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Dokumentenidentifikation DE10063080B4 28.12.2006
Titel Aktorsteuerung und zugehöriges Verfahren
Anmelder Siemens AG, 80333 München, DE
Erfinder Baranowski, Dirk, Dr., 93059 Regensburg, DE;
Bock, Wolfgang, Dr., 93055 Regensburg, DE;
Hoffmann, Christian, Dr., 93057 Regensburg, DE;
Pirkl, Richard, 93053 Regensburg, DE
DE-Anmeldedatum 18.12.2000
DE-Aktenzeichen 10063080
Offenlegungstag 18.07.2002
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 28.12.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 28.12.2006
IPC-Hauptklasse H02N 2/06(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse F02D 41/20(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   F02M 51/06(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einstellung eines vorgegebenen Hubs eines Aktors, insbesondere eines piezoelektrischen Aktors für einen Injektor einer Einspritzanlage, gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Aktorsteuerung gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 3 zur Durchführung eines derartigen Verfahrens.

In Einspritzanlagen von Brennkraftmaschinen erfolgt die Einspritzung von Kraftstoff in die Brennräume der Brennkraftmaschine durch Injektoren, wobei der Einspritzvorgang durch piezoelektrische Aktoren gesteuert wird, die eine Düsenöffnung in Abhängigkeit von ihrer elektrischen Ansteuerung entweder freigeben oder verschliessen. Für einen ordnungsgemässen Betrieb des Injektors muss der piezoelektrische Aktor deshalb einen konstanten Hub erreichen. Zur Einstellung des vorgegebenen Aktorhubs wird in verschiedenen Patentanmeldungen, wie beispielsweise DE 197 23 932, DE 196 52 809 und DE 196 52 801 die physikalische Erkenntnis ausgenutzt, dass sich der Aktorhub im wesentlichen proportional zu der zugeführten elektrischen Energie verhält. Bei der Ansteuerung des Aktors wird deshalb die zugeführte elektrische Ladung und die daraus resultierende elektrische Spannung gemessen, um daraus die zugeführte elektrische Energie zu berechnen.

Nachteilig an der vorstehend beschriebenen bekannten Aktorsteuerung ist die Tatsache, dass der funktionale Zusammenhang zwischen der dem Aktor zugeführten elektrischen Energie und dem daraus resultierenden Aktorhub temperaturabhängig ist, was bei einem Einsatz in einem PKW aufgrund der im Betrieb auftretenden grossen Temperaturschwankungen zu Abweichungen des Aktorhubs von dem vorgegebenen Sollwert führt.

Aus JP64-069756AA ist eine Aktorsteuerung für eine Einspritzanlage bekannt, die einen Temperatursensor aufweist, wobei der Aktor mit einer temperaturabhängigen Spannung beaufschlagt wird.

Weiterhin ist aus DE 198 05 184 A1 eine Aktorsteuerung bekannt, die keinen separaten Temperatursensor benötigt, da die Temperatur des Aktors entsprechend einer bekannten Kennlinie aus der Kapazität des Aktors ermittelt wird.

Darüber hinaus ist aus DE 197 23 932 C1 eine Aktorsteuerung bekannt, bei der die Ladeenergie des Aktors geregelt wird, um den Einfluß von Temperaturschwankungen auf das Stellverhalten des Aktors möglichst gering zu halten.

Schließlich ist aus JP 05 344 755 AA eine Aktorsteuerung bekannt, bei der dem Aktor eine vorgegebene elektrische Ladung zugeführt wird, wobei während der Entladung des Aktors die Kapazität des Aktors gemessen und die negative Spannung entsprechend geregelt wird, um Temperaturschwankungen auszugleichen.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die vorstehend beschriebene bekannte Aktorsteuerung dahingehend zu verbessern, dass der Aktorhub temperaturunabhängig möglichst genau eingestellt werden kann, ohne dass ein zusätzlicher Temperatursensor erforderlich ist.

Die Aufgabe wird, ausgehend von dem eingangs beschriebenen bekannten Verfahren zur Einstellung eines vorgegebenen Hubs gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1, durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 bzw. – hinsichtlich einer entsprechenden Aktorsteuerung – durch die Merkmale des Anspruchs 3 gelöst.

Erfindungsgemäß wird die Temperatur des Aktors bei dessen elektrischer Ansteuerung berücksichtigt, ohne dass ein Temperatursensor erforderlich ist. Hierbei wird von zwei bekannten und zuvor ausgemessenen aktorspezifischen Kennlinien ausgegangen. Die eine Kennlinie gibt hierbei – wie bereits zuvor erwähnt – die auf den Aktor zur Erreichung eines vorgegebenen Hubs aufzubringende elektrische Ladung als Funktion der Temperatur an. Die andere Kennlinie gibt dagegen die zur Erreichung eines vorgegebenen Hubs erforderliche elektrische Spannung des Aktors als Funktion der Temperatur wieder. Zur Erreichung eines vorgegebenen Hubs müssten sich also sowohl Spannung als auch Ladung entsprechend den vorgegebenen Kennlinien verhalten, so dass sich aus Spannung und Ladung eine temperaturunabhängige Führungsgrösse berechnen lässt, die zur Regelung der auf den Aktor aufzubringenden elektrischen Ladung herangezogen wird. Die Regelung der Aktorladung erfolgt vorzugsweise so, dass die temperaturunabhängige Führungsgrösse einen konstanten Wert annimmt. Vorteilhaft an dieser Variante der Erfindung ist insbesondere, dass kein separater Temperatursensor erforderlich ist.

Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet oder werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:

1a eine erfindungsgemässe Aktorsteuerung ohne einen separaten Temperatursensor,

1b das Betriebsverfahren der in 1a dargestellten Aktorsteuerung als Flussdiagramm und

2 zwei aktorspezifische Kennlinien.

Das in 1a dargestellte Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Aktorsteuerung ermöglicht vorteilhaft die Berücksichtigung der Aktortemperatur bei der Ansteuerung des Aktors 1, ohne dass ein separater Temperatursensor erforderlich ist. Hierbei werden die in 2 dargestellten bekannten Kennlinien des Aktors 1 ausgenutzt, die den funktionalen Zusammenhang zwischen der zur Erreichung eines vorgegebenen Hubs erforderlichen Ladung Q bzw. Spannung U des Aktors 1 und der Aktortemperatur TAKTOR wiedergeben. Die elektrische Ladung Q des Aktors 1 und die von dem Spannungsmessgerät 3 gemessene elektrische Spannung UMESS des Aktors 1 werden deshalb einer Recheneinheit 11 zugeführt, die aus der Ladung Q und der Spannung UMESS des Aktors 1 eine temperaturunabhängige Führungsgrösse s berechnet und einer Regeleinheit 12 zuführt, welche die elektrische Ladung Q des Aktors 1 in Abhängigkeit von der Führungsgrösse s regelt, wobei die Führungsgrösse s den gewünschten Hub bestimmt.

In der Regel sind die in 2 dargestellten temperaturabhängigen Kennlinien annähernd linear, so dass gilt: USOLL = U0 + b·(T – T0) QSOLL = Q0 + a·(T – T0)

Aus diesen beiden Formeln für die Ladung Q und die Spannung U ergibt sich dann eine temperaturunabhängige Führungsgrösse s wie folgt:

Der Aktorhub ist also konstant, wenn die Führungsröße s auf einen konstanten Wert geregelt wird, wobei der Wert der Führungsgrösse s den Hub des Aktors 1 bestimmt.

Im folgenden wird nun unter Bezugnahme auf das in 1b dargestellte Flussdiagramm das Betriebsverfahren der in 1a dargestellten Aktorsteuerung erläutert.

Zu Beginn wird zunächst der Sollwert sSOLL der Führungsgrösse s vorgegeben, der den Hub bestimmt.

Anschliessend wird dann in einer Regelschleife die Aktorspannung UMESS und die Aktorladung Q gemessen und daraus der aktuelle Wert der Führungsgrösse s berechnet. Anschliessend wird dann die Regelabweichung als Differenz zwischen dem Sollwert SSOLL der Führungsgrösse und dem berechneten Wert der Führungsgrösse ermittelt. Anschliessend erfolgt dann kontinuierlich oder stufenweise eine Regelung der Aktorladung Q in Abhängigkeit von der Regelabweichung &Dgr;s.


Anspruch[de]
Verfahren zur Einstellung eines vorgegebenen Hubs eines Aktors (1), insbesondere eines piezoelektrischen Aktors (1) für einen Injektor einer Einspritzanlage,

bei dem eine erste elektrische Zustandsgrösse (Q) des Aktors (1) eingestellt wird, die den Hub des Aktors (1) bestimmt,

wobei die erste elektrische Zustandsgrösse (Q) in Abhängigkeit von der Temperatur (TAKTOR) des Aktors (1) eingestellt wird, um temperaturbedingte Schwankungen des Aktorhubs zu vermeiden.

während eine zweite elektrische Zustandsgrösse (U) des Aktors (1) gemessen und aus der ersten elektrischen Zustandsgrösse (Q) und der zweiten elektrischen Zustandsgrösse (U) eine Führungsgrösse (s) berechnet wird, die unabhängig von der Temperatur (TAKTOR) des Aktors (1) einem vorgegebenen Hub des Aktors (1) entspricht, wobei die erste elektrische Zustandsgrösse (Q) in Abhängigkeit von der Führungsgrösse (s) geregelt wird,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Führungsgröße (s) ausgehend von einer bekannten temperaturabhängigen Kennlinie für die erste elektrische Zustandsgröße (Q) und einer bekannten temperaturabhängigen Kennlinie für die zweite Zustandsgröße (U) berechnet wird, so dass sich sowohl die erste elektrische Zustandsgröße (Q) als auch die zweite elektrische Zustandsgröße (U) entsprechend den vorgegebenen Kennlinien verhalten.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

dass die erste elektrische Zustandsgrösse (Q) die elektrische Ladung des Aktors (1) ist und die Kennlinie für die erste elektrische Zustandsgröße (Q) durch die Gleichung QSOLL = Q0 + b·(T – T0) gegeben ist,

dass die zweite elektrische Zustandsgrösse (U) des Aktors (1) die elektrische Spannung des Aktors (1) ist und die Kennlinie für die zweite Zustandsgröße (U) durch die Gleichung USOLL = U0 + b·(T – T0) gegeben ist,

wobei die Führungsgröße (s) nach der folgenden Gleichung berechnet wird: s = QSOLLab·USOLL.
Aktorsteuerung, insbesondere zur Ansteuerung eines piezoelektrischen Aktors (1) einer Einspritzanlage für eine Brennkraftmaschine, mit

einer Treiberschaltung (2) zur Einstellung einer ersten elektrischen Zustandsgrösse (Q) des Aktors (1), wobei die erste elektrische Zustandsgrösse (Q) den Hub des Aktors (1) bestimmt,

einer Steuer- bzw. Regeleinheit zur Einstellung der ersten elektrischen Zustandsgrösse (Q) in Abhängigkeit von der Temperatur (TAKTOR) des Aktors (1).

wobei zur Messung einer zweiten elektrischen Zustandsgrösse (U) des Aktors (1) ein elektrisches Messgerät (3) vorgesehen ist, das ausgangsseitig mit einer Recheneinheit (11) verbunden ist, die aus der ersten elektrischen Zustandsgrösse (Q) und der zweiten elektrischen Zustandsgrösse (U) eine Führungsgrösse (s) für eine Regeleinheit (12) berechnet, wobei die Regeleinheit (12) die erste elektrische Zustandsgrösse (Q) in Abhängigkeit von der Führungsgrösse (s) regelt,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Recheneinheit die Führungsgröße (s) ausgehend von einer bekannten temperaturabhängigen Kennlinie für die erste elektrische Zustandsgröße (Q) und einer bekannten temperaturabhängigen Kennlinie für die zweite Zustandsgröße (U) berechnet, so dass sich sowohl die erste elektrische Zustandsgröße (Q) als auch die zweite elektrische Zustandsgröße (U) entsprechend den vorgegebenen Kennlinien verhalten.
Aktosteuerung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste elektrische Zustandsgrösse (Q) die elektrische Ladung des Aktors (1) ist und die Kennlinie für die erste elektrische Zustandsgröße (Q) durch die Gleichung QSOLL = Q0 + b·(T – T0) gegeben ist,

dass die zweite elektrische Zustandsgrösse (U) des Aktors (1) die elektrische Spannung des Aktors (1) ist und die Kennlinie für die zweite Zustandsgröße (U) durch die Gleichung USOLL = U0 + b·(T – T0) gegeben ist,

wobei die Führungsgröße (s) nach der folgenden Gleichung berechnet wird: s = QSOLLab·USOLL.






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