DE102010000872A1 - Method and control device for operating an electromagnetic actuator - Google Patents

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Jens Neuberg
Helerson Kemmer
Holger Rapp
Haris Hamedovic
Joerg Koenig
Anh-Tuan El Paso Hoang
Bernd Wichert
Wolfgang Fischer
Silke Seuling
Achim Hirchenhein
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines elektromagnetischen Aktors (10), insbesondere eines Kraftstoffeinspritzventils einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, bei dem der elektromagnetische Aktor (10) während eines Ansteuervorgangs angesteuert wird, um einen Betriebszustand des Aktors (10) zu beeinflussen.
Erfindungsgemäß wird ein, insbesondere zu Beginn des Ansteuervorgangs vorliegender, Zustand eines magnetischen Kreises (11) des elektromagnetischen Aktors (10) bei der Ansteuerung des elektromagnetischen Aktors (10) berücksichtigt.The invention relates to a method for operating an electromagnetic actuator (10), in particular a fuel injection valve of an internal combustion engine of a motor vehicle, in which the electromagnetic actuator (10) is actuated during a drive process in order to influence an operating state of the actuator (10).
According to the invention, a state of a magnetic circuit (11) of the electromagnetic actuator (10), in particular at the beginning of the driving process, is taken into account in the control of the electromagnetic actuator (10).

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Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines elektromagnetischen Aktors, insbesondere eines Kraftstoffeinspritzventils einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, bei dem der elektromagnetische Aktor während eines Ansteuervorgangs angesteuert wird, um einen Betriebszustand des Aktors zu beeinflussen.The invention relates to a method for operating an electromagnetic actuator, in particular a fuel injection valve of an internal combustion engine of a motor vehicle, in which the electromagnetic actuator is driven during a drive operation in order to influence an operating state of the actuator.

Die Erfindung betrifft ferner ein Steuergerät zur Durchführung eines derartigen Betriebsverfahrens.The invention further relates to a control device for carrying out such an operating method.

Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist bereits aus der DE 101 38 483 A1 bekannt. Zur Steigerung der Präzision bei der Ansteuerung des elektromagnetischen Aktors sieht das bekannte Verfahren vor, den elektromagnetischen Aktor vor einer Ansteuerung mit einem Stromimpuls zu beaufschlagen, und ausgehend von einer Größe, die die Dauer des Stromimpulses charakterisiert, die Ansteuerung zu korrigieren. Dadurch wird erreicht, dass eine Ansteuerdauer für mehrere Ansteuervorgänge mit unterschiedlichen Versorgungsspannungen konstant ist.A method of the type mentioned is already from the DE 101 38 483 A1 known. To increase the precision in the control of the electromagnetic actuator, the known method provides to act on the electromagnetic actuator before driving with a current pulse, and starting from a size that characterizes the duration of the current pulse to correct the control. It is thereby achieved that a drive duration for a plurality of drive operations with different supply voltages is constant.

Nachteilig an dem bekannten Verfahren ist das Erfordernis, vor der eigentlichen Ansteuerung des elektromagnetischen Aktors einen gesonderten Stromimpuls vorsehen zu müssen. Dadurch ergeben sich insbesondere Restriktionen hinsichtlich der minimalen zeitlichen Abstände aufeinanderfolgender Ansteuervorgänge. Darüberhinaus erhöhen die selbst nicht zu der Ansteuerung gehörigen Stromimpulse den elektrischen Energiebedarf einer entsprechenden Schaltung.A disadvantage of the known method is the need to provide a separate current pulse before the actual activation of the electromagnetic actuator. This results in particular restrictions on the minimum time intervals of successive Ansteuervorgänge. Moreover, the current pulses not belonging to the drive increase the electrical energy requirement of a corresponding circuit.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Demgemäß ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und ein Steuergerät der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass eine gesteigerte Präzision bei der Ansteuerung des elektromagnetischen Aktors gegeben ist, ohne zusätzliche Stromimpulse zu erfordern, die nicht Bestandteil der Ansteuervorgänge sind.Accordingly, it is an object of the present invention to improve a method and a control device of the type mentioned in that increased precision in the control of the electromagnetic actuator is given without requiring additional current pulses that are not part of the Ansteuervorgänge.

Diese Aufgabe wird bei dem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein, insbesondere zu Beginn des Ansteuervorgangs vorliegender, Zustand eines magnetischen Kreises des elektromagnetischen Aktors bei der Ansteuerung des elektromagnetischen Aktors berücksichtigt wird.This object is achieved in the method of the aforementioned type according to the invention that a, in particular present at the beginning of the Ansteuervorgangs present state of a magnetic circuit of the electromagnetic actuator is taken into account in the control of the electromagnetic actuator.

Dadurch ist erfindungsgemäß vorteilhaft eine besonders präzise Ansteuerung des elektromagnetischen Aktors möglich, weil ein das Betriebsverhalten des elektromagnetischen Aktors beeinflussendes Restmagnetfeld, das beispielsweise aus vorherigen Ansteuervorgängen resultiert, berücksichtigt und insbesondere seine Auswirkungen auf eine zukünftige Ansteuerung kompensiert werden können.As a result, according to the invention, a particularly precise control of the electromagnetic actuator is advantageously possible because a residual magnetic field influencing the operating behavior of the electromagnetic actuator, which results, for example, from previous drive processes, can be compensated for and, in particular, its effects on future activation can be compensated.

Erfindungsgemäß ist erkannt worden, dass insbesondere ein Magnetisierungsstrom, der zu Beginn des Ansteuervorgangs durch eine Primärinduktivität des magnetischen Kreises des elektromagnetischen Aktors fließt, das Betriebsverhalten des elektromagnetischen Aktors wesentlich beeinflusst. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens ist daher vorgeschlagen, dass die Ansteuerung des elektromagnetischen Aktors in Abhängigkeit einer Magnetisierungskenngröße erfolgt, die den Magnetisierungsstrom charakterisiert.According to the invention, it has been recognized that, in particular, a magnetizing current which flows at the beginning of the driving process through a primary inductance of the magnetic circuit of the electromagnetic actuator substantially influences the operating behavior of the electromagnetic actuator. In a particularly preferred embodiment of the operating method according to the invention, it is therefore proposed that the actuation of the electromagnetic actuator takes place as a function of a magnetization characteristic which characterizes the magnetizing current.

Die Magnetisierungskenngröße kann erfindungsgemäß beispielsweise in Abhängigkeit eines zeitlichen Verlaufs eines durch eine Magnetspule des elektromagnetischen Aktors fließenden Spulenstroms ermittelt werden. insbesondere ist es vorteilhaft möglich, ein Zeitintervall zwischen dem Beginn des Ansteuervorgangs und dem Zeitpunkt zu ermitteln, zu dem der Spulenstrom einen vorgebbaren Sollwert erreicht, und die Magnetisierungskenngröße in Abhängigkeit des ermittelten Zeitintervalls zu bilden. Diese Erfindungsvariante zeichnet sich durch ihre geringe Komplexität aus und erlaubt die Ermittlung der erfindungsgemäß betrachteten Magnetisierungskenngröße durch eine einfache Zeitmessung.The magnetization characteristic can be inventively determined, for example, as a function of a time course of a current flowing through a magnetic coil of the electromagnetic actuator coil current. In particular, it is advantageously possible to determine a time interval between the beginning of the drive process and the time at which the coil current reaches a predefinable desired value, and to form the magnetization characteristic as a function of the determined time interval. This variant of the invention is characterized by its low complexity and allows the determination of the inventively considered magnetization characteristic by a simple time measurement.

Erfindungsgemäß kann sowohl die Ansteuerdauer für den aktuellen Ansteuervorgang und/oder ein Ansteuerbeginn in Abhängigkeit des Zustands des magnetischen Kreises und/oder der Magnetisierungskenngröße vorgegeben werden.According to the invention, both the drive duration for the current drive process and / or a drive start depending on the state of the magnetic circuit and / or the magnetization characteristic can be specified.

Bei einer weiteren sehr vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass eine an der Magnetspule anliegende Spulenspannung zu einem definierten Zeitpunkt vor Beginn des Ansteuervorgangs ermittelt wird, und dass die Magnetisierungskenngröße in Abhängigkeit dieses ermittelten Spannungswerts gebildet wird. Eine Bildung der Magnetisierungskenngröße in Abhängigkeit mehrerer der vorstehend genannten Größen (Spulenstrom, Zeitintervall, Spulenspannung) ist ebenfalls denkbar. In a further very advantageous embodiment of the method according to the invention, it is provided that a coil voltage applied to the magnetic coil is determined at a defined time prior to the start of the drive process, and that the magnetization characteristic is formed as a function of this determined voltage value. A formation of the magnetization characteristic as a function of a plurality of the aforementioned variables (coil current, time interval, coil voltage) is likewise conceivable.

Bei einer weiteren sehr vorteilhaften Variante des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens ist vorgesehen, dass der Zustand des magnetischen Kreises modellbasiert in Abhängigkeit mindestens einer Ansteuergröße für den elektromagnetischen Aktor ermittelt wird.In a further very advantageous variant of the operating method according to the invention, it is provided that the state of the magnetic circuit is determined model-based as a function of at least one control variable for the electromagnetic actuator.

Durch die Verwendung eines den elektromagnetischen Aktor repräsentierenden Modells kann in Abhängigkeit mindestens einer Ansteuergröße für den elektromagnetischen Aktor besonders präzise ein Zustand des magnetischen Kreises des elektromagnetischen Aktors ermittelt werden. Insbesondere kann unter Verwendung des erfindungsgemäßen Modells der Zustand des magnetischen Kreises des elektromagnetischen Aktors nicht nur zu Beginn eines jeweiligen Ansteuervorgangs, sondern auch zu weiteren Betriebszeiten des elektromagnetischen Aktors ermittelt werden.By using a model representing the electromagnetic actuator, a state of the magnetic circuit of the electromagnetic actuator can be determined in a particularly precise manner as a function of at least one drive variable for the electromagnetic actuator. In particular, using the model according to the invention, the state of the magnetic circuit of the electromagnetic actuator can be determined not only at the beginning of a respective activation process, but also during further operating times of the electromagnetic actuator.

Unter Verwendung des erfindungsgemäßen Modells kann der Zustand des magnetischen Kreises besonders vorteilhaft in Abhängigkeit von einem oder mehreren vorangehenden Ansteuervorgängen ermittelt werden, wodurch sich eine gesteigerte Präzision hinsichtlich der den Zustand des magnetischen Kreises charakterisierenden Informationen ergibt.Using the model according to the invention, the state of the magnetic circuit can be determined particularly advantageously as a function of one or more preceding drive operations, which results in increased precision with regard to the information characterizing the state of the magnetic circuit.

Als eine weitere Lösung der Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein Steuergerät gemäß Patentanspruch 8 angegeben.As a further solution of the object of the present invention, a control device according to claim 8 is given.

Von besonderer Bedeutung ist die Realisierung des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens in Form eines Computerprogramms, das auf einem elektronischen oder optischen Speichermedium abgespeichert sein kann, und das von einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung z. B. für eine Brennkraftmaschine ausführbar ist.Of particular importance is the realization of the operating method according to the invention in the form of a computer program that can be stored on an electronic or optical storage medium, and by a control and / or regulating device z. B. is executable for an internal combustion engine.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.Further advantages, features and details will become apparent from the following description in which, with reference to the drawings, various embodiments of the invention are shown. The features mentioned in the claims and in the description may each be essential to the invention individually or in any desired combination.

In der Zeichnung zeigt:In the drawing shows:

1 Schematisch ein Kraftstoffeinspritzventil einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs mit einem erfindungsgemäß betriebenen elektromagnetischen Aktor, 1 Schematically a fuel injection valve of an internal combustion engine of a motor vehicle with an electromagnetic actuator operated according to the invention,

2 ein vereinfachtes Ersatzschaltbild eines magnetischen Kreises des elektromagnetischen Aktors aus 1, 2 a simplified equivalent circuit diagram of a magnetic circuit of the electromagnetic actuator 1 .

3 und 4 jeweils einen zeitlichen Verlauf verschiedener Betriebsgrößen des elektromagnetischen Aktors, und 3 and 4 each a temporal course of different operating variables of the electromagnetic actuator, and

5 ein Funktionsdiagramm einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens. 5 a functional diagram of another embodiment of the operating method according to the invention.

1 zeigt schematisch ein Kraftstoffeinspritzventil 100 einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs. Das Kraftstoffeinspritzventil 100 verfügt über einen elektromagnetischen Aktor 10, der mindestens eine vorliegend nicht abgebildete Komponente des Kraftstoffeinspritzventils 100, beispielsweise eine Ventilnadel, antreibt, um Kraftstoffeinspritzungen zu bewirken. Der elektromagnetische Aktor 10 wird durch ein ihm zugeordnetes Steuergerät 20 angesteuert. Das Steuergerät 20 verfügt in an sich bekannter Weise über eine Recheneinheit wie beispielsweise einen Mikrocontroller oder einen digitalen Signalprozessor (DSP), die dazu geeignet sind, ein das erfindungsgemäße Verfahren repräsentierendes Computerprogramm auszuführen. 1 schematically shows a fuel injection valve 100 an internal combustion engine of a motor vehicle. The fuel injector 100 has an electromagnetic actuator 10 , the at least one presently not shown component of the fuel injection valve 100 , such as a valve needle, drives to effect fuel injections. The electromagnetic actuator 10 is controlled by a control unit assigned to it 20 driven. The control unit 20 has in a conventional manner via a computing unit such as a microcontroller or a digital signal processor (DSP), which are adapted to execute a computer program representing the inventive method.

2 zeigt ein vereinfachtes Ersatzschaltbild eines magnetischen Kreises 11 eines typischen elektromagnetischen Aktors 10 (1). 2 shows a simplified equivalent circuit diagram of a magnetic circuit 11 a typical electromagnetic actuator 10 ( 1 ).

Das Ersatzschaltbild weist einen Widerstand R_c auf, der den Ohmwiderstand einer Primärspule des elektromagnetischen Aktors 10 repräsentiert. In Serie zu dem Ohmwiderstand R_c ist eine Hauptinduktivität L_h geschaltet, die eine Induktivität der Magnetspule des elektromagnetischen Aktors 10 repräsentiert. The equivalent circuit has a resistor R_c, which is the ohmic resistance of a primary coil of the electromagnetic actuator 10 represents. In series with the ohmic resistor R_c, a main inductance L_h is connected, which is an inductance of the magnetic coil of the electromagnetic actuator 10 represents.

Parallel zu der Hauptinduktivität L_h ist eine Serienschaltung vorgesehen, die eine Streuinduktivität L_σ und einen weiteren Ohmwiderstand R_w* aufweist.Parallel to the main inductance L_h, a series circuit is provided which has a leakage inductance L_σ and a further ohmic resistor R_w *.

Bei dem weiteren Ohmwiderstand R_w* handelt es sich um einen auf die Seite der Magnetspule übersetzten Wirbelstromwiderstand des elektromagnetischen Aktors 10.The further ohmic resistance R_w * is an eddy current resistance of the electromagnetic actuator which is translated to the side of the magnetic coil 10 ,

Bei der Beaufschlagung des elektromagnetischen Aktors 10 beziehungsweise des durch ihn realisierten magnetischen Kreises 11 mit einer Ansteuerspannung u ergibt sich entsprechend der vorstehend beschriebenen Schaltungstopologie ein Spulenstrom i_c.When applying the electromagnetic actuator 10 or the magnetic circuit realized by him 11 with a drive voltage u results according to the circuit topology described above, a coil current i_c.

Der Spulenstrom i_c verzweigt sich wie aus 2 ersichtlich zwischen der Hauptinduktivität L_h und der Streuinduktivität L_σ zu einem Magnetisierungsstrom i_m und einem Wirbelstrom i_w* gemäß der Knotenregel: i_c + i_w* = i_m. The coil current i_c branches out as if 2 apparent between the main inductance L_h and the leakage inductance L_σ to a magnetizing current i_m and an eddy current i_w * according to the node rule: i_c + i_w * = i_m.

Von den vorstehend beschriebenen Strömen ist nur der Magnetisierungsstrom i_m maßgeblich für die Erzeugung einer Magnetkraft des elektromagnetischen Aktors 10, die zur Bewegung der Ventilnadel des Kraftstoffeinspritzventils 100 verwendet wird. Der Wirbelstrom i_w* trägt in an sich bekannter Weise zu der elektrischen Verlustleistung des elektromagnetischen Aktors 10 bei.Of the currents described above, only the magnetizing current i_m is decisive for the generation of a magnetic force of the electromagnetic actuator 10 used to move the valve needle of the fuel injection valve 100 is used. The eddy current i_w * contributes in a manner known per se to the electrical power loss of the electromagnetic actuator 10 at.

Insgesamt kann in dem Ersatzschaltbild gemäß 2 zwischen einem Hauptstrompfad I_1 und einem Wirbelstrompfad I_w unterschieden werden, wobei sich der Wirbelstrompfad I_w über die Streuinduktivität L_σ erstreckt.Overall, in the equivalent circuit diagram according to FIG 2 between a main current path I_1 and an eddy current path I_w, wherein the eddy current path I_w extends across the leakage inductance L_σ.

3 zeigt einen zeitlichen Verlauf der vorstehend beschriebenen Ströme durch den magnetischen Kreis gemäß 2. 3 shows a time course of the currents described above through the magnetic circuit according to 2 ,

Hierbei wird von einem Betriebszustand des elektromagnetischen Aktors 10 ausgegangen, der dadurch gekennzeichnet ist, dass zu dem Beginn t_0 eines Ansteuervorgangs keine Energie in Form von Magnetfeldern in den Induktivitäten L_h, L_σ gespeichert ist. Diese Aussage ist gleichbedeutend damit, dass sowohl der Magnetisierungsstrom i_m wie auch der Wirbelstrom i_w* zu dem Zeitpunkt t_0 einen Wert von Null aufweist, vergleiche 3.Here is of an operating condition of the electromagnetic actuator 10 assumed, which is characterized in that at the beginning t_0 of a driving process no energy in the form of magnetic fields in the inductors L_h, L_σ is stored. This statement is synonymous with the fact that both the magnetizing current i_m and the eddy current i_w * have a value of zero at the time t_0, cf. 3 ,

Zu Beginn t_0 der Ansteuerung gemäß 3 wird durch das Steuergerät 20 (1) eine konstante Ansteuerspannung u (2), bei der es sich beispielsweise um eine sog. Boostspannung u = u_boost handeln kann, an die Klemmen des elektromagnetischen Aktors 10 angelegt, bis der Spulenstrom i_c einen vorgebbaren Sollwert I_boos erreicht hat. Anschließend wird die Ansteuerspannung u auf einen geringeren Wert eingestellt.At the beginning t_0 of the control according to 3 is through the control unit 20 ( 1 ) a constant drive voltage u ( 2 ), which may be, for example, a so-called boost voltage u = u_boost, to the terminals of the electromagnetic actuator 10 applied until the coil current i_c has reached a predetermined setpoint I_boos. Subsequently, the drive voltage u is set to a lower value.

Bei dem vorstehend beschriebenen Ansteuermuster durch die Ansteuerspannung u ergeben sich die zeitlichen Verläufe der Ströme i_c, i_m, i_w* wie sie in 3 abgebildet sind.In the case of the drive pattern u described above by the drive voltage u, the time profiles of the currents i_c, i_m, i_w * as shown in FIG 3 are shown.

Sobald jedoch – einem weiteren möglichen Betriebsszenario entsprechend – zu dem Ansteuerbeginn t_0 nichtverschwindende Werte für den Magnetisierungsstrom i_m auftreten, ergibt sich ein von dem vorstehend unter Bezugnahme auf 3 erläuterten Szenario abweichender Verlauf.However, as soon as - according to another possible operating scenario - non-zero values for the magnetizing current i_m occur at the start of control t_0, one of the above results with reference to FIG 3 explained scenario deviating course.

Das Auftreten von zu dem Beginn t_0 der Ansteuerung nichtverschwindenden Magnetisierungsströmen i_m kann beispielsweise daher rühren, dass ein vorangehender Ansteuervorgang zeitlich so kurz vor dem Beginn t_0 beendet worden ist, dass nicht bereits das gesamte Magnetfeld der Streuinduktivität L_σ abgeklungen ist.The occurrence of magnetization currents i_m which do not vanish at the beginning t_0 of the drive may be due, for example, to the fact that a preceding drive operation has been terminated in time so shortly before the start t_0 that the entire magnetic field of the leakage inductance L_σ has not already decayed.

In diesem Fall ergibt sich ein nicht verschwindender Wirbelstrom i_w* in dem Wirbelstrompfad I_w und ein entsprechender, ebenfalls nicht verschwindender, Magnetisierungsstrom i_m durch die Hauptinduktivität L_h (2), der magnetkraftbildend wirkt.In this case, a non-vanishing eddy current i_w * results in the eddy current path I_w and a corresponding, likewise non-vanishing, magnetizing current i_m through the main inductance L_h ( 2 ), which acts as a magnetic force.

Die in 4 abgebildeten Stromverläufe i_c1, i_m1, i_w*1 ergeben sich hierbei in einem Betriebsszenario des elektromagnetischen Aktors 10, das zu dem in 3 veranschaulichten Betriebsszenario vergleichbar ist. Das bedeutet, die Stromverläufe i_c1, i_m1, i_w*1 stellen sich dann ein, wenn zu dem Zeitpunkt t_0 ein in Ruhe befindlicher elektromagnetischer Aktor 10 mit einer konstanten Ansteuerspannung u beaufschlagt wird, bis der Spulenstrom i_c1 den vorgebbaren Sollwert I_boos erreicht. Anschließend ergibt sich wie bereits beschrieben ein Abklingen der betreffenden Ströme. In the 4 Imaged current curves i_c1, i_m1, i_w * 1 result here in an operating scenario of the electromagnetic actuator 10 that belong to the in 3 illustrated operating scenario is comparable. This means that the current profiles i_c1, i_m1, i_w * 1 are set when, at the instant t_0, an electromagnetic actuator is at rest 10 with a constant drive voltage u is applied until the coil current i_c1 reaches the predetermined setpoint I_boos. This results in a decay of the relevant streams as already described.

Das erste der insgesamt drei in 4 veranschaulichten Betriebsszenarien ist wie bereits vorstehend beschrieben dadurch gekennzeichnet, dass zu dem Zeitpunkt t_0 kein Magnetisierungsstrom i_m1 fließt, das heißt i_m1 = 0.The first of the three in total 4 As already described above, illustrated operating scenarios are characterized in that no magnetizing current i_m1 flows at the instant t_0, that is to say i_m1 = 0.

Sofern jedoch – einem weiteren Betriebsszenario folgend – bereits zu dem Ansteuerbeginnzeitpunkt t_0 ein nichtverschwindender Magnetisierungsstrom durch die Hauptinduktivität L_h (2) fließt, vergleiche den Stromverlauf i_m2, ist Untersuchungen der Anmelderin zufolge festzustellen, dass der entsprechende Spulenstromverlauf i_c2 bereits zu einem früheren Zeitpunkt t < t_1 den vorgebbaren Sollwert I_boos erreicht verglichen zu dem Spulenstromverlauf i_c1.If, however, following a further operating scenario, a non-vanishing magnetizing current through the main inductance L_h (already at the activation start time t_0) 2 ), compare the current profile i_m2, according to investigations by the Applicant, it can be established that the corresponding coil current profile i_c2 already reaches the predefinable desired value I_boos at an earlier time t <t_1 compared to the coil current profile i_c1.

Der sich hierbei einstellende Wirbelstromverlauf i_w*2 ist ebenfalls in 4 veranschaulicht.The eddy current curve i_w * 2 that occurs in this case is also in 4 illustrated.

Einem weiteren möglichen Betriebsszenario entsprechend kann der Magnetisierungsstrom i_m3 zu dem Ansteuerbeginnzeitpunkt t_0 auch einen noch größeren Wert aufweisen, als dies bei dem Magnetisierungsstromverlauf i_m2 der Fall ist. Ursache hierfür kann beispielsweise eine besonders kurze Pausenzeit zwischen zwei aufeinanderfolgenden Ansteuervorgängen des elektromagnetischen Aktors 10 sein, so dass zu dem Ansteuerbeginnzeitpunkt t_0 des vorliegend betrachteten Ansteuervorgangs noch verhältnismäßig viel Energie in dem Magnetfeld der Streuinduktivität L_σ gespeichert ist.According to another possible operating scenario, the magnetizing current i_m3 may also have an even greater value at the activation start time t_0 than is the case with the magnetization current profile i_m2. The reason for this, for example, a particularly short pause time between two consecutive drive operations of the electromagnetic actuator 10 be so that at the Ansteuerbeginnzeitpunkt t_0 of the presently considered driving process still relatively much energy is stored in the magnetic field of the leakage inductance L_σ.

Bei diesem Betriebsszenario erreicht der Spulenstrom i_c3 dementsprechend am frühesten den vorgebbaren Sollwert I_boos.In this operating scenario, the coil current i_c3 accordingly reaches earliest the predefinable setpoint I_boos.

Der entsprechende Wirbelstromverlauf ist durch das Bezugszeichen i_w*3 verdeutlicht.The corresponding eddy current profile is illustrated by the reference symbol i_w * 3.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, einen Zustand des magnetischen Kreises 11 (2) des elektromagnetischen Aktors 10 bei der Ansteuerung des elektromagnetischen Aktors 10 zu berücksichtigen, wodurch eine präzise Ansteuerung des elektromagnetischen Aktors 10 insbesondere auch in solchen Betriebszuständen möglich ist, in denen zu dem Ansteuerbeginnzeitpunkt t_0 ein nichtverschwindender Magnetisierungsstrom i_m2, i_m3 (4) vorherrscht.According to the invention, a state of the magnetic circuit is provided 11 ( 2 ) of the electromagnetic actuator 10 in the control of the electromagnetic actuator 10 to take into account, creating a precise control of the electromagnetic actuator 10 In particular, even in such operating states is possible in which at the Ansteuerbeginnzeitpunkt t_0 a non-vanishing magnetization current i_m2, i_m3 ( 4 ) prevails.

Eine besonders einfache und effiziente Möglichkeit, Informationen über den Zustand des magnetischen Kreises 11 des elektromagnetischen Aktors 10 zu erhalten, besteht erfindungsgemäß darin, eine Magnetisierungskenngröße zu ermitteln, die einen Magnetisierungsstrom im charakterisiert, der zu Beginn t_0 des Ansteuervorgangs durch die Primärinduktivität L_h fließt. Diese Magnetisierungskenngröße kann erfindungsgemäß vorteilhaft direkt dazu verwendet werden, die Ansteuerung des elektromagnetischen Aktors 10, das heißt insbesondere die Ansteuerspannung u, zu modifizieren. Beispielsweise kann ganz allgemein der zeitliche Verlauf der Ansteuerspannung u so in Abhängigkeit der Magnetisierungskenngröße modifiziert werden, dass sich ungeachtet des tatsächlichen Werts des Magnetisierungsstroms i_m zu dem Zeitpunkt t_0 stets dasselbe Betriebsverhalten des elektromagnetischen Aktors 10 und damit beispielsweise dieselbe Einspritzmenge bei dem Betrieb des Kraftstoffeinspritzventils 100 (1) ergibt.A particularly simple and efficient way to get information about the state of the magnetic circuit 11 of the electromagnetic actuator 10 According to the invention, it is necessary to determine a magnetization characteristic which characterizes a magnetizing current which flows through the primary inductance L_h at the beginning t_0 of the driving process. According to the invention, this magnetization characteristic can advantageously be used directly to control the electromagnetic actuator 10 , that is, in particular, the drive voltage u to modify. For example, quite generally, the time profile of the drive voltage u can be modified as a function of the magnetization characteristic such that regardless of the actual value of the magnetization current i_m at the time t_0 always the same operating behavior of the electromagnetic actuator 10 and thus, for example, the same injection quantity in the operation of the fuel injection valve 100 ( 1 ).

Besonders effizient kann die Magnetisierungskenngröße in Abhängigkeit eines zeitlichen Verlaufs des durch die Magnetspule des elektromagnetischen Aktors 10 fließenden Spulenstroms i_c ermittelt werden.The magnetization characteristic variable can be particularly efficient as a function of a time profile of the magnetic coil of the electromagnetic actuator 10 flowing coil current i_c are determined.

Besonders einfach kann dies dadurch bewerkstelligt werden, dass ein Zeitintervall t_mess zwischen dem Beginn t_0 des Ansteuervorgangs und dem Zeitpunkt t_1 ermittelt wird, zu dem der Spulenstrom i_c1 den vorgebbaren Sollwert I_mess erreicht. Die zur Modifizierung der Ansteuergröße u verwendete Magnetisierungskenngröße kann schließlich in Abhängigkeit des ermittelten Zeitintervalls t_mess gebildet werden. Besonders vorteilhaft ist es, den Sollwert I_mess gleich dem Sollwert I_boos zu wählen, da dank das Ende der Boostphase mit konstanter Spannung u-boos auch den Zeitpunkt t_1 markiert.This can be accomplished in a particularly simple manner by determining a time interval t_mess between the start t_0 of the activation process and the time t_1 at which the coil current i_c1 reaches the predefinable setpoint value I_mess. The magnetization characteristic used for modifying the drive quantity u can finally be formed as a function of the determined time interval t_mess. It is particularly advantageous to select the desired value I_mess equal to the desired value I_boos, since, thanks to the end of the boost phase with constant voltage u-boos, the time t_1 is also marked.

Entsprechend den vorstehend unter Bezugnahme auf 4 beschriebenen Abhängigkeiten zwischen dem Zeitpunkt t_1 des Erreichens des Sollwerts I_boos für den Spulenstrom i_c und dem zugehörigen Wert des Magnetisierungsstroms i_m zu dem Zeitpunkt t_0 werden für die verschiedenen Betriebsszenarien gemäß 4 unterschiedliche Zeitintervalle t_mess erhalten. Beispielsweise erreicht der Spulenstrom i_c3 am frühesten ab dem Ansteuerzeitpunkt t_0 den vorgebbaren Sollwert I_boos, weil zu dem Zeitpunkt t_0 bereits ein verhältnismäßig großer Magnetisierungsstrom i_m3 geflossen ist. Dementsprechend ergibt sich für dieses dritte Betriebsszenario das kleinste Zeitintervall.According to the above with reference to 4 described dependencies between the time t_1 of reaching the setpoint I_boos for the coil current i_c and the associated value of the magnetizing current i_m at the time t_0 are determined according to the different operating scenarios 4 get different time intervals t_mess. By way of example, the coil current i_c3 reaches the predefinable setpoint value I_boos earliest from the actuation time t_0, because a comparatively large magnetizing current i_m3 has already flowed at the instant t_0. Accordingly, the smallest time interval results for this third operating scenario.

Aus dem vorstehend beschriebenen zeitlichen Verhalten des Spulenstroms i_c, der beispielsweise durch das Steuergerät 20 (1) in an sich bekannter Weise messtechnisch erfasst werden kann, kann erfindungsgemäß ein Vorgabewert für die Ansteuerdauer für den aktuellen Ansteuervorgang und/oder einen Ansteuerbeginn beispielsweise einer zukünftigen Ansteuerung in Abhängigkeit des Zustands des magnetischen Kreises vorgegeben werden.From the above-described temporal behavior of the coil current i_c, for example, by the control unit 20 ( 1 ) can be detected metrologically in a conventional manner, according to the invention, a default value for the drive time for the current drive operation and / or a drive start, for example, a future drive depending on the state of the magnetic circuit can be specified.

Eine weitere vorteilhafte Methode, den Zustand des magnetischen Kreises zu Beginn der Ansteuerung zu bestimmen, besteht darin, die Spannung u unmittelbar vor Anlegen der Boostspannung zu ermitteln. Dies funktioniert besonders gut dann, wenn vor Beginn der Ansteuerung der Spulenstrom i_c = 0 ist. In diesem Fall gilt gemäß des Kirchhoff'schen Gesetzes i_m = i_w*. Daraus folgt aber sofort, dass gilt: di_m / dt = –R_w*·i_m· 1 / L_σ + L_h Another advantageous method for determining the state of the magnetic circuit at the beginning of the drive is to determine the voltage u immediately before the boost voltage is applied. This works especially well if the coil current i_c = 0 before starting the drive. In this case, according to Kirchhoff's law i_m = i_w *. It immediately follows, however, that di_m / dt = -R_w * · i_m · 1 / L_σ + L_h

Für die Spannung u gilt dann:

Figure 00100001
u ist also proportional zu i_m.For the voltage u then:
Figure 00100001
So u is proportional to i_m.

Bei einer weiteren sehr vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens wird der Zustand des magnetischen Kreises 11 modellbasiert in Abhängigkeit mindestens einer Ansteuergröße für den elektromagnetischen Aktor 10 ermittelt.In a further very advantageous embodiment of the operating method according to the invention, the state of the magnetic circuit 11 model-based as a function of at least one control variable for the electromagnetic actuator 10 determined.

Hierzu kann das in 5 abgebildete Modell 200 verwendet werden, das beispielsweise durch ein entsprechendes Computerprogramm in einer Recheneinheit des Steuergeräts 20 (1) implementiert ist.For this, the in 5 pictured model 200 be used, for example, by a corresponding computer program in a computing unit of the controller 20 ( 1 ) is implemented.

Dem Modell 200 werden erfindungsgemäß Eingangsgrößen E1, E2 zugeführt. Bei den Eingangsgrößen E1, E2 kann es sich beispielsweise um Parameter der letzten Kraftstoffeinspritzung handeln, die in dem Steuergerät 20 vorliegen. Ferner können die Eingangsgrößen E1, E2 auch gewünschte Eigenschaften der folgenden Einspritzung umfassen.The model 200 According to the invention, input quantities E1, E2 are supplied. The input variables E1, E2 can be, for example, parameters of the last fuel injection which are present in the control unit 20 available. Furthermore, the input quantities E1, E2 may also include desired characteristics of the following injection.

Das erfindungsgemäße Modell 200 ermittelt hieraus Parameter für die Ansteuerung der nachfolgenden Einspritzung, bei denen es sich beispielsweise um einen zeitlichen Verlauf der Ansteuerspannung u (2) handeln kann. Das erfindungsgemäße Modell 200 kann durch die Zurverfügungstellung messtechnisch erfasster Betriebsparameter des elektromagnetischen Aktors 10, die in 5 durch das Bezugszeichen M symbolisiert sind, während seines Betriebs adaptiert werden. Damit kann das erfindungsgemäße Modell 200 individuell an das spezielle Kraftstoffeinspritzventil 100 (1) angepasst werden.The model according to the invention 200 determines therefrom parameters for the control of the subsequent injection, which are, for example, a time profile of the drive voltage u (FIG. 2 ) can act. The model according to the invention 200 can by the provision of metrologically detected operating parameters of the electromagnetic actuator 10 , in the 5 symbolized by the reference M, are adapted during its operation. Thus, the model of the invention 200 individually to the special fuel injection valve 100 ( 1 ) be adjusted.

Bei den messtechnisch erfassten Größen M kann es sich beispielsweise um die Ansteuerspannung u, den Ansteuerstrom I handeln, aus denen weitere Größen ermittelt werden können, beispielsweise ein Öffnungszeitpunkt und/oder ein Schließzeitpunkt und/oder eine Flugdauer einer beweglichen Komponente des Kraftstoffeinspritzventils 100, die während der Ansteuerung des Kraftstoffeinspritzventils eine ballistische Trajektorie vollführt.The metrologically recorded variables M may be, for example, the drive voltage u, the drive current I, from which further variables can be determined, for example an opening time and / or a closing time and / or a duration of flight of a movable component of the fuel injection valve 100 which performs a ballistic trajectory during the actuation of the fuel injection valve.

Das erfindungsgemäße Modell 200 bildet aus dem ihm zugeführten Eingangsgrößen E1, E2, M Ausgangsgrößen A zur Ansteuerung des elektromagnetischen Aktors 10, bei denen es sich beispielsweise um den zeitlichen Verlauf der Ansteuerspannung u handeln kann.The model according to the invention 200 forms from the supplied to him inputs E1, E2, M outputs A for controlling the electromagnetic actuator 10 , which may be, for example, the timing of the drive voltage u.

Durch die erfindungsgemäße Berücksichtigung des Magnetisierungsstroms zu dem Beginn t_0 des Ansteuervorgangs ist eine besonders präzise Ansteuerung des elektromagnetischen Aktors 10 realisierbar. Beispielsweise kann dadurch vorteilhaft eine Ansteuerung des elektromagnetischen Aktors 10 realisiert werden, bei der in kurzer Folge verschiedene Ansteuervorgänge durchgeführt werden. Die Pausenzeiten zwischen den benachbarten Ansteuervorgängen sind dabei so gering, dass sich das Magnetfeld der Streuinduktivität L_σ nicht bereits wieder vollständig abgebaut hat, bis ein nachfolgender Ansteuervorgang beginnt. Dementsprechend ergibt sich ein nichtverschwindender Magnetisierungsstrom I_m zu dem Zeitpunkt t_0, der erfindungsgemäß vorteilhaft bei der Bildung der Ansteuergrößen für den nachfolgenden Ansteuervorgang berücksichtigt wird.The inventive consideration of the magnetizing current to the beginning t_0 of the driving process is a particularly precise control of the electromagnetic actuator 10 realizable. For example, this can advantageously be a control of the electromagnetic actuator 10 can be realized, in which various drive operations are carried out in a short sequence. The break times between The adjacent drive operations are so small that the magnetic field of the leakage inductance L_σ has not already fully degraded again until a subsequent activation process begins. Accordingly, a non-disappearing magnetizing current I_m results at the instant t_0, which according to the invention is advantageously taken into account in the formation of the drive variables for the subsequent drive operation.

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Claims (11)

Verfahren zum Betreiben eines elektromagnetischen Aktors (10), insbesondere eines Kraftstoffeinspritzventils (100) einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, bei dem der elektromagnetische Aktor (10) während eines Ansteuervorgangs angesteuert wird, um einen Betriebszustand des Aktors (10) zu beeinflussen, dadurch gekennzeichnet, dass ein, insbesondere zu Beginn des Ansteuervorgangs vorliegender, Zustand eines magnetischen Kreises (11) des elektromagnetischen Aktors (10) bei der Ansteuerung des elektromagnetischen Aktors (10) berücksichtigt wird.Method for operating an electromagnetic actuator ( 10 ), in particular a fuel injection valve ( 100 ) of an internal combustion engine of a motor vehicle, in which the electromagnetic actuator ( 10 ) is driven during a drive process to an operating state of the actuator ( 10 ), characterized in that a, in particular at the beginning of the Ansteuervorgangs present, state of a magnetic circuit ( 11 ) of the electromagnetic actuator ( 10 ) in the control of the electromagnetic actuator ( 10 ) is taken into account. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerung in Abhängigkeit einer Magnetisierungskenngröße erfolgt, die einen Magnetisierungsstrom (i_m) charakterisiert, der zu Beginn (t_0) des Ansteuervorgangs durch eine Primärinduktivität (L_h) des magnetischen Kreises (11) des elektromagnetischen Aktors (10) fließt.Method according to Claim 1, characterized in that the activation takes place as a function of a magnetization characteristic which characterizes a magnetizing current (i_m) which, at the beginning (t_0) of the driving process, is due to a primary inductance (L_h) of the magnetic circuit ( 11 ) of the electromagnetic actuator ( 10 ) flows. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetisierungskenngröße in Abhängigkeit eines zeitlichen Verlaufs eines durch eine Magnetspule des elektromagnetischen Aktors (10) fließenden Spulenstroms (i_c) ermittelt wird.A method according to claim 2, characterized in that the magnetization characteristic in dependence of a time course of a through a magnetic coil of the electromagnetic actuator ( 10 ) flowing coil current (i_c) is determined. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zeitintervall (t_mess) zwischen dem Beginn (t_0) des Ansteuervorgangs und dem Zeitpunkt (t_1) ermittelt wird, zu dem der Spulenstrom (i_c) einen vorgebbaren Sollwert (I_mess) erreicht, und dass die Magnetisierungskenngröße in Abhängigkeit des ermittelten Zeitintervalls (t_mess) gebildet wird.A method according to claim 3, characterized in that a time interval (t_mess) between the beginning (t_0) of the drive operation and the time (t_1) is determined at which the coil current (i_c) reaches a predetermined desired value (I_mess), and that the magnetization characteristic is formed as a function of the determined time interval (t_mess). Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetisierungskenngröße in Abhängigkeit von der Spulenspannung gebildet wird, die zu einem Zeitpunkt mit einem definierten Zeitabstand vor Beginn der Ansteuerung vorliegtA method according to claim 2, characterized in that the magnetization characteristic is formed as a function of the coil voltage, which is present at a time with a defined time interval before the start of the control Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ansteuerdauer für den aktuellen Ansteuervorgang und/oder ein Ansteuerbeginn in Abhängigkeit des Zustands des magnetischen Kreises (11) und/oder der Magnetisierungskenngröße vorgegeben wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a drive duration for the current drive operation and / or a drive start depending on the state of the magnetic circuit ( 11 ) and / or the magnetization characteristic is specified. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zustand des magnetischen Kreises (11) modellbasiert in Abhängigkeit mindestens einer Ansteuergröße für den elektromagnetischen Aktor (10) ermittelt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the state of the magnetic circuit ( 11 ) model-based as a function of at least one control variable for the electromagnetic actuator ( 10 ) is determined. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Zustand des magnetischen Kreises (11) zu Beginn eines zukünftigen Ansteuervorgangs in Abhängigkeit von einem oder mehreren vorangehenden Ansteuervorgängen ermittelt wird.Method according to Claim 7, characterized in that the state of the magnetic circuit ( 11 ) is determined at the beginning of a future drive operation in response to one or more preceding drive operations. Steuergerät (20) zum Betreiben eines elektromagnetischen Aktors (10), insbesondere eines Kraftstoffeinspritzventils (100) einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, bei dem der elektromagnetische Aktor (10) während eines Ansteuervorgangs ansteuerbar ist, um einen Betriebszustand des Aktors (10) zu beeinflussen, dadurch gekennzeichnet, dass ein, insbesondere zu Beginn des Ansteuervorgangs vorliegender, Zustand eines magnetischen Kreises (11) des elektromagnetischen Aktors (10) bei der Ansteuerung des elektromagnetischen Aktors (10) berücksichtigbar ist.Control unit ( 20 ) for operating an electromagnetic actuator ( 10 ), in particular a fuel injection valve ( 100 ) of an internal combustion engine of a motor vehicle, in which the electromagnetic actuator ( 10 ) is controllable during a driving process to an operating state of the actuator ( 10 ), characterized in that a, in particular at the beginning of the Ansteuervorgangs present, state of a magnetic circuit ( 11 ) of the electromagnetic actuator ( 10 ) in the control of the electromagnetic actuator ( 10 ) is considered. Computerprogramm mit Programmcodemitteln, um alle Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer entsprechenden Recheneinheit, insbesondere in einem Steuergerät (20) gemäß Anspruch 9, ausgeführt wird.Computer program with program code means for carrying out all steps of the method according to one of Claims 1 to 8, when the computer program is run on a computer or a corresponding computing unit, in particular in a control unit ( 20 ) according to claim 9. Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln, die auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sind, um alle Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer entsprechenden Recheneinheit, insbesondere in einem Steuergerät (20) gemäß Anspruch 9, ausgeführt wird.Computer program product with program code means which are stored on a computer-readable data carrier in order to perform all the steps of the method according to one of claims 1 to 8, when the computer program is stored on a computer or a corresponding computing unit, in particular in a control unit ( 20 ) according to claim 9.
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