicht hinzugefugt ist.
Dadurch besteht somit ein zusatzlicher Freiheitsgrad, insbesondere bei sehr kurzen Ansteuerdauern, zum Kompensieren der Sprunghaftigkeit des pro Zeiteinheit zugemessenen Volumen- Stroms abhangig von der Anzahl der einzustellenden Ladepulse, wodurch eine sehr gute Linearisierung des Zusammenhangs zwischen Ansteuerdauer und Mengenzumessung des Fluids erreicht werden kann. Auf diese Weise kann somit einfach über einen sehr breiten Betriebsbereich der Fluidzumessvorrichtung ein präzises Zumessen des Fluids wahrend einer Fluidzumessung gewahrleistet werden, insbesondere können so Kleinstmengen an Fluid präzise zugemessen werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung entspricht der Erho- hungswert der vorgegebenen Pulsperiodendauer. Auf diese Weise kann das präzise Zumessen von Fluid insbesondere rechentechnisch besonders einfach gewahrleistet werden. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird, falls die gewünschte Ansteuerdauer großer ist als ein Produkt aus der vorgegebenen Pulsperiodendauer und einer vorgegebenen Vorgabeanzahl an Ladungspulsen zuzuglich des Erhohungswertes, die korrigierte Ansteuerdauer gleich der gewünschten Ansteuerdauer gesetzt. Dies ermöglicht in diesen Fallen Rechenaufwand einzusparen, ohne einen Verlust an der Präzision des Zu- messens der zuzumessenden Fluidmasse hinnehmen zu müssen, insbesondere im Hinblick auf Kleinstmengen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird die korrigierte Ansteuerdauer mittels eines Kennfeldes, das vorgegeben ist, ermittelt. Derartige Kennfelder können besonders einfach empirisch ermittelt werden und somit das reale Ver- halten der Fluidzumessvorrichtung besonders einfach abbilden und daher einfach ein präzises Zumessen des Fluids unterstutzen .
Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen naher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine Fluidzumessvorrichtung mit einer Steuervorrichtung,
Figur 2 einen Signalverlauf von Ladepulsen und Entladepulsen aufgetragen über die Zeit t,
Figur 3 ein Ablaufdiagramm eines Programms, das in der
Steuervorrichtung gespeichert ist und wahrend des Betriebs der Fluidzumessvorrichtung abgearbeitet wird, und
Figur 4 mehrere Signalverlaufe aufgetragen über die Zeit t.
Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figuren- ubergreifend mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Eine Fluidzumessvorrichtung (Figur 1) umfasst ein Gehäuse 1, in das ein Fluidkanal 2 eingebracht ist, der bei dem bestim- mungsgemaßen Betrieb der Fluidzumessvorrichtung hydraulisch gekoppelt ist mit einer Fluidversorgung, die beispielsweise ein common rail sein kann. Das Gehäuse 1 hat eine Gehauseaus- nehmung, in die ein Ventilkorper 3 eingebracht ist. Der Ven- tilkorper 3 umfasst einen Einsatzkorper 3 mit einer Ventil- korperausnehmung 7, in die eine Dusennadel 9 eingebracht ist. An einem axialen Ende des Ventilkorpers 3 ist eine Düse 15 ausgebildet und zwar im Zusammenwirken zwischen dem Einsatzkorper 5 und der Dusennadel 9. Bevorzugt ist die Dusennadel 9 als nach außen öffnende Dusennadel ausgebildet. Sie kann jedoch auch als eine anderweitige Dusennadel ausgebildet sein, die dem Fachmann für derartige Einsatzzwecke bei Fluidzumess- Vorrichtungen bekannt ist. So kann sie beispielsweise auch nach innen öffnend ausgebildet sein.
In der Gehauseausnehmung ist ferner eine Ruckstellfeder 11 angeordnet, die so ausgebildet und angeordnet ist, dass durch sie ohne das Einwirken weiterer Kräfte die Dusennadel 9 mit einer Kraft beaufschlagt wird, die sie in ihre Schließposition bringt oder in dieser halt. In der Schließposition unterbindet die Dusennadel das Zumessen von Fluid. Außerhalb der Schließposition ermöglicht die Dusennadel das Zumessen von Fluid. Der Fluidkanal 2 ist somit so ausgebildet, dass dieser mit der Düse 15 hydraulisch kommuniziert.
Ferner ist in der Gehauseausnehmung des Gehäuses 1 ein Festkorperaktuator 13 angeordnet, der mechanisch mit der Du- sennadel 9 gekoppelt ist. Der Festkorperaktuator 13 ist bevorzugt bezuglich seines der Dusennadel 9 abgewandten axialen Endes im Wesentlichen fest relativ zu dem Gehäuse 1 angeordnet. Dazu kann er beispielsweise grundsatzlich mit einer ersten Abschlusskappe mit dem Gehäuse verstemmt sein. Bevorzugt ist jedoch ein thermisches Ausgleichselement vorgesehen, das derart auf den Festkorperaktuator 13 einwirkt, dass es unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Material des Gehäuses 1 und dem des Festkorperaktuators 13 kompensiert .
An seinem der Dusennadel 9 zugewandten axialen Ende ist der Festkorperaktuator 13 bevorzugt mit einer zweiten Abschlusskappe versehen und über diese dann bevorzugt direkt mit der Dusennadel 9 mechanisch gekoppelt. Der Festkorperaktuator um- fasst ferner bevorzugt eine Rohrfeder, durch die er intern vorgespannt wird.
Der Festkorperaktuator kann beispielsweise als Piezo- Aktuator, so insbesondere als piezoelektrischer Aktuator, ausgebildet sein. Er kann jedoch auch als ein anderer dem Fachmann bekannter Festkorperaktuator, wie beispielsweise ein magnetostriktiver Aktuator, ausgebildet sein.
Der Fluidzumessvorrichtung ist eine Steuervorrichtung 17 zugeordnet, die elektrisch leitend mit dem Festkorperaktuator 13 gekoppelt ist. Die Steuervorrichtung kann auch als Vor- richtung zum Betreiben der Fluidzumessvorrichtung bezeichnet werden .
Bevorzugt ist die Steuervorrichtung auch ausgebildet zum Steuern weiterer Stellglieder einer Brennkraftmaschine, wie beispielsweise einer Drosselklappe, einer Zündspule, oder eines Abgasruckfuhrventils . Zu diesem Zweck sind der Steuervorrichtung 17 verschiedene Sensoren zugeordnet, die Messgroßen erfassen. Derartige Sensoren können beispielsweise ein Fahrpedalsensor sein, der eine Fahrpedalstellung erfasst, und/oder ein Luftmassensensor, der einen Luftmassenstrom in einem Ansaugtrakt, bevorzugt stromaufwärts einer Drosselklappe erfasst, und/oder ein Drehzahlsensor, der eine Drehzahl einer Kurbelwelle erfasst und/oder ein Kraftstoffdrucksensor, der einen Kraftstoffdruck erfasst und/oder eine Abgassonde, deren Messsignal repräsentativ ist für ein Luft-/Kraftstoff- Verhaltnis in dem Brennraum der Brennkraftmaschine. Zum Betreiben der Fluidzumessvorrichtung ist die Steuervorrichtung 17 dazu ausgebildet, ein Fluidzumessung durch die Düse 15 dadurch durchzufuhren, dass dem Festkorperaktuator zunächst elektrische Energie mittels Ladepulsen zugeführt wird und zeitlich versetzt dem Festkorperaktuator elektrische Energie mittels Entladepulsen entnommen wird. Durch das Zufuhren der elektrischen Energie erfolgt ein Erhohen der axialen Ausdehnung des Festkorperaktuators 13 und somit ein Verschieben der Position der Dusennadel 9 heraus aus ihrer Schließposition. Mit zunehmend zugefuhrter elektrischer Energie entfernt sich die Dusennadel 9 somit immer mehr weg von ihrer Schließposition, ihr Hub nimmt also zu. Durch das mittels der Entladepulse erfolgende Entnehmen von elektrischer Energie aus dem Festkorperaktuator 13 wird die axiale Langung des Festkorperaktuators 13 wieder reduziert, was ein Zurückfuhren der Dusennadel 9 in ihre Schließposition bewirkt.
Das Zufuhren der elektrischen Energie zu dem Festkorperaktuator 13 erfolgt mittels Ladepulsen, mit einer vorgegebenen Pulsperiodendauer T_1PULS (Figur 2). Bevorzugt ist die Pulsbreite der einzelnen Ladepulse im Wesentlichen gleich. Bevorzugt ist die Pulshohe gegebenenfalls abhangig elektrischen Eigenschaften des Festkorperaktuators, wie beispielsweise seiner Kapazität, und/oder von Umgebungsbedingungen, wie bei- spielsweise der Temperatur der Fluidzumessvorrichtung oder beispielsweise auch dem Druck des Fluids, das zugemessen werden soll .
Zum Erreichen einer vorgegebenen Offenposition der Dusennadel 9 werden an dieser eine einzustellende Anzahl N_EFF an Ladepulsen angelegt, die einer Vorgabeanzahl N_MAX entsprechen. Die Vorgabeanzahl N MAX kann beispielsweise 20 betragen, in dem Ausfuhrungsbeispiel in der Figur 2 ist sie beispielhaft mit 5 dargestellt. Die Pulsperiodendauer T_1PULS kann bei- spielsweise 10 μsek betragen. Bei den Ladepulsen und den Entladepulsen handelt es sich bevorzugt um Strompulse, mittels derer ein Strom I eingeprägt wird. Eine Ladedauer T L ist gegeben durch ein Produkt aus der Pulsperiodendauer T_1PULS und der einzustellenden Anzahl N_EFF an Ladepulsen. Eine Ansteuerdauer, im hier dargestellten Ausfuhrungsbeispiel eine korrigierte Ansteuerdauer T I COR, erstreckt sich von dem Erzeugen eines ersten Ladepulses bis zu einem Erzeugen eines ersten Entladepulses für eine jeweilige Fluidzumessung . Eine Entladedauer T_EL umfasst bevorzugt ebenso mehrere Entladepulse, die ebenso periodisch erzeugt werden.
Zum Betreiben der Fluidzumessvorrichtung ist in einem Speicher der Steuereinheit 17 ein Programm gespeichert, das wahrend des Betriebs der Fluidzumessvorrichtung abgearbeitet wird. Ein Ablaufdiagramm des Programms ist nachfolgend anhand der Figur 3 naher erläutert.
Das Programm wird in einem Schritt Sl, bevorzugt zeitnah zu einem Motorstart einer Brennkraftmaschine, gestartet.
In einem Schritt S3 erfolgt die Vorgabe einer gewünschten Ansteuerdauer T I . Dies erfolgt bevorzugt mittels eines weiteren Programms, das ebenfalls in der Steuervorrichtung 17 abgearbeitet wird und zwar insbesondere unter Berücksichtigung des jeweiligen Betriebspunktes, der beispielsweise durch die Fahrpedalstellung maßgeblich beeinflusst werden kann oder auch durch eine aktuelle Temperatur der Fluidzumessvorrichtung oder auch der Brennkraftmaschine. Die gewünschte Ansteuerdauer T I kann jedoch auch von extern bezuglich der Steuervorrichtung 17 vorgegeben werden.
In einem Schritt S5 erfolgt die Vorgabe der Vorgabeanzahl N MAX. Die Vorgabeanzahl N MAX kann beispielsweise fest vorgegeben sein und so beispielsweise 20 betragen.
In einem Schritt S7 wird geprüft, ob die gewünschte Ansteuerdauer T I großer ist als ein Produkt der Vorgabeanzahl N MAX und der Pulsperiodendauer T IPULS zuzuglich eines vorgegebenen Erhohungswertes T E. Der vorgegebene Erhohungswert kann beispielsweise besonders einfach gleich der Pulsperiodendauer T_1PULS sein. Er kann grundsatzlich jedoch auch großer gewählt sein als die Pulsperiodendauer T_1PULS. Ferner kann er grundsatzlich auch einen Bruchteil der Pulsperiodendauer, wie zum Beispiel 1/10 der Pulsperiodendauer betragen.
Ist die Bedingung des Schrittes S7 erfüllt, so wird bevorzugt ein Schritt S9 abgearbeitet, in dem der korrigierten Ansteuerdauer T I COR die gewünschte Ansteuerdauer T I zugeordnet wird. Anschließend wird dann die Bearbeitung in einem Schritt Sil fortgesetzt, in dem die Fluidzumessvorrichtung mit der einzustellenden Anzahl N EFF an Ladepulsen und der korrigierten Ansteuerdauer T I COR angesteuert wird. Im Falle der Abarbeitung des Schrittes S9 wird ferner der einzustellenden Anzahl N_EFF die Vorgabeanzahl N_MAX der Ladepulse zugeordnet .
Darüber hinaus werden in dem Schritt Sil nach Ablauf der korrigierten Ansteuerdauer T_I_COR dann für die entsprechende Entladedauer T EL die Entladepulse erzeugt und somit die FIu- idzumessung wieder beendet durch das Ruckfuhren der Dusenna- del 9 in ihre Schließposition.
In einem Schritt S13 verharrt bevorzugt das Programm für eine vorgegebene Wartezeitdauer T W, bevor die Bearbeitung erneut in dem Schritt S3 fortgesetzt wird. Dabei kann die vorgegebene Wartezeitdauer T_W auch so vorgegeben werden, dass ein Durchlauf des Programms gemäß der Figur 3 in einem festen Bezug zu dem Kurbelwellenwinkel steht und so beispielsweise einmal pro Zylindersegment abgearbeitet wird oder bei mehreren Einspritzereignissen je Zylinder und Zylindersegment auch mehrmals abgearbeitet wird. Ein Zylindersegment entspricht einem Kurbelwellenwinkel, der sich aus dem Gesamtkurbelwel- lenwinkel eines Arbeitsspiels dividiert durch die Anzahl der Zylinder ergibt und betragt beispielsweise bei einer Brennkraftmaschine im Viertaktbetrieb und vier Zylindern 180°. Ist die Bedingung des Schrittes S7 hingegen nicht erfüllt, so wird die Bearbeitung in einem Schritt S15 fortgesetzt. In dem Schritt S15 wird die einzustellende Anzahl N_EFF der Ladepulse ermittelt. Dies erfolgt mittels der dort angegebenen Ganz- zahldivision DIV, wobei der Dividend die Differenz der gewünschten Ansteuerdauer T_I und des Erhohungswertes T_E ist und der Divisor die Pulsperiodendauer T_1PULS ist. Auf diese Weise wird zum einen sichergestellt, dass nur eine ganzzahlige Anzahl an Ladepulsen eingestellt wird und zum anderen, dass zwischen dem Ablauf der gewünschten Ansteuerdauer T_I und der Ladedauer T_L zumindest der Erhohungswert T_E liegt.
In einem Schritt S17 wird anschließend die korrigierte Ansteuerdauer T_I_COR abhangig von der gewünschten Ansteuerdau- er T_I und bevorzugt auch von der einzustellenden Anzahl
N EFF an Ladepulsen ermittelt. Dies kann beispielsweise mittels einer fest vorgegebenen mathematischen funktionellen Zuordnung zwischen der gewünschten Ansteuerdauer T_I und der korrigierten Ansteuerdauer T_I_COR erfolgen.
Bevorzugt ist ein Kennfeld KF, was auch eine Kennlinie um- fasst, in dem Speicher der Steuervorrichtung hinterlegt, mittels der die Zuordnung zwischen der gewünschten Ansteuerdauer T I und der korrigierten Ansteuerdauer T I COR erfolgt und zwar bevorzugt auch mittels Kennfeldinterpolation. Ein derartiges Kennfeld KF kann besonders einfach empirisch ermittelt werden, und zwar bevorzugt durch entsprechende Versuche an einem Prüfstand oder auch durch entsprechende Simulationen.
Anhand der Figur 4 ist beispielhaft der entsprechende Zusammenhang dargestellt, wobei auch der Verlauf eines Volumens VOL, das pro Fluidzumessung durch die Fluidzumessvorrichtung zugemessen wird, dargestellt ist. Zum Ermitteln der jeweiligen einzustellenden Anzahl N_EFF, der korrigierten Ansteuer- dauer T_I_COR ist für die gewünschte Ansteuerdauer T_I auf der Abszisse einzusetzen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Betreiben einer Fluidzumessvorrichtung mit einem Festkorperaktuator (13), dem elektrische Energie mit- tels Ladepulsen zugeführt wird und dem elektrische Energie mittels Entladepulsen entnommen wird, einer Dusennadel (9), auf die der Festkorperaktuator (13) zum Einstellen ihrer Position einwirkt und die in einer Schließposition ein Zumessen von Fluid unterbindet und außerhalb der Schließposition das Zumessen von Fluid ermöglicht, bei dem
- eine gewünschte Ansteuerdauer (T_I) vorgegeben wird, die sich von einem Erzeugen eines ersten Ladepulses bis zu einem Erzeugen eines ersten Entladepulses für eine Fluidzumessung erstreckt, - eine einzustellende Anzahl (N_EFF) an Ladepulsen, die dem Festkorperaktuator (13) mit einer vorgegebenen Pulsperiodendauer (T IPULS) zuzuführen sind für eine Fluidzumessung, so vorgegeben wird, dass die Zeitdauer von dem Erzeugen des letzten Ladepulses bis zu einem Ende der gewünschten Ansteu- erdauer (T I) mindestens um einen vorgegebenen Erhohungswert (T_E) großer ist als die Pulsperiodendauer (T_1PULS) ,
- eine korrigierte Ansteuerdauer (T_I_COR) abhangig von der gewünschten Ansteuerdauer (T_I) derart ermittelt wird, dass eine Sprunghaftigkeit in der Veränderung des zugemessenen Fluids, hervorgerufen durch eine Veränderung der einzustellenden Anzahl (N_EFF) an Ladepulsen, kompensiert wird, und
- die Fluidzumessvorrichtung mit der einzustellenden Anzahl (N EFF) an Ladepulsen und der korrigierten Ansteuerdauer (T_I_COR) angesteuert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Erhohungswert (T E) der vorgegebenen Pulsperiodendauer (T_1PULS) entspricht.
3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem, falls die gewünschte Ansteuerdauer (T_I) großer ist als ein Produkt aus der vorgegebenen Pulsperiodendauer (T IPULS) und einer vorgegebenen Vorgabeanzahl (N MAX) an La- depulsen zuzuglich des Erhohungswertes (T E) , die korrigierte Ansteuerdauer (T_I_COR) gleich der gewünschten Ansteuerdauer (T_I) gesetzt wird.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die korrigierte Ansteuerdauer (T_I_COR) mittels eines Kennfelds (KF) ermittelt wird.
5. Vorrichtung zum Betreiben einer Fluidzumessvorrichtung, mit einem Festkorperakutator (13), dem elektrische Energie mittels Ladepulsen zugeführt wird und dem elektrische Energie mittels Entladepulsen entnommen wird, einer Dusennadel (9), auf die der Festkorperaktuator (13) zum Einstellen ihrer Position einwirkt und die in einer Schließposition ein Zumessen von Fluid unterbindet und außerhalb der Schließposition das
Zumessen von Fluid ermöglicht , wobei die Vorrichtung dazu ausgebildet ist
- eine gewünschte Ansteuerdauer (T_I) vorzugeben, die sich von einem Erzeugen eines ersten Ladepulses bis zu einem Er- zeugen eines ersten Entladepulses für eine Fluidzumessung erstreckt,
- eine einzustellende Anzahl (N_EFF) an Ladepulsen, die dem Festkorperaktuator (13) mit einer vorgegebenen Pulsperiodendauer (T IPULS) zuzuführen sind, für eine Fluidzumessung, so vorzugeben, dass die Zeitdauer von dem Erzeugen des letzten Ladepulses bis zu dem Ende der gewünschten Ansteuerdauer (T_I) mindestens um einen vorgegebenen Erhohungswert (T_E) großer ist als die Pulsperiodendauer (T_1PULS) ,
- eine korrigierte Ansteuerdauer (T I COR) abhangig von der gewünschten Ansteuerdauer (T_I) derart zu ermitteln, dass eine Sprunghaftigkeit in der Veränderung des zugemessenen Fluids, hervorgerufen durch eine Veränderung der einzustellenden Anzahl (N EFF) an Ladepulsen, kompensiert wird und
- die Fluidzumessvorrichtung mit der einzustellenden Anzahl (N_EFF) und der korrigierten Ansteuerdauer (T_I_COR) anzusteuern .
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