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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Betreiben eines Piezoaktuators.
Piezoaktuatoren finden immer vielfältigeren Einsatz. So werden
sie beispielsweise in Fluiddosiervorrichtungen eingesetzt, die beispielsweise
als Einspritzventile zum Zumessen von Kraftstoff für Brennkraftmaschinen
ausgebildet sein können.
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Immer
strengere gesetzliche Vorschriften bezüglich der zulässigen Schadstoff-Emissionen
von Brennkraftmaschinen, die in Kraftfahrzeugen angeordnet sind,
machen es erforderlich, diverse Maßnahmen vorzunehmen, durch
die die Schadstoff-Emissionen gesenkt werden. Ein Ansatzpunkt hierbei
ist die während
des Verbrennungsprozesses des Luft-/Kraftstoff-Gemisches erzeugten
Schadstoff-Emissionen zu senken. Insbesondere die Bildung von Ruß ist stark
abhängig
von der Aufbereitung des Luft-/Kraftstoff-Gemisches in dem jeweiligen
Zylinder der Brennkraftmaschine.
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Um
eine sehr gute Gemischaufbereitung zu erreichen, wird Kraftstoff
zunehmend unter sehr hohem Druck zugemessen. Im Falle von Dieselbrennkraftmaschinen
betragen die Kraftstoffdrücke
bis zu 2000 bar, im Falle von Benzin-Brennkraftmaschinen bis zu etwa 200
bar. Für
derartige Anwendungen setzen sich zunehmend Einspritzventile mit
einem Piezoaktuator als Stellantrieb durch. Piezoaktuatoren zeichnen
sich durch sehr kurze Ansprechzeiten aus. Derartige Einspritzventile
sind so gegebenenfalls geeignet, mehrfach innerhalb eines Arbeitszyklusses eines
Zylinders der Brennkraftmaschine Kraftstoff zuzumessen.
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Eine
besonders gute Gemischaufbereitung lässt sich erreichen, wenn vor
einer Haupteinspritzung eine oder mehrere Voreinspritzungen erfolgen, die
auch als Piloteinspritzung bezeichnet werden, wobei für die einzelne
Voreinspritzung gegebenen falls eine sehr geringe Kraftstoffmasse
zugemessen werden soll. Ein präzises
Ansteuern der Einspritzventile ist insbesondere für diese
Fälle sehr
wichtig.
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Aus
der
WO 03/091559 A1 sind
eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Ansteuerung des Piezo-Aktuators
eines Steuerventils einer Pumpe-Düse-Einheit für eine Brennkraftmaschine
bekannt. Dabei ist vorgesehen, dass Nichtlinearitäten und/oder Hystereseeigenschaften
zwischen Piezo-Energie und Piezo-Hub zumindest teilweise kompensiert
werden. Vorzugsweise werden darüber
hinaus auch weitere systematische Störgrößen wie beispielsweise die
Piezo-Temperatur oder das auf den Piezo-Aktuator wirkende Kraftkollektiv korrigiert
beziehungsweise kompensiert.
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In
der
DE 10 2004
030 249 A1 ist eine Piezoaktor-Ansteuerschaltung zur Aufladung und
Entladung eines Piezoaktors beschrieben. Diese Piezoaktor-Ansteuerschaltung
umfasst eine erste Stromeinstelleinrichtung zur Einstellung eines
Aufladungsstroms, der in einen Piezoaktor über einen den Kondensator über eine
Induktionsspule mit dem Piezoaktor verbindenden ersten Stromkreis
hineinfließt.
Es ist eine zweite Stromeinstelleinrichtung zur Einstellung eines
Entladungsstroms vorgesehen, der aus dem Piezoaktor über einen
die Induktionsspule mit dem Piezoaktor verbindenden zweiten Stromkreis herausfließt. Darüber hinaus
ist eine Leistungsmesseinrichtung zur Ermittlung der Ansteuerleistung
des Piezoaktors vorgesehen und eine Sollwerteinstelleinrichtung
zur Abgabe eines Sollwerts, der vorher als geeignete Sollleistung
zur Ansteuerung des Piezoaktors eingestellt wird. Eine Aufladungs-/Entladungs-Regeleinrichtung
zur Regelung der ersten Stromeinstelleinrichtung und der zweiten
Stromeinstelleinrichtung ist vorgesehen, so dass der jeweilige Messwert
der Ansteuerleistung des Piezoaktors zur Erzielung gleichförmiger Aufladungs-/
und Entladungsvorgänge
des Piezoaktors auf den Sollwert eingeregelt wird.
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Die
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Betreiben eines
Piezoaktuators zu schaffen, die einfach und zuverlässig ist.
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Die
Aufgabe wird gelöst
durch die Merkmale des unabhängigen
Patentanspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind
in den Unteransprüchen
gekennzeichnet.
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Die
Erfindung zeichnet sich aus durch eine Vorrichtung zum Betreiben
eines Piezoaktuators, die umfasst eine erste Energie-Steuereinheit
mit einer ersten Vorsteuereinheit, die ein erstes Übertragungsverhalten
hat und ausgebildet ist, eingangsseitig mit einem ersten Energie-Sollwert
beaufschlagt zu werden und ausgangsseitig ein erstes Vorsteuersignal auszugeben.
Die erste Energie-Steuereinheit umfasst ferner einen ersten Regler,
der ausgebildet ist abhängig
von dem ersten Energie-Sollwert und einem ersten Energie-Istwert
des Piezoaktuators ein erstes Reglersignal auszugeben. Die Energie-Steuereinheit ist
ferner ausgebildet, ein erstes Steuersignal zu erzeugen, das repräsentativ
ist für
einen ersten Stromschwellenwert eines Ladestroms für den Piezoaktuator.
Sie ist dazu ausgebildet, das erste Steuersignal abhängig von
dem ersten Vorsteuersignal und dem ersten Reglersignal zu erzeugen.
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Eine
zweite Energie-Steuereinheit ist vorgesehen mit einer zweiten Vorsteuereinheit,
die ein zweites Übertragungsverhalten
hat und die ausgebildet ist, eingangsseitig mit einem zweiten Energie-Sollwert
beaufschlagt zu werden und ausgangsseitig ein zweites Vorsteuersignal
auszugeben. Die zweite Energie-Steuereinheit hat ferner einen zweiten
Regler, der ausgebildet ist abhängig
von dem zweiten Energie-Sollwert und einem zweiten Energie-Istwert
des Piezoaktuators ein zweites Reglersignal auszugeben. Die zweite
Energie-Steuereinheit ist ferner ausgebildet, ein zweites Steuersignal
zu erzeugen, das repräsentativ
ist für
einen zweiten Stromschwellenwert eines Ladestroms für den Piezoaktuator.
Sie ist dazu ausgebildet, das zweite Steuersignal abhängig von
dem zweiten Vorsteuersignal und dem zweiten Reglersignal zu erzeugen.
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Eine
Endstufeneinheit ist ausgebildet, einen Ladestrom für den Piezoaktuator
einzustellen abhängig
von dem jeweiligen ihr vorgegebenen Steuersignal und zwar für eine jeweilige
ihr vorgegebene Zeitdauer.
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Eine
Ablaufsteuereinheit ist ausgebildet, den ersten und zweiten Energie-Sollwert
vorzugeben, die ersten und zweiten Energie-Istwerte zu ermitteln,
die ersten und zweiten Energie-Steuereinheiten zum Erzeugen der
ersten und zweiten Steuersignale zu aktivieren. Sie ist ferner dazu
ausgebildet, ein Lademuster bezüglich
der ersten bis zweiten Energie-Sollwerte vorzugeben, zu dem Einstellen
des ersten Energie-Sollwertes das erste Steuersignal und die erste Zeitdauer
der Endstufeneinheit vorzugeben, zu dem Einstellen des zweiten Energie-Sollwertes das zweite Steuersignal
und die zweite Zeitdauer der Endstufeneinheit vorzugeben und die
Endstufeneinheit zum Umsetzen des Lademusters zu beaufschlagen.
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Auf
diese Weise kann der erste Energie-Sollwert und unabhängig davon
der zweite Energie-Sollwert sehr präzise eingestellt werden und
somit zwei unterschiedliche Hübe
des Piezoaktuators präzise eingestellt
werden. Ferner kann so beispielsweise auch innerhalb lediglich eines
Arbeitsspiels in einen jeweiligen Brennraum eines Zylinders der
Brennkraftmaschine Fluid mit unterschiedlichen Hüben des Piezoaktuators und
somit einer Düsennadel
zugemessen werden.
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Durch
das Vorsehen der ersten und zweiten Energie-Steuereinheiten können die ersten und zweiten
Energie-Sollwerte
tatsächlich
sehr schnell aufeinander folgend eingestellt werden und darüber hinaus auch
durch das Vorsehen der ersten und zweiten Regler bei sich ändernden
Betriebsbedingungen sehr präzise
eingestellt werden.
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Die
Vorrichtung ermöglicht
es so, auch bei einem direkt auf ein Stellglied, wie beispielsweise
die Düsennadel,
einwirkenden Piezoaktuator zwei unterschiedliche Hübe des Stellgliedes
einfach und präzise
einzustellen.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausgestaltung ist der erste und/oder zweite Regler
als Proportional-Integral-Regler ausgebildet. Auf diese Weise können die
in der Praxis auftretenden Ungenauigkeiten in der jeweiligen Vorsteuereinheit
besonders präzise
kompensiert werden.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Vorrichtung mindestens
eine Zeitsteuereinheit mit einem Zeit-Regler, der ausgebildet ist, abhängig von
einem dritten Energie-Sollwert und einem dritten Energie-Istwert
des Piezoaktuators ein Zeit-Reglersignal auszugeben. Die Zeitsteuereinheit
ist ferner ausgebildet, eine angepasste dritte Zeitdauer abhängig von
einer vorgegebenen dritten Zeitdauer und dem Zeit-Reglersignal zu ermitteln. Die
Ablaufsteuereinheit ist in diesem Zusammenhang ausgebildet, das
Lademuster bezüglich
der ersten bis dritten Energie-Sollwerte vorzugeben und zu dem Einstellen
des dritten Energie-Sollwertes das zweite Steuersignal und die angepasste
dritte Zeitdauer der Endstufeneinheit vorzugeben. Auf diese Weise
kann besonders einfach der dritte Energie-Sollwert sehr präzise tatsächlich eingestellt
werden, ohne dass eine weitere Energie-Steuereinheit notwendig ist
und insbesondere die Endstufeneinheit einen weiteren physikalischen
Eingang zum Vorgeben eines weiteren Steuersignals benötigt.
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Durch
das Vorsehen des Zeit-Reglers können
so spezifische dem dritten Energie-Sollwert allein zuzuordnende
Einflussgrößen kompensiert
werden und somit mindestens drei verschiedene Energie-Sollwerte
sehr präzise
eingestellt werden.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der Zeit-Regler als Proportional-Integral-Regler
ausgebildet. Auf diese Weise können
die in der Praxis auftretenden Ungenauigkeiten in der jeweiligen
Vorsteuereinheit im Hinblick auf den dritten Energie-Sollwert besonders
präzise
kompensiert werden.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Vorrichtung mindestens
eine weitere Zeitsteuereinheit mit einem weiteren Zeit-Regler, der
ausgebildet ist abhängig
von einem vierten Energie-Sollwert und einem vierten Energie-Istwert des Piezoaktuators
ein weiteres Zeit-Reglersignal auszugeben. Die weitere Zeitsteuereinheit ist
ferner ausgebildet, eine angepasste vierte Zeitdauer abhängig von
einer vorgegebenen vierten Zeitdauer und dem weiteren Zeit-Reglersignal zu ermitteln.
Die Ablaufsteuereinheit ist in diesem Zusammenhang ausgebildet,
das Lademuster bezüglich
der ersten bis vierten Energie-Sollwerte vorzugeben und zu dem Einstellen
des vierten Energie-Sollwertes das erste Steuersignal und die angepasste
vierte Zeitdauer der Endstufeneinheit vorzugeben.
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Auf
diese Weise kann korrespondierend zu dem präzisen Einstellen des mindestens
dritten Energie-Sollwertes auch mindestens ein vierter Energie-Sollwert
präzise
und einfach eingestellt werden. Somit lässt sich eine Vielzahl an unterschiedlichen Längungen
des Piezoaktuators und zu diesem korrespondierende Hübe der dem
Piezoaktuator vorteilhaft zugeordneten Stellgliedern einstellen.
Der Hardwareaufwand in der Endstufeneinheit kann aber dennoch begrenzt
sein und zwar insbesondere im Hinblick auf die zum Einstellen des
Stromschwellenwertes des Ladestroms für den Piezoaktuator notwendigen
Komponenten und ferner ist auch ein zeitlich sehr gering beabstandetes
Beaufschlagen des Piezoaktuators mit einer Vielzahl an Energie-Sollwerten einfach
möglich.
Somit kann der Piezoaktuator bei Vorhandensein mehrerer Zeitsteuereinheiten
oder mehrerer weiterer Zeitsteuereinheiten dann auch mit einem Lademuster
beaufschlagt werden, das mehr als vier Energie-Sollwerte umfassen
kann.
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Auch
in dem Zusammenhang mit dem Vorsehen der weiteren Zeitsteuereinheit
ist es korrespondierend vorteilhaft, wenn der weitere Zeit-Regler
als Proportional-Integral-Regler ausgebildet ist.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es
zeigen:
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1 eine
Fluiddosiervorrichtung mit einem Piezoaktuator und
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2 eine
Vorrichtung zum Betreiben eines Piezoaktuators.
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Elemente
gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen
Bezugszeichen gekennzeichnet.
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Eine
Fluiddosiervorrichtung (1) umfasst ein Gehäuse 1,
in das eine Fluidzuführung 2 eingebracht
ist. Bei dem bestimmungsgemäßen Betrieb der
Fluiddosiervorrichtung ist diese mit einer Fluidversorgungseinrichtung,
die insbesondere das Fluid unter sehr hohem Druck zuführt, hydraulisch
gekoppelt. Die Fluiddosiervorrichtung kann beispielsweise als Einspritzventil
zum Zumessen von Kraftstoff bei einer Brennkraftmaschine ausgebildet
sein.
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Die
Fluiddosiervorrichtung umfasst ferner einen Ventilkörper 4,
dem ein Hülsenkörper 6 zugeordnet
ist. Eine Ventilkörperausnehmung 8 ist
vorgesehen, in die eine Düsennadel 10 eingebracht
ist. Eine Rückstellfeder 12 ist
vorgesehen, die so angeordnet ist, dass sie die Düsennadel 10 ohne
das Einwirken sonstiger Kräfte
in einen Sitz 18 einer Düse 16 drückt und
somit die Düsennadel
derart mit Kraft beaufschlagt, dass sie in ihrer Schließposition
ist. In ihrer Schließposition
unterbindet die Düsennadel
ein Zumessen von Fluid durch die Düse 16. Außerhalb
ihrer Schließposition
gibt sie die Düse 16 frei
und ermöglicht
so ein Zumessen von Fluid durch die Düse 16. Die Düsennadel 10 bildet
ein Stellglied, das einem Piezoaktuator PAKT1 zugeordnet ist. Der
Piezoaktuator PAKT1 umfasst einen Stapel an Piezoelementen. Der
Piezoaktuator PAKT1 ist elektrisch koppelbar mit einer Leistungsendstufeneinheit 26 (siehe 2).
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Der
Piezoaktuator PAKT1 übt
abhängig
von der ihm zugeführten
elektrischen Energie eine unterschiedliche Kraft auf die Düsennadel 10 aus
und bestimmt so maßgeblich
deren Position.
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Die
Leistungsendstufeneinheit 26 ist ausgebildet zum Beaufschlagen
des Piezoaktuators PAKT1 mit einem Ladestrom zum Zuführen oder
zum Entnehmen von elektrischer Energie. Die Leistungsendstufeneinheit 26 kann
auch mehreren und somit weiteren Piezoaktuatoren zugeordnet sein,
die beispielsweise unterschiedlichen Zylindern der Brennkraftmaschine
zugeordnet sind. Die Auswahl des jeweils zu ladenden oder entladenden
Piezoaktuators erfolgt bevorzugt über Auswahlschaltelemente Tsel1.
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Ein
Spannungsverstärker 22,
der auch als DC/DC-Wandler bezeichnet werden kann, ist mit einem
Bordnetz elektrisch gekoppelt, das ausgebildet ist zum Versorgen
des Spannungsverstärkers 22 mit einer
vorgegebenen Spannung und das so eine Spannungsquelle bildet. Das
Bordnetz umfasst beispielsweise eine Fahrzeugbatterie.
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Der
Spannungsverstärker 22 ist
elektrisch mit der Leistungsendstufe 26 gekoppelt. Bevorzugt ist
ein Kondensator 24 zwischengeschaltet und zwar derart,
dass in dem Kondensator 24 elektrische Energie bei einem
Entladevorgang des jeweiligen Piezoaktuators PAKT1 zwischengespeichert
werden kann und für
zukünftige
Ladevorgänge
eingesetzt werden kann. Die Leistungsendstufe 26 umfasst
insbesondere eine Induktivität,
die bei der Kopplung mit dem jeweiligen Piezoaktuator PAKT1 einen Schwingkreis bildet
und andererseits auch eingangsseitig über den Kondensator 24 einen
speisenden Schwingkreis bildet.
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Die
Leistungsendstufe 26 umfasst Schaltungsmittel, mittels
derer ein Ladestrom für
den jeweiligen Piezoaktuator PAKT1 auf einen der Leistungsendstufe 26 vorgegebenen
Stromschwellenwert begrenzt wird. Dazu kann der Ladestrom, während eines
Lade- oder Entladevorgangs somit betragsmäßig beispielsweise im Sinne
einer Zweipunktregelung eingestellt werden und so nach erstmaligem
Erreichen des Stromschwellenwertes innerhalb eines vorgegebenen
Hysteresebereichs eingestellt werden, bis der Ladevorgang oder Entladevorgang wieder
abgeschlossen werden soll. In diesem Zusammenhang kann beispielsweise
in der Leistungsendstufe ein Zeitglied vorgegeben sein, mittels
dessen nach Ablauf der Zeitdauer, die der Leistungsendstufe 26 eingangsseitig
vorgegeben ist, der Ladestrom wieder auf einen Nullwert zurückgeführt wird.
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Ferner
ist ein Ladungssensor 25 vorgesehen, der einen Ladungs-Istwert
Q_AV einer während eines
Ladevorgangs dem jeweiligen Piezoaktuator PAKT1 zugeführten elektrischen
Ladung erfasst. Zu diesem Zweck ist der Ladungssensor 25 vorzugsweise
als Stromsensor mit einem Hardwareintegrator ausgebildet.
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Ferner
ist ein Spannungssensor 27 vorgesehen, der eine an dem
jeweiligen Piezoaktuator PAKT1 anliegende Spannung und zwar insbesondere
zum Abschluss des jeweiligen Ladevorgangs erfasst und somit einen
Spannungs-Istwert U_AV erfasst.
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Eine
Ablaufsteuereinheit 28 ist vorgesehen, die ausgebildet
ist Energie-Sollwerte vorzugeben. Dies kann beispielsweise darin
bestehen, dass die Energie-Sollwerte ihr von einer weiteren Einheit ebenso
vorgegeben werden. Die Energie-Sollwerte werden abhängig von
Betriebsgrößen und
zwar beispielsweise bei dem Einsatz in einer Brennkraftmaschine
abhängig
von Betriebsgrößen ermittelt
und zwar im Sinne eines jeweiligen Hubs des Piezoaktuators und eines
damit korrelierenden Hubs des jeweiligen Stellglieds, insbesondere
der Düsennadel 10.
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Verschiedene
Einflussgrößen, also
insbesondere Betriebsgrößen, wie
insbesondere beispielsweise die Temperatur, beeinflussen das Längungsverhalten
des jeweiligen Piezoaktuators PAKT1 und führen zu jeweils veränderten
Energie-Sollwerten, um beispielsweise einen identischen Hub des
jeweiligen Stellgliedes zu gewährleisten. Somit
weisen die jeweiligen Energie-Sollwerte zumindest teilweise zueinander
eine voneinander abhängige
Veränderung
auf. Den jeweiligen Energie-Sollwerten sind jeweilige Zeitdauern
zugeordnet, die insbesondere fest vorgegeben sein können oder auch
anpassbar sein können.
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Betriebsgrößen umfassen
neben Messgrößen, die
mittels Sensoren erfasst werden, auch von diesen abgeleitete Größen.
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Die
Ablaufsteuereinheit 28 stellt so die jeweiligen Energie-Sollwerte ausgangsseitig
zur Verfügung
und stellt beispielsweise erste bis vierte Energie-Sollwerte E_SP1–E_SP4 zur
Verfügung.
Darüber hinaus
ist die Ablaufsteuereinheit 28 eingangsseitig mit den jeweiligen
Ladungs-Istwerten Q_AV und den jeweiligen Spannungs-Istwerten U_AV
beaufschlagt, die von dem Ladungssensor 25 beziehungsweise dem
Spannungssensor 27 erfasst werden. Die Ablaufsteuereinheit 28 ist
dazu ausgebildet, eine jeweilige elektrische Energie mittels des
jeweiligen Ladungs-Istwertes Q_AV und des jeweiligen Spannungs-Istwertes
U_AV in Abhängigkeit
von der in der 2 angegebenen Formel zu ermitteln.
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Somit
ist die Ablaufsteuereinheit 28 dazu ausgebildet, beispielsweise
erste bis vierte Energie-Istwerte E_AV1–E_AV4 zu ermitteln. So werden der
Ablaufsteuereinheit bevorzugt innerhalb eines vorgebbaren Berechnungsrasters,
das beispielsweise ein Arbeitsspiel in der Brennkraftmaschine sein kann,
alle Energie-Sollwerte, also beispielsweise die ersten bis vierten
Energie-Sollwerte E_SP vorgegeben oder durch sie vorgegeben und
bezüglich
aller während
dieses jeweiligen Berechnungszyklusses abhängig von einem vorgegebenen
Lademuster tatsächlich
eingestellten Energie-Sollwerte die korrespondierenden Energie-Istwerte
E_AV1–E_AV4
ermittelt.
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Das
Lademuster kann beispielsweise durch die Ablaufsteuereinheit 28 ermittelt
werden, es kann jedoch auch beispielsweise durch eine weitere Einheit
der Ablaufsteuereinheit 28 vorgegeben werden. Es kann beispielsweise
ein vorgegebenes Einspritzmuster zum Umsetzen mehrerer separater
Fluidzumessungen während
eines jeweiligen Berechnungszyklusses mit gegebenenfalls unterschiedlichen
Energie-Sollwerten und diesen zugeordneten unterschiedlichen Hüben, insbesondere
der Düsennadel 10,
realisieren.
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Die
Ablaufsteuereinheit 28 ist ferner dazu ausgebildet, eingangsseitig
mit einem ersten und zweiten Steuersignal CTRL1, CTRL2 beaufschlagt zu
werden und diese an die Endstufeneinheit weiterzuleiten. Das erste
Steuersignal ist repräsentativ
für einen
ersten Stromschwellenwert des Ladestroms für den Piezoaktuator PAKT1.
Das zweite Steuersignal CTRL2 ist repräsentativ für einen zweiten Stromschwellenwert
des Ladestroms für
den Piezoaktuator PAKT1. Der erste Stromschwellenwert und der zweite
Stromschwellenwert sind jeweils nur für die Leistungsendstufeneinheit 26 innerhalb
eines jeweiligen Berechnungszyklusses, also beispielsweise eines Arbeitsspiels
oder auch nur eines jeweiligen Zylindersegments fest vorgegeben,
können
jedoch durch entsprechend andere Werte des jeweiligen ersten beziehungsweise
zweiten Steuersignals CTRL1, CTRL2 nachfolgend verändert sein.
Besonders bevorzugt unterscheiden sich grundsätzlich die ersten und zweiten
Stromschwellenwerte hinsichtlich ihres Betrages und zwar insbesondere
signifikant.
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Die
Ablaufsteuerung 28 ist ferner über einen Aktivierungseingang
mit der Leistungsendstufeneinheit 26 gekoppelt, über den
sie einfach entweder den ersten Stromschwellenwert oder den zweiten
Stromschwellenwert aktivieren kann und zwar zum Durchführen eines
jeweiligen Ladevorgangs, ohne dass es sich hierzu notwendig ist,
das erste oder zweite Steuersignal CTRL1, CTRL2 erneut zu erzeugen.
Darüber
hinaus ist die Ablaufsteuereinheit 28 mit der Leistungsendstufeneinheit 26 auch
noch zum Übertragen der
jeweiligen Zeitdauer für
das Zeitglied der Leistungsendstufeneinheit 26 gekoppelt.
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Eine
erste Energie-Steuereinheit 30 umfasst eine erste Vorsteuereinheit
PC1, die ein erstes Übertragungsverhalten
hat. Die erste Vorsteuereinheit PC1 ist ausgebildet, eingangsseitig
mit dem ersten Energie-Sollwert E_SP1 beaufschlagt zu werden und ausgangsseitig
ein erstes Vorsteuersignal PC1_S auszugeben. Die erste Vorsteuerung
PC1 kann zu diesem Zweck beispielsweise ein Kennfeld und/oder eine
Kennlinie umfassen.
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Die
erste Energie-Steuereinheit 30 umfasst ferner einen ersten
Regler R1, der ausgebildet ist, abhängig von dem ersten Energie-Sollwert
E_SP1 und dem ersten Energie-Istwert E_AV1 des Piezoaktuators PAKT1
ein erstes Reglersignal R1_S abzugeben. Dazu wird bevorzugt in einer
Summierstelle S1 eine Differenz des ersten Energie-Sollwertes E_SP1 und
des ersten Energie-Istwertes E_AV1 gebildet und dem ersten Regler
R1 dann zugeführt.
Der erste Regler R1 ist bevorzugt als Proportional-Integral-Regler
ausgebildet. Der erste Regler kann jedoch grundsätzlich auch ein anderes Regelverhalten aufweisen.
Darüber
hinaus kann auch eine Adaption der ersten Vorsteuereinheit PC1 abhängig von
dem ersten Reglersignal R1_S erfolgen. Das erste Steuersignal CTRL1
wird abhängig
von dem ersten Vorsteuersignal PC1_S und dem ersten Reglersignal R1_S
und zwar bevorzugt durch Summation der beiden erzeugt. Ferner ist
zum tatsächlichen
Einstellen des ersten Energie-Sollwertes
E_SP1 eine erste Zeitdauer T1 zugeordnet.
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Eine
zweite Energie-Steuereinheit 32 ist vorgesehen, die grundsätzlich eine
korrespondierende Struktur zu der ersten Energie-Steuereinheit 30 aufweist.
Sie umfasst eine zweite Vorsteuereinheit PC2, die mit dem zweiten
Energie-Sollwert E_SP2 beaufschlagt wird und die ausgangsseitig
ein zweites Vorsteuersignal PC2_S ausgibt. Die zweite Vorsteuereinheit
PC2 hat ein zweites Übertragungsverhalten, das
sich von dem ersten Übertragungsverhalten
unterscheidet. Darüber
hinaus hat die zweite Energie-Steuereinheit 32 einen zweiten
Regler R2, der ausgebildet ist abhängig von dem zweiten Energie-Sollwert E_SP2 und
dem zweiten Energie-Istwert E_AV2 ein zweites Reglersignal R2_S
auszugeben. Die zweite Energie-Steuereinheit
umfasst Summierstellen S4 und S6. Das zweite Steuersignal CTRL2 wird
erzeugt abhängig
von dem zweiten Vorsteuersignal PC2_S und dem zweiten Reglersignal
R2_S. Zum Einstellen des zweiten Energie-Sollwertes E_SP2 ist eine
zweite Zeitdauer T2 zugeordnet.
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Eine
Zeitsteuereinheit 34 umfasst einen Zeitregler T_R1, der
beispielsweise proportionales, proportional-integrales oder integrales
Verhalten aufweisen kann und der dazu ausgebildet ist, ein Zeit-Reglersignal
T_R1_S abhängig
von dem dritten Energie-Sollwert E_SP3 und dem dritten Energie-Istwert E_AV3
ausgangsseitig auszugeben. Durch Summation einer vorgegebenen dritten
Zeitdauer T3 und des Zeitreglersignals T_R1_S wird eine angepasste
dritte Zeitdauer T3A ermittelt, die dann eingesetzt wird zum tatsächlichen
Einstellen des dritten Energie-Sollwertes E_SP3.
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Eine
weitere Zeitsteuereinheit 36 korrespondiert strukturell
zu der Zeitsteuereinheit 34. Sie hat einen weiteren Zeitregler
T_R2, der abhängig
von dem vierten Energie-Sollwert E_SP4 und dem vierten Energie-Istwert
E_AV4 ein weiteres Zeitreglersignal T_R2_S ermittelt. Die weitere
Zeitsteuereinheit 34 umfasst Summierstellen S12 und S14
und ist ausgebildet, eine vierte angepasste Zeitdauer T4A abhängig von
einer vierten Zeitdauer T4, die vorgegeben ist, und dem weiteren
Zeitreglersignal T_R2_S zu ermitteln.
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Zum
Einstellen des ersten Energie-Sollwertes E_SP1 aktiviert die Ablaufsteuereinheit 28 die Leistungsendstufeneinheit 26 bezüglich des
ersten Stromschwellenwertes und zwar für die Zeitdauer T1. Zum Einstellen
des zweiten Energie-Sollwertes E_SP2, also zum Zuführen oder
auch Entnehmen der entsprechenden elektrischen Energie von dem Piezoaktuator
PAKT1 aktiviert die Ablaufsteuereinheit 28 die Leistungsendstufe 26 bezüglich des
zweiten Stromschwellenwertes für
die Zeitdauer T2. Zum Einstellen des dritten Energie-Sollwertes
E_SP3 aktiviert die Ablaufsteuereinheit 28 die Leistungsendstufeneinheit 26 bezüglich des
zweiten Steuersignals CTRL2 und zwar für die angepasste dritte Zeitdauer T3A.
Zu dem Einstellen des vierten Energie-Sollwertes E_SP4 aktiviert
die Ablaufsteuereinheit 28 die Leistungsendstufeneinheit 26 bezüglich des
ersten Stromschwellenwertes für
die angepasste vierte Zeitdauer T4A.
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Neben
der Zeitsteuereinheit 34 und auch der weiteren Zeitsteuereinheit 36 können dann
auch noch entsprechende weitere Zeitsteuereinheiten vorgesehen sein.
Dies ermöglicht
eine Vielzahl unterschiedlicher Energie-Sollwerte innerhalb eines
Berechnungszyklusses unter Nutzung von den lediglich den zwei verschiedenen
Stromschwellenwerten einzustellen.
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Einflüsse im Hinblick
auf beispielsweise den zweiten und dritten Energie-Sollwert E_SP2,
E_SP3, die zu deren Veränderung
beitragen, können
durch geeignete Paarung der jeweiligen Energie-Sollwerte im Wesentlichen
die gleiche Abhängigkeiten
aufweisen, so dass voneinander unabhängige Abhängigkeiten, die unberücksichtigt
sind bei der jeweiligen Vorsteuerung, also hier insbesondere der
zweiten Vorsteuerung durch das erste Zeitreglersignal T_R1_S berücksichtigt
werden können.