DE102013200506A1

DE102013200506A1 - Method for determining starting point e.g. begin motion point (BMP) of time of electromechanical actuator, involves determining modeled current path with respect to un-moved actuator by magnetic coil during control of magnetic coil

Info

Publication number: DE102013200506A1
Application number: DE201310200506
Authority: DE
Inventors: Jiahang Jin
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2013-01-15
Filing date: 2013-01-15
Publication date: 2014-07-31

Abstract

The method involves determining starting point of time of the actuator by evaluating a time actual current curve by the magnetic coil (15). A modeled current path with respect to the un-moved actuator is determined by the magnetic coil during the control of the magnetic coil. The actual current curve is determined during the driving of the magnetic coil and compared with the modeled current path, when reaching a predetermined difference between the two current waveforms during detection of starting point of time of actuator. An independent claim is included for device for determining starting point such as begin motion point (BMP) of time of electromechanical actuator.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung eines Loslaufzeitpunkts eines elektromechanischen Aktuators nach einer Ansteuerung einer den Aktuator antreibenden Magnetspule, wobei der Loslaufzeitpunkt des Aktuators mittels Auswertung eines zeitlichen tatsächlichen Stromverlaufs durch die Magnetspule bestimmt wird.The invention relates to a method for detecting a release time of an electromechanical actuator after driving a solenoid driving the actuator, wherein the release time of the actuator is determined by evaluating a temporal actual current waveform through the magnetic coil.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.The invention further relates to a device for carrying out the method according to the invention.

Die Stickoxidemission von Verbrennungsmotoren kann durch eine Abgasnachbehandlung mittels selektiver katalytischer Reduktion (Selective Catalyst Reduction – SCR) vermindert werden. Diese kann insbesondere auch bei Dieselmotoren mit zeitlich überwiegend magerem, d.h. sauerstoffreichem Abgas eingesetzt werden. Hierbei wird dem Abgas eine definierte Menge eines selektiv wirkenden Reduktionsmittels zugegeben. Hierzu kann beispielhaft Ammoniak verwendet werden, welches direkt gasförmig zudosiert wird oder auch aus einer Vorläufersubstanz in Form von Harnstoff oder aus einer Harnstoff-Wasser-Lösung (HWL) gewonnen wird. The nitrogen oxide emission of internal combustion engines can be reduced by exhaust aftertreatment by means of selective catalytic reduction (SCR). This can in particular also in diesel engines with temporally predominantly lean, i. oxygen-rich exhaust gas can be used. In this case, a defined amount of a selectively acting reducing agent is added to the exhaust gas. For this example, ammonia can be used, which is added directly in gaseous form or is obtained from a precursor substance in the form of urea or from a urea-water solution (HWL).

In der DE 10139142 A1 ist ein Abgasreinigungssystem einer Brennkraftmaschine beschrieben, bei dem zur Verringerung der NO_x-Emission ein SCR-Katalysator eingesetzt ist, der die im Abgas enthaltenen Stickoxide mit dem Reduzierungsmittel Ammoniak zu Stickstoff reduziert. Das Ammoniak wird in einem stromaufwärts vor dem SCR-Katalysator angeordneten Hydrolyse-Katalysator aus der Harnstoff-Wasser-Lösung (HWL) gewonnen. Der Hydrolyse-Katalysator setzt den in der HWL enthaltenen Harnstoff zu Ammoniak und Kohlendioxid um. In einem zweiten Schritt reduziert das Ammoniak die Stickoxide zu Stickstoff, wobei als Nebenprodukt Wasser erzeugt wird. Der genaue Ablauf ist in der Fachliteratur hinreichend beschrieben worden (vgl. WEISSWELLER in CIT (72), Seite 441–449, 2000 ). In the DE 10139142 A1 is described an exhaust gas purification system of an internal combustion engine, in which for reducing the NO _x emission, an SCR catalyst is used, which reduces the nitrogen oxides contained in the exhaust gas with the reducing agent ammonia to nitrogen. The ammonia is recovered in a urea-water solution (HWL) hydrolysis catalyst upstream of the SCR catalyst. The hydrolysis catalyst converts the urea contained in the HWL to ammonia and carbon dioxide. In a second step, the ammonia reduces the nitrogen oxides to nitrogen, with water being produced as a by-product. The exact procedure has been adequately described in the specialist literature (cf. WEISSWELLER in CIT (72), pages 441-449, 2000 ).

Die Harnstoff-Wasser-Lösung wird dabei durch eine Leitung von einem Betriebsmittelbehälter zu einem Dosierventil gefördert und in den Abgastrakt eindosiert. In der DE 196 07 073 A1 wird ein Flüssigkeitszudosiersystem, insbesondere zum Zudosieren von Flüssigkeiten zu einem Brennstoff oder zu bei einer Verbrennung sich ergebenden Abgasen, beschrieben, welches eine elektrisch betreibbare Dosierpumpeinrichtung zum Fördern der zu zudosierenden Flüssigkeit von einem Zudosierflüssigkeitstank zu dem mit Zudosierflüssigkeit zu vermischenden Medium, eine Erfassungsanordnung zum Erfassen einer im Betrieb der Dosierpumpeinrichtung sich einstellenden und diesen charakterisierenden Betriebsgröße und eine Auswerteeinheit zum Vergleichen der Betriebsgröße mit wenigstens einem Referenzwert und zum Bestimmen des Betriebszustandes der Dosierpumpeinrichtung beruhend auf dem Vergleichsergebnis umfasst. Dabei ist ferner vorgesehen, dass als Betriebsgröße der durch die Dosierpumpeinrichtung fließende Pumpstrom erfasst wird. Durch Auswertung des zeitlichen Verlaufs des Pumpstroms und Vergleich mit in einem Kennfeld hinterlegten Referenzverläufen und/oder Schwellwerten können zum einen Fehlerzustände bei der Bewegung des Ankers der Pumpeinrichtung detektiert und zum anderen die Genauigkeit der Zudosierung, unabhängig vom z.B. Viskositätszustand der Zudosierflüssigkeit, erhöht werden. The urea-water solution is conveyed through a line from a resource tank to a metering valve and metered into the exhaust tract. In the DE 196 07 073 A1 a Flüssigkeitszudosiersystem, in particular for metering of liquids to a fuel or resulting in combustion exhaust gases, described, which comprises an electrically operable Dosierpumpeinrichtung for conveying the liquid to be metered from a Zudosierflüssigkeitstank to be mixed with metered liquid medium, a detection arrangement for detecting a During operation of the metering pump device adjusting and characterizing this operating variable and an evaluation unit for comparing the operating variable with at least one reference value and for determining the operating state of the metering pump means based on the comparison result comprises. It is further provided that is detected as the operating variable flowing through the metering pumping pumping current. By evaluating the time course of the pumping current and comparison with reference curves and / or threshold values stored in a characteristic map, error states during the movement of the armature of the pumping device can be detected and, secondly, the accuracy of the metered addition can be increased, irrespective of, for example, the viscosity state of the metered-addition liquid.

In aktuellen Zudosiersystemen, wie diese beispielhaft unter der Bezeichnung DENOXTRONIC der Firma Bosch bekannt sind, saugt in einem Fördermodul eine Membranpumpe die AdBlue-Lösung aus dem Betriebsmitteltank und verdichtet diese auf den für eine Zerstäubung erforderlichen Systemdruck von 4,5 bis 8,5 bar. Das Dosiermodul misst die für die Stickoxid-Reduktion erforderliche AdBlue-Menge zu und zerstäubt sie in den Abgasstrom vor dem SCR-Katalysator. Die Steuerung von Dosier- und Heizstrategie sowie für eine On-Board-Diagnose (OBD) kann durch eine übergeordnete Motorsteuerung oder durch eine Dosiersteuereinheit erfolgen. Mit der Verarbeitung der aktuellen Motorbetriebsdaten und aller erforderlichen Sensordaten wird die Menge des Reduktionsmittels exakt auf den Motorbetriebspunkt und auf die katalysatorspezifischen Eigenschaften zur maximalen Stickoxidreduzierung abgestimmt. In current metering systems, as they are known by way of example under the name DENOXTRONIC Bosch, sucked in a delivery module, a membrane pump, the AdBlue solution from the resource tank and compresses them to the required system for atomization pressure of 4.5 to 8.5 bar. The metering module measures the amount of AdBlue required for nitrogen oxide reduction and atomises it into the exhaust gas stream upstream of the SCR catalyst. Control of metering and heating strategy as well as for on-board diagnostics (OBD) can be done by a higher-level motor control or by a dosing control unit. With the processing of the current engine operating data and all required sensor data, the amount of reducing agent is matched exactly to the engine operating point and to the catalyst-specific properties for maximum nitrogen oxide reduction.

Das System ist beispielhaft nominell auf einen Druck von typisch 6,5 bar ausgelegt. Dieser Druck muss im Betrieb eingehalten und überwacht werden. Aus Kostengründen ist es vorteilhaft, auf einen Drucksensor zu verzichten. Nach dem Stand der Technik wird ausgenutzt, dass der Strombedarf der Magnetspule im Loslaufzeitpunkt des Ankers der Membranpumpe druckabhängig ist. Zum Loslaufzeitpunkt beginnt die von dem Anker erzeugte Kraft die Kraft aus dem Systemdruck zu übersteigen; daher beginnt der Anker, sich zu bewegen. Mit steigendem Druck nimmt der Stromwert zu und der Loslaufzeitpunkt wird in Richtung "später" verschoben. Es ist daher erforderlich, den Loslaufzeitpunkt (BMP, begin motion point) möglichst präzise zu bestimmen. Nach dem Stand der Technik wird der Loslaufzeitpunkt anhand eines Induktivitätsmodells ohne Berücksichtigung der während der Ankerbewegung induzierten Spannung ermittelt. Das Verfahren basiert auf einer Auswertung des Stromverlaufs durch die Magnetspule und einem aus dem Stromverlauf bestimmten Induktivitätsverlauf. Der Induktivitätsverlauf wird aus einer Maschengleichung des Stromkreises bestimmt, die lautet: U_bord = i·R + L·di/dt mit der aktuellen Betriebsspannung U_bord, dem aktuellen Strom i, dem ohmschen Widerstand R der Magnetspule und der zu bestimmenden Induktivität L. Der Loslaufzeitpunkt wird erkannt, wenn der Quotient von der so bestimmten Induktivität L und deren zeitlichem Mittelwert eine vorgegebene Grenze überschreitet. Nachteilig ist, dass die aktuelle Betriebsspannung U_bord, aber auch der ohmsche Widerstand R der Magnetspule nicht konstant sind. Beispielhaft hängt der ohmsche Widerstand R der Magnetspule von der Betriebstemperatur ab. Dies muss bei der Festlegung des Grenzwerts für den Quotienten berücksichtigt werden, was dazu führt, dass Grenzen weiter gefasst werden müssen und die Bestimmung des Loslaufzeitpunkts ungenauer wird.The system is nominally nominally designed for a pressure of typically 6.5 bar. This pressure must be maintained and monitored during operation. For cost reasons, it is advantageous to dispense with a pressure sensor. According to the state of the art, use is made of the fact that the power requirement of the magnet coil at the time of release of the armature of the diaphragm pump is pressure-dependent. At the time of launch, the force generated by the armature begins to exceed the force of the system pressure; therefore, the anchor starts to move. As the pressure increases, the current value increases and the release time is shifted towards "later". It is therefore necessary to determine the start time (BMP) as precisely as possible. According to the state of the art, the start-up time is determined on the basis of an inductance model without consideration of the voltage induced during the armature movement. The method is based on an evaluation of the current flow through the magnet coil and an inductance curve determined from the current profile. The inductance curve is determined from a loop equation of the circuit, which reads: U _bord = i * R + L * di / dt with the current operating voltage U _board , the current i, the ohmic resistance R of the magnetic coil and the inductance L. The release time is detected when the quotient of the thus determined inductance L and the time average exceeds a predetermined limit. The disadvantage is that the current operating voltage U _board , but also the ohmic resistance R of the solenoid are not constant. By way of example, the ohmic resistance R of the magnetic coil depends on the operating temperature. This must be taken into account when establishing the limit value for the quotient, which means that limits must be taken more broadly and the determination of the time of departure becomes more inaccurate.

Die Schrift R.346123 der Anmelderin offenbart ein Verfahren zur Erkennung eines Bewegungsbeginns eines elektromechanischen Aktuators, welcher mittels mindestens einer Magnetspule angetrieben wird, wobei der Aktuator Teil einer hydraulischen Komponente, wie einer Magnetpumpe oder einem Magnetventil, ist, wobei ein Loslaufzeitpunkt des Aktuators mittels Auswertung eines Stroms, welcher durch die Magnetspule fließt, und dessen zeitliche Ableitungen ermittelt und anhand von Tabellenwerten oder Kennlinien in Abhängigkeit von weiteren Kenngrößen mit dem ermittelten Loslaufzeitpunkt ein Druck bestimmt wird. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass zur Bestimmung des Loslaufzeitpunktes eine relative Induktivität aus einem zeitlichen Induktivitätsverlauf bestimmt und ein zeitlicher Verlauf der relativen Induktivität ausgewertet wird.The applicant's document R.346123 discloses a method for detecting a start of movement of an electromechanical actuator, which is driven by at least one magnetic coil, wherein the actuator is part of a hydraulic component, such as a magnetic pump or a solenoid valve, wherein a release time of the actuator by means of evaluation a current which flows through the magnetic coil, and whose time derivatives are determined and based on tabular values or characteristics in dependence on further characteristics with the determined release time a pressure is determined. According to the invention, a relative inductance is determined from a temporal inductance curve and a time profile of the relative inductance is evaluated to determine the start-up time.

Die Schrift R.346124 der Anmelderin offenbart ein Verfahren zur Druckindizierung in einem Dosiersystem, welches mindestens eine Membranpumpe als Förderpumpe einer Flüssigkeit aufweist, welche mittels einer Magnetspule angetrieben wird, wobei ein Anker eine Membran bewegt und somit bei jedem Hub eine definierte Flüssigkeitsmenge gefördert wird, wobei ein Loslaufzeitpunkt des Ankers mittels Auswertung eines Stroms, welcher durch die Magnetspule fließt, und dessen zeitlichen Ableitungen ermittelt und anhand von Tabellenwerten oder Kennlinien in Abhängigkeit von mindestens einer Bordspannung U_Bord, einer Temperatur und eines Druckes mit dem ermittelten Loslaufzeitpunkt eine Druckindizierung vorgenommen wird. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass zur Bestimmung des Loslaufzeitpunktes aus dem zeitlichen Stromverlauf I_(t) und aus dessen zeitlicher Ableitung ∆I/∆t eine Druck-Indizierungsfunktion abgeleitet wird, deren zeitlicher Verlauf zur Bestimmung des Loslaufzeitpunktes des Ankers verwendet wird.The applicant's publication R.346124 discloses a method for pressure indication in a metering system, which comprises at least one membrane pump as a delivery pump of a liquid which is driven by means of a magnetic coil, wherein an armature moves a membrane and thus a defined amount of liquid is conveyed at each stroke, wherein a release time of the armature by means of evaluation of a current flowing through the magnetic coil, and its temporal derivatives is determined and based on tabular values or characteristics as a function of at least one board voltage U _board , a temperature and a pressure with the determined release time a pressure indexing is performed. According to the invention, a pressure indexing function is derived for determining the start-up time from the temporal current profile I _(t) and from the time derivative ΔI / Δt, the time course of which is used to determine the start-up time of the armature.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem eine verbesserte Erkennung des Loslaufzeitpunktes (BMP) und damit eine genauere Druckbestimmung ermöglicht werden kann.It is therefore an object of the invention to provide a method with which an improved detection of the release time (BMP) and thus a more accurate pressure determination can be made possible.

Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens bereitzustellen.It is a further object of the invention to provide a device for carrying out the method.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die das Verfahren betreffende Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass ein modellierter Stromverlauf durch die Magnetspule unter der Annahme eines nicht bewegten Aktuators ermittelt wird, dass der tatsächliche Stromverlauf während der Ansteuerung der Magnetspule bestimmt und mit dem modellierten Stromverlauf verglichen wird und dass bei Erreichen einer vorgegebenen Abweichung beider Stromverläufe voneinander der Loslaufzeitpunkt erkannt wird. Der modellierte Stromverlauf wird dabei für die Zeit t gemäß der Gleichung i = i_s·(1 – e^–t/τ) modelliert mit einem Sättigungsstrom i_s = U_bord/R und einer Zeitkonstanten τ = L/R. Diese Modellierung kann während des Betriebs mehrfach wiederholt werden, so dass die jeweils aktuellen Werte von Betriebsspannung U_bord und Widerstand R berücksichtigt werden können. Weicht der aktuelle Stromverlauf um mehr als einen vorbestimmten Wert von dem modellierten Stromverlauf ab, wird das Loslaufen des Ankers in der Magnetspule erkannt. Vorteilhaft ist, dass der aktuelle Widerstand R bestimmt wird, der auch zu Überwachungsfunktionen verwendet werden kann. Das Verfahren benötigt lediglich den Stromverlauf während eines Ankerhubs und ist so einfach und mit geringer Belastung der zur Auswertung verwendeten Recheneinheit umsetzbar. Der Stromverlauf kann dabei digitalisiert, in einem Speicher abgelegt und für den gerade abgelaufenen Hub des Ankers nachträglich analysiert werden.The object of the invention relating to the method is achieved by determining a modeled current course through the magnet coil on the assumption of a non-moving actuator, determining the actual current profile during the activation of the magnet coil and comparing it with the modeled current profile, and predetermined deviation of both current gradients from each other the release time is detected. The modeled current profile is for the time t according to the equation i = i _s · (1 ^{-e -t / τ} ) modeled with a saturation current i _s = U _bord / R and a time constant τ = L / R. This modeling can be repeated several times during operation so that the respective current values of operating voltage U _bord and resistance R can be taken into account. If the current course of the current deviates by more than a predetermined value from the modeled current profile, the starting of the armature in the magnetic coil is detected. It is advantageous that the current resistance R is determined, which can also be used for monitoring functions. The method only requires the current during an armature stroke and can be implemented so easily and with low load on the arithmetic unit used for the evaluation. The current profile can be digitized, stored in a memory and subsequently analyzed for the just expired stroke of the anchor.

Eine besonders einfach umzusetzende Variante des Verfahrens sieht vor, dass die Abweichung der Stromverläufe aus einer Differenz der Stromverläufe oder aus einer zeitlichen Veränderung der Differenz der Stromverläufe oder aus einer Differenz der zeitlichen Veränderung der Stromverläufe, jeweils für sich betrachtet oder in Kombination der Verfahrensmerkmale, bestimmt wird. Wird die zeitliche Ableitung dΔi/dt der Differenz Δi von aktuellem zu modelliertem Stromverlauf bestimmt und als zusätzliche Bedingung für die Erkennung des Loslaufzeitpunkts gesetzt, dass diese eine vorgegebene Schwelle δs überschreiten soll, wird die Erkennung weiter verbessert. Bei einer Bestimmung des Stromverlaufs zu diskreten Zeitpunkten im Abstand T kann die zeitliche Ableitung der Differenz Δi bestimmt werden zu dΔi/dt(t) = (Δi(t) – Δi(t – T))·H_filter wobei * eine Faltung und H_filter einen FIR-Filter (finite impulse response filter) erster Ordnung kennzeichnen.A particularly simple variant of the method provides that the deviation of the current profiles from a difference of the current waveforms or from a temporal change in the difference of the current waveforms or from a difference of the temporal change of the current waveforms, each considered individually or in combination of the process characteristics determined becomes. If the time derivative dΔi / dt of the difference .DELTA.i from current to modeled current profile is determined and set as an additional condition for the detection of the release time point that this should exceed a predetermined threshold δs, the detection is further improved. In a determination of the current profile at discrete times at a distance T, the time derivative of the difference Δi can be determined dΔi / dt (t) = (Δi (t) - Δi (t - T)) · H _filter where * a convolution and H _{filter characterize} a first order finite impulse response filter (FIR).

Zur Bestimmung des Sättigungsstroms i_s = U_bord/R und der Zeitkonstanten τ = L/R ist es in einer Verfahrensvariante vorgesehen, dass der modellierte Stromverlauf aus an zumindest zwei Zeitpunkten vor dem erwarteten Loslaufzeitpunkt bestimmten Stromwerten bestimmt wird. Werden die Zeitpunkte t1 und t2 gewählt, ergibt sich i₁ = i_s·(1 – e^–t1/τ) i₂ = i_s·(1 – e^–t2/τ) woraus sich für den Fall t2 = 2·t1 die gesuchten Werte bestimmen lassen zu:

i_s = i1/(1 – e^–t1/τ)

In order to determine the saturation current i _s = U _bord / R and the time constant τ = L / R, it is provided in a variant of the method that the modeled current profile is determined from current values determined at least two times before the expected release time. If the times t1 and t2 are selected, the result is

i ₁ = i _s * (1-e ^{-t 1 / τ} )

i ₂ = i _s * (1-e ^{-t 2 / τ} )

from which the sought values can be determined for the case t2 = 2 · t1:

i _s = i1 / (1-e ^{-t1 / τ} )

Zur Überprüfung der so für τ und i_s ermittelten Werte kann das Verfahren an weiteren Zeitpunkten t3 durchgeführt werden. Vorteilhaft werden auch für die praktische Umsetzung t1 und t2 so gewählt, dass sie die Bedingung t2 = 2·t1 erfüllen, wobei t2 vor dem erwarteten Loslaufzeitpunkt liegen muss. Hierbei kann t2 beispielhaft zu t2 = 0,01s gewählt werden. To check the values thus determined for τ and i _s , the method can be carried out at further times t3. Advantageously, t1 and t2 are also selected for practical implementation in such a way that they satisfy the condition t2 = 2 * t1, where t2 must be before the expected release time. Here, t2 can be selected as an example for t2 = 0.01 s.

In einer vorteilhaften Variante des Verfahrens ist vorgesehen, dass Werte der Stromverläufe zu diskreten Zeitpunkten bestimmt werden und dass bei Erreichen der vorgegebenen Abweichung an einem diskreten Zeitpunkt der davor liegende diskrete Zeitpunkt als Loslaufzeitpunkt definiert wird. Die Stromwerte zu den diskreten Zeitpunkten können dabei digitalisiert, in einen Speicher eingelesen und anschließend ausgewertet werden, indem die Stromwerte zu den Zeitpunkten t1 und t2 aus den zugeordneten Speicherbereichen ausgelesen werden und τ und i_s ermittelt werden.In an advantageous variant of the method, it is provided that values of the current profiles are determined at discrete points in time, and that when the predefined deviation is reached at a discrete point in time, the discrete point in front of it is defined as the start-up time. The current values at the discrete points in time can be digitized, read into a memory and then evaluated by the current values at the times t1 and t2 are read out of the associated memory areas and τ and i _{s are} determined.

Eine weitere Verbesserung bei der Bestimmung des Loslaufzeitpunkts lässt sich erreichen, indem die vorgegebene Abweichung der Stromverläufe, bei der der Loslaufzeitpunkt erkannt wird, in Abhängigkeit von Betriebsparametern des mittels des elektromechanischen Aktuators angetriebenen Systems vorgegeben wird. A further improvement in the determination of the release time can be achieved by the predetermined deviation of the current waveforms, in which the release time is detected, is determined in dependence on operating parameters of the driven by means of the electromechanical actuator system.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Erkennung eines Loslaufzeitpunkts eines elektromechanischen Aktuators nach einer Ansteuerung einer den Aktuator antreibenden Magnetspule, mit einem Steuergerät und Mitteln zur Bestimmung eines zeitlichen tatsächlichen Stromverlaufs durch die Magnetspule. Die die Vorrichtung betreffende Aufgabe wird gelöst, indem in dem Steuergerät ein Programmablauf zur Bestimmung eines modellierten Stromverlaufs durch die Magnetspule unter der Annahme eines nicht bewegten Aktuators vorgesehen ist, indem eine Vergleichsstufe zum Vergleich des tatsächlichen Stromverlaufs während der Ansteuerung der Magnetspule mit dem modellierten Stromverlauf vorgesehen ist und indem Schwellwerte für die Abweichung zur Festlegung des Loslaufzeitpunkts aus der Abweichung beider Stromverläufe vorgesehen sind. Die Vorrichtung ermöglicht es, den Loslaufzeitpunkt auch bei Schwankungen der Versorgungsspannung U_bord und bei Abweichungen von Temperatur oder Betriebsdruck mit verbesserter Genauigkeit zu bestimmen.The invention further relates to a device for detecting a release time of an electromechanical actuator after driving a solenoid driving the actuator, with a control device and means for determining a temporal actual current waveform through the magnetic coil. The object relating to the device is achieved by providing in the control unit a program sequence for determining a modeled current profile through the magnet coil assuming a non-moving actuator by providing a comparison stage for comparing the actual current profile during the control of the magnet coil with the modeled current profile and by providing thresholds for the deviation for determining the start time from the deviation of both current profiles. The device makes it possible to determine the release time even with fluctuations in the supply voltage U _board and in case of deviations from temperature or operating pressure with improved accuracy.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann vorteilhaft in einem System eingesetzt werden, in dem die Magnetspule Teil einer Membranpumpe zur Förderung einer Harnstoff-Wasser-Lösung zur Verminderung von Stickoxiden mittels Selektiver Katalytischer Reduktion im Abgaskanal einer Brennkraftmaschine oder in dem die Magnetspule Teil eines Magnetventils ist. The device according to the invention can advantageously be used in a system in which the magnetic coil is part of a diaphragm pump for delivering a urea-water solution for reducing nitrogen oxides by means of selective catalytic reduction in the exhaust duct of an internal combustion engine or in which the magnetic coil is part of a solenoid valve.

In einer besonders vorteilhaften Anwendung dient das Verfahrens oder die Vorrichtung zur Bestimmung eines Loslaufzeitpunkts eines von einer Magnetspule angetriebenen Aktuators einer Membranpumpe und zur Bestimmung eines mit der Membranpumpe erzeugten Drucks einer Flüssigkeit in einem Drucksystem aus dem Loslaufzeitpunkt. In a particularly advantageous application, the method or device is used to determine a release time of an actuator of a diaphragm pump driven by a solenoid and to determine a pressure of a fluid generated by the diaphragm pump in a pressure system from the release time.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:The invention will be explained in more detail below with reference to an embodiment shown in FIGS. Show it:

1 in schematischer Darstellung ein Dosiersystem als technisches Umfeld, in dem das erfindungsgemäße Verfahren angewendet werden kann, 1 a schematic representation of a metering system as a technical environment in which the method according to the invention can be used,

2 erstes Diagramm zum Stromverlauf in einer Magnetspule 2 first diagram of the current flow in a magnetic coil

3 zweites Diagramm zum Signalverlauf zur Bestimmung eines Loslaufzeitpunkts 3 second diagram of the waveform for determining a start-up time

1 zeigt als schematische Übersicht ein Dosiersystem 1 mit dem eine Harnstoff-Wasser-Lösung (HWL), auch unter dem Markennamen AdBlue bekannt, aus einem Betriebsmitteltank 10 in einen Abgaskanal 22 einer Brennkraftmaschine eingespritzt werden kann. Die Einspritzung erfolgt dabei in Strömungsrichtung eines Abgasstroms 21 vor einem SCR-Katalysator 23 (SCR: Selective Catalyst Reduction). 1 shows a schematic overview of a dosing system 1 with a urea-water solution (HWL), also known under the brand name AdBlue, from a resource tank 10 in an exhaust duct 22 an internal combustion engine can be injected. The injection takes place in Flow direction of an exhaust gas flow 21 in front of an SCR catalyst 23 (SCR: Selective Catalyst Reduction).

In einem Förderstrang wird die HWL über einen Filter 11 mittels einer Membranpumpe 14 zu einer Dosiereinheit 20 gefördert, wobei eine konstante Menge je Hub in eine Druckleitung 19 zwischen der Membranpumpe 14 und der Dosiereinheit 20 gefördert wird. Die Dosiereinheit 20 dosiert je nach Bedarf die HWL in den Abgaskanal 22. In Strömungsrichtung der HWL vor und hinter der Membranpumpe 14 befinden sich ein erstes Einlassventil 16 und ein erstes Druckventil 17. Zur Vermeidung von Druckstößen ist an der Druckleitung 19 ein Druckstoßdämpfer 18 angeordnet. Ein erster Eisdruckdämpfer 12 verhindert eingangsseitig eine Beschädigung der Vorrichtung, falls die HWL bei extrem kalten Temperaturen gefrieren sollte.In a conveyor line, the HWL is a filter 11 by means of a diaphragm pump 14 to a dosing unit 20 promoted, with a constant amount per stroke in a pressure line 19 between the diaphragm pump 14 and the dosing unit 20 is encouraged. The dosing unit 20 doses the HWL into the exhaust duct as needed 22 , In the flow direction of the HWL in front of and behind the diaphragm pump 14 There is a first inlet valve 16 and a first pressure valve 17 , To avoid pressure surges is on the pressure line 19 a pressure shock absorber 18 arranged. A first ice pressure damper 12 Prevents damage to the device on the input side if the HWL should freeze in extremely cold temperatures.

In einem zum Förderstrang parallel angeordneten Rückförderstrang kann mittels einer Rückförderpumpe 24 die Förderanlage entleert werden, wobei die HWL zurück in den Betriebsmitteltank 10 gepumpt werden kann. In Strömungsrichtung der HWL befinden sich eingangsseitig an der Rückförderpumpe 24 ein zweites Einlassventil 25 und ausgangsseitig ein zweites Druckventil 26. Zudem ist in diesem Rückförderstrang ein zweiter Eisdruckdämpfer 13 vorgesehen.In a return line arranged in parallel to the conveyor line can by means of a return pump 24 the conveyor system be emptied, with the HWL back to the resource tank 10 can be pumped. In the flow direction of the HWL are located on the input side of the return pump 24 a second inlet valve 25 and on the output side, a second pressure valve 26 , In addition, there is a second ice pressure damper in this return line 13 intended.

Das System ist auf einen nominalen Druck von 6,5 bar ausgelegt. Dieser Druck wird über die Membranpumpe 14 aufgebaut und muss überwacht werden. Ein separater Drucksensor ist aus Kostengründen nicht vorgesehen; der Druck wird aus vorliegenden Größen abgeleitet. Da der Antrieb der Membranpumpe 14 mittels einer Magnetspule 15 erfolgt, kann anhand des Stroms durch die Magnetspule 15 der Druck aus dem Loslaufzeitpunkt nach Einschalten des Stroms durch die Magnetspule 15 bestimmt werden. The system is designed for a nominal pressure of 6.5 bar. This pressure is via the diaphragm pump 14 constructed and must be monitored. A separate pressure sensor is not provided for cost reasons; the pressure is derived from available quantities. As the drive of the diaphragm pump 14 by means of a magnetic coil 15 can be done based on the current through the solenoid coil 15 the pressure from the start-up time after switching on the current through the solenoid coil 15 be determined.

Zur Steuerung der Membranpumpe 14, der Rückförderpumpe 24 und der Dosiereinheit 20 dient eine Dosiersteuereinheit 27, welche auch als Bestandteil einer übergeordneten Motorsteuereinheit ausgelegt sein kann. Die Funktionalität kann dabei Softwarebasiert ausgeführt sein. In der Dosiersteuereinheit 27 kann zudem der zeitliche Verlauf der Stromaufnahme der Magnetspule 15 ausgewertet und mittels dort abgelegter Programmschritte in einen Druckwert umgerechnet werden. For controlling the diaphragm pump 14 , the return pump 24 and the dosing unit 20 serves a dosing control unit 27 which may also be designed as part of a higher-level engine control unit. The functionality can be software-based. In the dosing control unit 27 In addition, the time course of the current consumption of the solenoid can 15 evaluated and converted into a pressure value by means of stored program steps.

Zum Loslaufen (= Hubbeginn) muss der Anker der Magnetspule 15 dabei gegen mechanische Kräfte, wie beispielhaft eine Federkraft und eine hydraulische Kraft in der Druckleitung 19, bewegt werden. Wird die Magnetspule 15 bestromt, steigen Strom und damit Magnetkraft an und in dem Augenblick, an dem ein Kräftegleichgewicht zwischen der Magnetkraft und den schließenden Druckkräften herrscht, setzt sich der Anker der Magnetspule 15 in Bewegung. Da sich der Anker bei hohem Systemdruck später bewegt als bei niedrigem Systemdruck, kann der Zeitpunkt des Beginns der Bewegung des Ankers (Loslaufzeitpunkt; BMP) als Maß für den Druck verwendet werden. To start (= stroke start), the armature of the solenoid coil 15 while against mechanical forces, such as a spring force and a hydraulic force in the pressure line 19 to be moved. Will the solenoid coil 15 energized, increase current and thus magnetic force and in the moment in which there is a balance of forces between the magnetic force and the closing pressure forces, sits the armature of the solenoid 15 moving. Since the armature moves later at a high system pressure than at a low system pressure, the start of the armature movement (start-up time, BMP) can be used as a measure of the pressure.

2 zeigt in einem ersten Diagramm 30 einen zeitlichen tatsächlichen Stromverlauf 33 durch die Magnetspule 15 aus 1 an einer ersten Zeitachse 32 und einer Stromachse 31 abgetragen. Nach dem Einschalten der Spannung an der Magnetspule 15 beginnt der tatsächliche Stromverlauf 33 anzusteigen. Bei einem Loslaufzeitpunkt 34 beginnt der Anker in der Magnetspule 15 sich zu bewegen. Durch die Bewegung des Ankers kommt es zu einer Gegeninduktion, welche durch eine Magnetflussänderung verursacht wird. Diese Änderung und eine Änderung der Geometrie der Anordnung durch die Positionsänderung des Ankers führen dazu, dass der tatsächliche Stromverlauf 33 ab dem Loslaufzeitpunkt 34 bis zu einem Aufschlagen des Ankers auf einem Hubanschlag zu einem Anschlagzeitpunkt 35 gegenüber einem Verlauf ohne Ankerbewegung niedriger verläuft. Weiterhin ändert sich die Induktivität L des Systems, die aus dem Stromverlauf i, der Betriebsspannung U_bord und dem Widerstand R der Magnetspule 15 bestimmt werden kann gemäß U_bord = i·R + L·di/dt 2 shows in a first diagram 30 a temporal actual current course 33 through the magnetic coil 15 out 1 at a first time axis 32 and a current axis 31 ablated. After switching on the voltage at the solenoid coil 15 the actual current flow begins 33 to increase. At a release time 34 the armature starts in the solenoid 15 to move. The movement of the armature causes a counterinduction, which is caused by a magnetic flux change. This change and a change in the geometry of the assembly due to the position change of the armature lead to the actual current flow 33 from the start of the run 34 until a knocking of the armature on a stroke stop at a stop time 35 runs lower compared to a course without an armature movement. Furthermore, the inductance L of the system, consisting of the current waveform i, the operating voltage U _board and the resistance R of the magnetic coil changes 15 can be determined according to U _bord = i * R + L * di / dt

3 zeigt in einem zweiten Diagramm 40 Signalverläufe zur Bestimmung des Loslaufzeitpunkts 34. Die Signalverläufe sind entlang einer zweiten Zeitachse 45 und einer Signalachse 41 abgetragen. Signale, die bereits in 2 verwendet wurden, sind mit den gleichen Bezeichnern benannt. Ein erster Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Bestimmung eines modellierten Stromverlaufs 43 wie er für einen unbewegten Anker in der Magnetspule 15 gelten würde. Dieser modellierte Stromverlauf 43 gehorcht der Gleichung i = i_s·(1 – e^–t/τ) mit einem Sättigungsstrom i_s und einer Zeitkonstanten τ. Zur Bestimmung des modellierten Stromverlaufs 43 werden aus Werten i1 und i2 des tatsächlichen Stromverlaufs 33 zu einem ersten Zeitpunkt 46 t1 und einem zweiten Zeitpunkt 47 t2, wobei der zweite Zeitpunkt 47 t2 = 2·t1 gewählt ist, Sättigungsstrom i_s und die Zeitkonstante τ bestimmt nach den Formeln:

und

i_s = i1/(1 – e^–t1/τ).

3 shows in a second diagram 40 Waveforms for determining the start-up time 34 , The waveforms are along a second time axis 45 and a signal axis 41 ablated. Signals already in 2 are used, are named with the same identifiers. A first step of the method according to the invention is the determination of a modeled current profile 43 as he is for a stationary anchor in the solenoid 15 would apply. This modeled current waveform 43 obeys the equation i = i _s * (1-e ^{-t / τ} ) with a saturation current i _s and a time constant τ. To determine the modeled current profile 43 become values i1 and i2 of the actual current waveform 33 at a first time 46 t1 and a second time 47 t2, the second time 47 t2 = 2 * t1, saturation current i _s and the time constant τ are determined according to the formulas:

and

i _s = i1 / (1-e ^{-t1 / τ} ).

Eine Stromdifferenz 44 ergibt sich aus der Differenz des modellierten Stromverlaufs 43 und des tatsächlichen Stromverlaufs 33. Überschreitet die Stromdifferenz 44 einen vorgegebenen Strom-Schwellwert 49, wird geschlossen, dass der Loslaufzeitpunkt 34 erreicht ist. A current difference 44 results from the difference of the modeled current profile 43 and the actual current flow 33 , Exceeds the current difference 44 a predetermined current threshold 49 , it is concluded that the release date 34 is reached.

In einer erweiterten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zusätzlich eine Zeitableitung 42 der Stromdifferenz 44 gebildet. Für die Zeitableitung 42 wird als Kriterium für das Erreichen des Loslaufzeitpunkts 34 ein Ableitungs-Schwellwert 48 festgelegt. Überschreitet die Stromdifferenz 44 den vorgegebenen Strom-Schwellwert 49 und überschreitet die Zeitableitung 42 den Ableitungs-Schwellwert 48 kann mit verbesserter Sicherheit und Genauigkeit auf das Erreichen des Loslaufzeitpunkts 34 geschlossen werden.In an extended variant of the method according to the invention is additionally a time derivation 42 the current difference 44 educated. For the time derivation 42 is used as the criterion for reaching the start time 34 a derivative threshold 48 established. Exceeds the current difference 44 the predetermined current threshold 49 and exceeds the time derivation 42 the derivative threshold 48 can reach the start time with improved safety and accuracy 34 getting closed.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 10139142 A1 [0004]
DE 19607073 A1 [0005]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

WEISSWELLER in CIT (72), pages 441-449, 2000 [0004]

Claims

Method for detecting a time of departure ( 34 ) of an electromechanical actuator after activation of a solenoid driving the actuator ( 15 ), whereby the start time ( 34 ) of the actuator by means of evaluation of a temporal actual current profile ( 33 ) through the magnetic coil ( 15 ), characterized in that a modeled current waveform ( 43 ) through the magnetic coil ( 15 ) is determined on the assumption of a non-moving actuator that the actual current waveform ( 33 ) during the activation of the magnetic coil ( 15 ) and with the modeled current profile ( 43 ) is compared and that upon reaching a predetermined deviation of both current histories of each other, the release time ( 34 ) is recognized.

A method according to claim 1, characterized in that the deviation of the current waveforms from a difference of the current waveforms or from a time change of the difference of the current gradients or from a difference of the temporal change of the current gradients, each considered individually or in combination of the process characteristics, is determined.

Method according to claim 1 or 2, characterized in that the modeled current profile ( 43 ) at at least two times t1, t2 ( 46 . 47 ) before the expected start time ( 34 ) determined current values.

Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that values of the current waveforms ( 33 . 43 ) are determined at discrete points in time and that when the predefined deviation is reached at a discrete point in time, the discrete point in front of it as the start-of-run point ( 34 ) is defined.

Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the predetermined deviation of the current waveforms, in which the release time ( 34 ) is determined in dependence on operating parameters of the system driven by the electromechanical actuator.

Device for detecting a start-up time ( 34 ) of an electromechanical actuator after activation of a solenoid driving the actuator ( 15 ), with a control device and means for determining a temporal actual current profile ( 33 ) through the magnetic coil ( 15 ), characterized in that in the control unit a program sequence for determining a modeled current profile ( 43 ) through the magnetic coil ( 15 ) is provided assuming a non-moving actuator that a comparison stage for comparing the actual current waveform ( 33 ) during the activation of the magnetic coil ( 15 ) with the modeled current profile ( 43 ) and that thresholds for the deviation for determining the time of departure ( 34 ) are provided from the deviation of both current curves.

Apparatus according to claim 6, characterized in that the magnetic coil ( 15 ) Part of a diaphragm pump ( 14 ) for promoting a urea-water solution for the reduction of nitrogen oxides by means of selective catalytic reduction in an exhaust gas duct ( 22 ) of an internal combustion engine or that the magnetic coil ( 15 ) Is part of a solenoid valve.

Application of the method or the device according to one of the preceding claims for determining a start-up time ( 34 ) one of a magnetic coil ( 15 ) driven actuator of a diaphragm pump ( 14 ) and for determining one with the membrane pump ( 14 ) generated pressure of a liquid in a printing system from the start of ( 34 ).