DE102013201567B4 - Verfahren zur Korrektur des Schließ- oder Öffnungszeitpunktes eines magnetischen Aktuators - Google Patents

Verfahren zur Korrektur des Schließ- oder Öffnungszeitpunktes eines magnetischen Aktuators Download PDF

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Abstract

Verfahren zur Korrektur des Schließ- oder Öffnungszeitpunktes eines elektrisch betätigten magnetischen Aktuators mit den Schritten:Ermitteln der Zeitdifferenz zwischen dem Beginn der Bestromung des Magnetischen Aktuators und dem Erreichen eines vorgegebenen Referenzwertes (Iref) durch den Strom (I),Ermitteln der Abweichung (Δt) der ermittelten Zeitdifferenz von einer Soll-Zeitdifferenz,Korrigieren des Zeitpunktes des Beginns der Bestromung des magnetischen Aktuators um die ermittelte Zeitdifferenz-Abweichung (Δt),dadurch gekennzeichnet,dass die Zeitdifferenz zwischen dem Beginn der Bestromung des magnetischen Aktuators und dem Erreichen eines vorgegebenen Referenzwertes durch den Strom mittels eines präzisen Messgeräts außerhalb und mittels einer Messschaltung innerhalb eines bzw.des das Ventil ansteuernden Steuergeräts ermittelt wird, dass eine resultierende Messfehler-Abweichung (5t) im Steuergerät gespeichert wird und dass bei späteren Korrekturen des Zeitpunktes des Beginns der Bestromung des magnetischen Aktuators um die ermittelte Zeitdifferenz-Abweichung (Δt) die gespeicherte Messfehler-Abweichung (5t) mitberücksichtigt wird.

Description

  • Magnetische betätigte Aktuatoren dienen z.B. in Hochdruckpumpen dazu, das Volumen der geförderten Kraftstoffmenge zu steuern. Hierzu wird zumeist durch elektrische Steuerung ein beweglicher Anker des Aktuators bzw. Ventils betätigt. In einer Anordnung mit stromlos offenem Aktuator erfolgt die Steuerung des Volumens über den Zeitpunkt für das Schließen des als Ventil fungierenden Aktuators. Je genauer dieser Zeitpunkt gesteuert bzw. erreicht werden kann, umso höher ist der Wirkungsgrad der Förderung, da weder zu viel Kraftstoff (zu frühes Schließen) noch zu wenig Kraftstoff (zu spätes Schließen) erreicht wird. Je genauer die für eine bestimmte Pumpe optimale Förderung der Kraftstoffmenge erreicht wird, umso weniger kommt es zu Pulsationen (Druckschwankungen) im Hochdruck-Rail eines Kraftstofffördersystems in einem Kraftfahrzeug.
  • In der Praxis wird derzeit ein magnetisch betätigter Aktuator (Ventil) mit der in einem Kraftfahrzeug vorhandenen Batteriespannung bestromt, wodurch aufgrund der Leitungswiderstände, des Wicklungswiderstands der Magnetspule im Aktuator und deren Induktivität ein exponentieller Anstieg des Stromes erfolgt. Hierdurch baut sich ein Magnetfeld auf, durch das auf den Anker eine Kraft ausgeübt wird, die in Gegenrichtung zur Kraft der Schließfeder wirkt. Wenn die beiden Kräfte im Gleichgewicht sind, beginnt sich der Anker vom offenen in Richtung des vollständig geschlossenen Zustands zu bewegen und wird durch den weiter ansteigenden Strom und das dadurch stärker werdende Magnetfeld beschleunigt, bis sie den vollständig geschlossenen Zustand erreicht hat. Nachfolgend wird die an der Magnetspule anliegende Spannung wieder reduziert und durch periodisches Ein- und Ausschalten ein um zwei Regelpunkte variierender Stromfluss durch die Magnetspule erzeugt, so dass das dadurch erzeugte Magnetfeld die Düsennadel in der geschlossenen Position hält. Für dieses Halten in der geschlossenen Position ist nur ein geringerer Strom erforderlich, als es für das Schließen der Fall ist, da im letzteren Fall nicht nur Arbeit gegen die Federkraft verrichtet sondern auch der Anker gegen deren Trägheit beschleunigt werden muss.
  • Da somit vom Beginn der Bestromung der Magnetspule des magnetischen Aktuators an bis zu dem Zeitpunkt, zu dem das Ventil als vollständig geschlossen angesehen wird, eine gewisse Zeit vergeht, muss entsprechend zu einem früheren Zeitpunkt mit der Bestromung begonnen werden, als der gewünschte Schließzeitpunkt vorgegeben ist. Diese Zeitspanne kann jedoch aufgrund von Toleranzen der Widerstände der Leitungen - insbesondere des Kabelbaums im Fahrzeug, in dem der Aktuator (das Ventil) eingebaut ist - und der Magnetspule sowie der Induktivität von Ventil zu Ventil variieren, insbesondere kann auch durch Alterungserscheinungen insbesondere durch Veränderung des Kabelbaums im Fahrzeug sich im Betrieb eine andere Zeitdauer ergeben als dies im Labor gemessen wurde. Zudem muss berücksichtigt werden, dass üblicherweise bei der Festlegung der Zeiten in einem Algorithmus, der zur Ansteuerung des Aktuators in einem dafür vorgesehenen Steuergerät abläuft, nur die im Labor gemessenen Eigenschaften eines Ventils und die geschätzten Werte für den Widerstand des Kabelbaums herangezogen werden.
  • Um diesem Problem zu begegnen schlägt die JP 2002-004 921 A vor, im Betrieb des magnetischen Aktuators das Erreichen eines vorgegebenen Referenzwertes für den Strom durch die Magnetspule des Aktuators zu ermitteln und die dafür seit Beginn der Bestromung erforderliche Zeit mit einem vorgegebenen Soll-Zeitdifferenzwert zu vergleichen, um die daraus ermittelte Abweichung beim Beginn des Schließvorgangs bei der Beendigung des Schließvorgangs durch entsprechendes früheres oder späteres Abschalten des Ventils zu kompensieren. Hierdurch kann jedoch nur die Einspritzdauer korrigiert werden.
  • DE 10 2010 030 545 A1 offenbart ein Verfahren zur Regelung eines Kraftstoffeinspritzsystems einer Brennkraftmaschine, bei welchem mittels einer Steuereinheit ein Befehl zum Starten eines Einspritzvorgangs von Kraftstoff durch ein Einspritzventil ausgegeben wird und bei welchem die Steuereinheit bei der Ermittlung des Zeitpunkts der Ausgabe des Befehls zum Starten des Einspritzvorgangs durch die Mechanik des Einspritzventils bedingte Verzögerungen berücksichtigt. Des Weiteren berücksichtigt die Steuereinheit bei der Ermittlung des Zeitpunkts der Ausgabe des Befehls zum Starten des Einspritzvorgangs einen Korrekturwert, der den Kraftstoffdruck in der Injektorzuleitung beschreibt.
  • DE 10 2006 016 519 A1 offenbart ein Verfahren zur Erzeugung wenigstens eines Signals, das wiedergibt, ob ein Einspritzventil, das auf ein Einspritzsignal zur Einspritzung von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine geöffnet wird und bei der Einspritzung Kraftstoff als Leckagekraftstoff in eine Leckagekraftstoffleitung abgibt, auf ein Einspritzsignal hin zur Einspritzung geöffnet wurde, bei dem eine Abgabe von Leckagekraftstoff durch das Einspritzventil in die Leckagekraftstoffleitung unter Bildung des Signals detektiert wird.
  • DE 10 2010 042 853 A1 offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Ansteuerung eines Injektors in einer Kraftstoffeinspritzanlage einer Brennkraftmaschine.
  • DE 10 2008 031 477 A1 offenbart ein Verfahren zum Ausgleichen von veränderlicher Kraftstoffeinspritzventil-Charakterisierung bei einer Direkteinspritzanlage.
  • DE 10 2010 042 467 A1 offenbart ein Verfahren ein zum Ermitteln des Öffnungszeitpunkts eines einen Spulenantrieb aufweisenden Steuerventils eines indirekt angetriebenen Kraftstoffinjektors für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges.
  • Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine höhere Präzision bei der Erzielung einer mittels des magnetischen Aktuators gesteuerten Fördermenge beispielsweise einer Kraftstoffpumpe zu erzielen.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Gemäß Anspruch 1 soll bei einem Verfahren zur Korrektur des Öffnungszeitpunktes eines elektrisch betätigten magnetischen Aktuators zunächst die Zeitdifferenz zwischen dem Beginn der Bestromung des magnetischen Aktuators und dem Erreichen eines vorgegebenen Referenzwertes durch den Strom ermittelt werden. Anschließend soll die Abweichung der ermittelten Zeitdifferenz von einer Sollzeitdifferenz ermittelt und schließlich der Zeitpunkt des Beginns der Bestromung des magnetischen Aktuators um die ermittelte Zeitdifferenz-Abweichung korrigiert werden.
  • Wenn also beispielsweise der Kabelbaum einen größeren Widerstand hat als zunächst angenommen wurde und daher der vorgegebene Referenzwert für den Strom durch den tatsächlich fließenden Strom zu einem späteren Zeitpunkt erreicht wird als ursprünglich errechnet wurde und in einem Algorithmus niedergelegt ist, wird diese Abweichung erkannt und der Zeitpunkt des Beginns der Bestromung des magnetischen Aktuators um den ermittelten Wert für die Abweichung vorverlegt. Auf diese Weise wird erreicht, dass trotz einer in diesem Fall längeren Dauer des Anstiegs des Stromes und damit der Dauer vom Beginn der Bewegung des Ankers bis zu deren Anschlag im geschlossenen Zustand dieser zum gewünschten Zeitpunkt erreicht wird.
  • Die Messung des Stromes und der Vergleich mit dem Referenzwert können sowohl durch hardwaremäßig realisierte Schaltungen als auch nach einer A/D-Wandlung mittels eines in einem Mikroprozessor ablaufenden Algorithmus erfolgen. Außerdem sind Mischformen möglich.
  • Der Referenzwert kann beliebig vorgegeben werden, es ist jedoch von Vorteil, wenn ein Wert herangezogen wird, der nahe dem Stromwert ist, bei dem das Ventil geschlossen ist.
  • Es ist außerdem möglich, mehrere Referenzwerte vorzugeben und die dazu gehörenden Zeitdifferenzen zu ermitteln und beispielsweise einen Mittelwert daraus zur Korrektur zu verwenden.
  • Da die Messung des Stromes gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren innerhalb des den Aktuator ansteuernden Steuergeräts erfolgt, wird die dazu erforderliche Messschaltung aus Kostengründen üblicherweise nicht hochpräzise arbeiten. Die Zeitdifferenz zwischen dem Beginn der Bestromung des magnetischen Aktuators und dem Erreichen eines vorgegebenen Referenzwertes wird durch den Strom mittels eines präzisen Messgeräts außerhalb und mittels einer Messschaltung innerhalb eines bzw. des das magnetischen Aktuators ansteuernden Steuergeräts ermittelt. Eine daraus resultierende Messfehler-Abweichung wird im Steuergerät gespeichert und bei späteren Korrekturen des Zeitpunkts des Beginns der Bestromung des magnetischen Aktuators um die ermittelte Zeitdifferenz-Abweichung die gespeicherte Messfehler-Abweichung mitberücksichtigt. Damit können in vorteilhafter Weise nicht nur Einflüsse von Systemkomponenten, die bei der Konzipierung des Systems noch nicht im Detail bekannt sind, sowie statistische Abweichungen der Werte der verwendeten Komponenten, sondern auch konstruktionsbedingte Abweichungen der ermittelten Werte aufgrund von Messfehlern berücksichtigt werden.
  • Unabhängig vom erfindungsgemäßen Verfahren kann auch der Schließzeitpunkt des magnetischen Aktuators abhängig von den ermittelten Abweichungen korrigiert werden.
  • In einer vorteilhaften Ausbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Korrektur des Öffnungszeitpunktes bei der Erstinbetriebnahme des magnetischen Aktuators, wobei der korrigierte Wert für den Beginn der Bestromung in einem das Ventil ansteuernden Steuergerät gespeichert wird.
  • Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass die Dauer für das Schließen des magnetischen Aktuators in der tatsächlichen Umgebung unter realen Bedingungen ermittelt wird und somit eine präzise Korrektur möglich ist. Außerdem kann dies individuell für jedes Ventil vorgenommen werden, ohne dass auf statistische Mittelwerte zurückgegriffen werden muss.
  • In Erweiterung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Korrektur des Schließzeitpunktes nicht nur nach der Erstinbetriebnahme sondern auch nach dem Austausch von für den Betrieb des magnetischen Aktuators wesentlicher Komponenten, die die Dauer der Bewegung des Ankers vom offenen in den geschlossenen Zustand des magnetischen Aktuators beeinflussen.
  • Schließlich kann in vorteilhafter Weiterbildung diese Korrektur in regelmäßigen Abständen insbesondere im Rahmen der regelmäßigen Inspektionen erfolgen, um Alterungsänderungen zu berücksichtigen.
  • Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit Hilfe einer Figur näher erläutert werden.
  • Die 1 zeigt dabei den Anstieg eines Stromes I durch die Magnetspule eines magnetisch betätigten Aktuators beispielsweise einer Hochdruckpumpe abhängig von der Zeit t, wobei der Beginn der Bestromung zu einem Zeitpunkt t0 erfolgen soll. Der Anstieg zeigt den aufgrund der Serienschaltung von Widerständen mit der Induktivität der Magnetspule sich ergebenden exponentiellen Verlauf. Dabei sind zwei mit durchgezogener Linie dargestellte Kurven gezeigt, die sich aufgrund unterschiedlicher Kabelbaumwiderstände RK1, RK2 ergeben. Durch den unterschiedlichen Verlauf dieser beiden Kurven für den Strom I ergeben sich unterschiedliche Zeitpunkte, bei denen der Strom I einen Referenzwert für den Strom Iref erreicht. Im Falle eines kleineren Kabelbaumwiderstandes RK1 ist der Anstieg des Stromes schneller und erreicht bereits zu einem Zeitpunkt t1 den Referenzwert Iref. Entsprechend ist der Verlauf bei einem größeren Kabelbaumwiderstand RK2 etwas flacher, so dass der Referenzwert Iref erst zu einem Zeitpunkt t2 erreicht wird.
  • Wenn der steilere Verlauf der zunächst bei der Konzipierung der Hochdruckpumpe angenommene Verlauf aufgrund eines geschätzten Kabelbaumwiderstandes RK1 ist, so ergibt sich entsprechend eine Abweichung des Zeitpunkts des Erreichens des Referenzwertes Iref, der ein Maß für das vollständige Öffnen des magnetischen Aktuators sein soll, um einen Wert Δt.
  • In erfindungsgemäßer Weise wird nun der Beginn der Bestromung der Magnetspule des magnetischen Aktuators um diesen Wert der Zeitdifferenzabweichung Δt nach vorne auf einen Zeitpunkt t3 verschoben. Hierdurch wird erreicht, wie der Figur zu entnehmen ist, dass trotz des flacheren Verlaufs des Stromanstiegs bei einem größeren Kabelbauwiderstand RK2 der Referenzwert Iref wieder zum Zeitpunkt t1 erreicht wird.
  • Da diese Messung in vorteilhafter Weise bei der Erstinbetriebnahme des Fahrzeugs im realen Umfeld nämlich beim Anschluss des Steuergeräts an den Aktuator (das Ventil) über den Kabelbaum des Fahrzeugs erfolgt, wird hierzu und für spätere Messungen eine im Steuergerät verbaute Messschaltung verwendet, die aus Kostengründen relativ einfach aufgebaut ist.
  • Hierdurch können jedoch Messfehler entstehen, die dadurch ausgeglichen werden können, dass im Labor zuvor dieser Messfehler ermittelt, als ein Wert δt in einem Speicher des Steuergeräts abgelegt und wie die Zeitdifferenz-Abweichung bei der Korrektur des Beginns der Bestromung des Magnetischen Aktuators mitberücksichtigt wird.
  • Im dargestellten Beispiel sei der mittels der Steuergerät-internen Messschaltung ermittelte Wert der Zeitdifferenz um den Wert δt zu groß, so dass auch dieser durch eine entsprechende zeitliche Vorverlagerung auf einen Zeitpunkt t4 für den Beginn der Bestromung des magnetischen Aktuators korrigiert wird.
  • Aufgrund des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Korrektur des Öffnungszeitpunktes eines magnetischen Aktuators für beispielsweise eine Hochdruckpumpe in einem Kraftstofffördersystem in einem Kraftfahrzeug ist es möglich, trotz unterschiedlicher Widerstandswerte für Kabelbäume in verschiedenen Fahrzeugen sowie Streuungen der Werte der Wicklungswiderstände und Induktivitäten der Magnetspule im Aktuator für jedes Ventil den vorgesehenen Schließzeitpunkt präzise zu erreichen.

Claims (4)

  1. Verfahren zur Korrektur des Schließ- oder Öffnungszeitpunktes eines elektrisch betätigten magnetischen Aktuators mit den Schritten: Ermitteln der Zeitdifferenz zwischen dem Beginn der Bestromung des Magnetischen Aktuators und dem Erreichen eines vorgegebenen Referenzwertes (Iref) durch den Strom (I), Ermitteln der Abweichung (Δt) der ermittelten Zeitdifferenz von einer Soll-Zeitdifferenz, Korrigieren des Zeitpunktes des Beginns der Bestromung des magnetischen Aktuators um die ermittelte Zeitdifferenz-Abweichung (Δt), dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitdifferenz zwischen dem Beginn der Bestromung des magnetischen Aktuators und dem Erreichen eines vorgegebenen Referenzwertes durch den Strom mittels eines präzisen Messgeräts außerhalb und mittels einer Messschaltung innerhalb eines bzw. des das Ventil ansteuernden Steuergeräts ermittelt wird, dass eine resultierende Messfehler-Abweichung (5t) im Steuergerät gespeichert wird und dass bei späteren Korrekturen des Zeitpunktes des Beginns der Bestromung des magnetischen Aktuators um die ermittelte Zeitdifferenz-Abweichung (Δt) die gespeicherte Messfehler-Abweichung (5t) mitberücksichtigt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrektur des Öffnungszeitpunktes bei der Erst-Inbetriebnahme des magnetischen Aktuators erfolgt und der korrigierte Wert für den Beginn der Bestromung in einem das Ventil ansteuernden Steuergerät gespeichert wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrektur des Schließzeitpunktes nach dem Austausch von für den Betrieb des magnetischen Aktuators wesentlicher Komponenten erfolgt.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrektur in regelmäßigen Abständen nach der Erst-Inbetriebnahme des magnetischen Aktuators erfolgt.
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