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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Detektieren eines Betriebszustands eines Aktors, der einen Solenoid / eine Magnetspule aufweist, wobei ein Spannungsverlauf eines durch die Magnetspule fließenden elektrischen Stroms erfasst wird.
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Solenoide, die auch als Hubmagnete, Spulen, Drehmagnete, Elektromagnete, Magnetspulen, Schaltmagnete, Solenoidspulen oder Zylinderspulen bezeichnet werden können, oder elektromagnetisch angetriebene Aktoren (Aktuatoren), wie zum Beispiel „Solenoidventile“, werden in der Automobilindustrie, in der Chemieindustrie, in der Energie(erzeugenden)industrie, benachbarten Maschinenbaubereichen und im Medizinbereich eingesetzt. Ein blockierter oder nichtblockierter Status dieses Aktuators oder der Ventile während des Betriebs ist für ein Steuern/Regeln und eine Diagnose von großer Bedeutung.
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Vorliegend wird ein innovatives/erfinderisches Verfahren zum Detektieren des Bewegungsstatus eines elektromagnetischen Aktors vorgestellt, d.h., zum Feststelen, ob ein feststeckender/blockierter oder nicht-feststeckender/nichtblockierter Zustand vorliegt. Das Verfahren ist insbesondere in dem von INA vorgestellten UniAir-System einsetzbar. Dieses System basiert auf der Abfallcharakteristik von Spitzenströmen des gesamten Steuerstroms des Aktors bei einem feststehenden (fixed) Spitzenstromlevel.
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Das sogenannte UniAir-System ist ein voll variables Ventiltriebsystem und ermöglicht eine nahezu beliebige Variation des Ventilhubs eines Verbrennungsmotors/einer Verbrennungskraftmaschine.
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Das UniAir-System besteht aus einem von einer Nockenwelle angetriebenen, mechanisch-hydraulischen Aktuator/Aktor mit integrierten, elektrischen Hydraulikschaltventilen und einer Ventilsteuerungs-Software, die in der Gesamtmotorsteuerung implementiert wird. Die Übertragung der Nockenkontur auf das Motorventil erfolgt über ein definiertes Ölvolumen. Durch eine entsprechende Ansteuerung der hydraulischen Schaltventile kann dieses Ölvolumen kontrolliert werden. Dadurch wird eine gezielte Veränderung der Motorventilhubkurve hinsichtlich des Zeitpunkts einer Öffnungs- und Schließflanke sowie des Ventilhubs ermöglicht. Darüber hinaus sind auch mehrfache Ventilhübe während einer Umdrehung (Multilift) möglich. Durch diese Technologie können erhebliche Verbrauchs- und Emissionsreduzierungen dargestellt werden, wie auch eine deutliche Verbesserung des Drehmomentverlaufs über das gesamte Drehzahlband des Motors auftritt.
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Die derzeit genutzte Strategie in dem UniAir-System nutzt das Abfallverhalten des Stroms, wobei eine V-Form auftritt, um Solenoidventil zu detektieren, und ob ein blockierter oder hängen bleibender/stecken bleibender Zustand vorliegt.
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Bei bestimmten Arbeitsbedingungen funktioniert dies ganz gut, bei anderen Arbeitsbedingungen ist jedoch ein nur mangelhaftes Funktionieren festzustellen, insbesondere wenn höhere Temperaturen vorliegen, ein höherer Steuerstrom vorliegt oder ein sehr schneller Aktuator zu bedienen ist. Tatsächlich kann anhand nur der V-Form nicht auf einen blockierten oder nicht blockierten Aktor zurückgeschlossen werden, was in einer falschen Diagnose resultiert. Der Mangel einer solchen passiven Detektion wirkt sich negativ auf die Robustheit der Detektier-/Diagnostiziermethode aus.
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Die Strategie kann aber so kalibriert werden, dass sie ein nicht hängen bleibendes Solenoid mit einer höheren Sicherheit identifiziert. Trotzdem gibt es immer noch häufig fehlerhafte Detektionen für ein Steckenbleiben des Solenoids. Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, hier Abhilfe zu schaffen, und die besagten Schwierigkeiten zu beseitigen, um eine verlässliche Detektion zu ermöglichen und fehlerhafte Detektionen auf ein Minimum zu reduzieren.
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Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zum Detektieren eines Betriebszustandes eines Aktors, der eine Magnetspule aufweist, wobei ein Spannungsverlauf eines durch die Magnetspule fließenden elektrischen Stroms erfasst wird, dadurch gelöst, dass ein Spannungsabfall von einem ersten lokalen Spannungsmaximum zu einem Spannungsminimum vor einem nachfolgenden zweiten Spannungsmaximum erfasst wird, wobei die Form des Spannungsabfalls zum lokalen Spannungsminimum und/oder die Form des Spannungsanstiegs zum zweiten lokalen Spannungsmaximum zum Ermitteln des Betriebszustandes genutzt wird.
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In einem Solenoidaktor kann ein Kern, der zum Sich-Bewegen ausgelegt ist, an bestimmten Positionen blockiert werden oder hängen bleiben, beispielsweise durch einen Herstelldefekt, ein Altern des Solenoids, ungenügende Schmierung, extreme Temperaturen, oder weitere Einflussfaktoren. Der Status des sich bewegenden Kerns ist wichtig, ermittelt zu werden, um in einem Kontrollsystem Verwendung zu fingen. Insbesondere kann nun die Diagnose korrekt und schnell ablaufen, um über den Bewegungsstatus ein Kontrollsystem zu informieren. Es wird dann mitgeteilt, ob der bewegliche Kern blockiert/hängen geblieben ist oder sich bewegt wie erwartet. Wenn diese Statusinformation fehlen würde, wäre es für ein Kontrollsystem schwierig, den Aktor korrekt zu steuern/regeln/kontrollieren.
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Wenn das Solenoidventil mit seinem beweglichen Kern blockiert ist, und dies undetektiert bleibt (zum Beispiel bei dem UniAir-System), können schwere Konsequenzen auftreten, wie zum Beispiel ein unerwartetes Langsamer-Werden einer Verbrennungskraftmaschine/eines Motors oder des Fahrzeugs, ein Auftreten von unverbranntem Treibstoff in einem Zylinder einer Verbrennungskraftmaschine, das zu einer Explosion oder einem hydraulischen Sperren führen kann, ein Verschlechtern der Verbrennung, ein Fehlzünden, höheren Emissionswerten, Schäden am Kolbenkopf, insbesondere wenn zum Beispiel ein mechanisches Ventil offen ist oder offen gehalten wird, so dass es zum falschen Zeitpunkt mit dem Kolbenkopf kollidiert, wodurch im schlimmsten Fall die Verbrennungskraftmaschine einen Totalschaden aufweist. Auch nicht gut ist es, wenn auf der anderen Seite ein gut funktionierendes Solenoidventil fälschlicherweise als blockiertes Solenoidventil identifiziert wird, was nur unnötige und kostenintensive Rücksendungen zum Solenoidventilhersteller nach sich zieht.
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Die erfindungsgemäße Methode/das erfindungsgemäße Verfahren, wie es hier vorgestellt wird, stellt eine aktive Diagnosestrategie zur Verfügung, um die Schwächen und Nachteile passiver Diagnoseverfahren zu beseitigen und das Detektieren eines Blockierstatus verlässlich und robust bei unterschiedlichsten vorliegenden Rahmenbedingungen zu machen.
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Mit anderen Worten besteht die erfinderische Lösung der Aufgabe darin, einen V-förmigen Verlauf eines Steuerstroms, der genutzt wird, um ein Solenoid anzutreiben, präzise auszulesen. Ein Talpunkt (valley point) eines V-förmigen Stromverlaufes, wenn eingetragen in einem Diagramm, korrespondiert mit einer rechten Stoppposition des beweglichen Kerns des Solenoids. Die V-förmige Form mit ihrem Talpunkt wird durch den Solenoidkern, insbesondere durch sein Abstoppen, hervorgerufen und durch Spannungsstempel/Spannungssiegel (current chops) bei vordefinierter Frequenz, nachdem ein Strom sein Maximum erreicht hat, detektiert. Die V-Formen, hervorgerufen durch unterschiedliche Spitzenströme eines blockierten und eines nicht blockierten Kerns eines Solenoids, haben unterschiedliche Eigenschaften, insbesondere derart, dass sich die Form der Strom-V-Form für ein normales arbeitendes Solenoid im großen Rahmen verändert, falls sein Spitzenstrom (als Teil des Steuerstroms) ansteigt oder fällt, sowie derart, dass die Form der Strom-V-Form für ein Solenoid mit blockiertem Kern sich in kleinem Maßstab verändert, falls der Spitzenstrom ansteigt oder abfällt. Mit anderen Worten, wenn also das Solenoid normal funktioniert, sind große Veränderungen wahrzunehmen, wenn das Solenoid blockiert ist, also einen blockierten Kern aufweist, sind nur kleine Veränderungen bezüglich des Stromverlaufs wahrzunehmen.
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Die Detektionsmethode/das Detektionsverfahren zum Erfassen eines blockierten Kerns in einem Solenoid, beschrieben im vorliegenden Dokument, basiert auf dem vorstehend genannten Verhalten des Steuerstroms.
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Um den Grad der V-Form-Veränderung beurteilen zu können, kann einer oder mehrere bzw. eine Kombination von verschiedenen nachfolgenden Parametern genutzt werden, um als Indikator für den Hängen-Bleiben-Status des Solenoids eingesetzt zu werden:
- • die Höhe des ersten Abfalls der V-Form;
- • die Zeitdifferenz vom ersten Spitzenstrom zum Talpunkt der V-Form;
- • die Fläche unter dem Stromabfallpfad und seine komplementäre Fläche (darüber);
- • die Fläche unter dem Stromanstiegspfad und seine komplementäre Fläche / Gegenfläche (darüber);
- • der Flächenschwerpunkt der Flächen über oder unter den abfallenden Abschnitten oder ansteigenden Abschnitten angrenzend an den Talpunkt;
- • der Schwerpunkt der besagten vier Gebiete;
- • das Verhältnis zwischen den einzelnen Gebieten; und
- • die Summe aus unterschiedlichen Gebieten.
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Wenn das Gebiet unter dem abfallenden Pfad / Stromabfallpfad, angrenzend an den Talpunkt, als Gebiet 1 bezeichnet wird, und das darüber befindliche komplementäre Gebiet als Gebiet 3 bezeichnet wird, so wird das Gebiet unter einem ansteigenden Pfad / Stromanstiegspfad, abgehend von dem Talpunkt, als Gebiet 2 bezeichnet, und das komplementär darüber befindliche Gebiet als Gebiet 4 bezeichnet. Verhältnisse der Gebiete 1 zu 3, 2 zu 4, 1 zu 2, 3 zu 4 und so weiter sind denkbar, genauso wie die Summen der Gebiete 1 und 2, sowie 3 und 4, sowie 1 und 3, sowie 2 und 4 denkbar sind, um aussagekräftig herangezogen zu werden.
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Ein idealer und effizienter Indikator soll ein Parameter sein, welcher sensitiv nur auf die Information ist, welche benötigt wird, und unsensibel auf andere Informationen reagiert, wie beispielsweise die Art und die Temperatur des Solenoids. Des Weiteren hängt die Auswahl des Indikators auch von der Einfachheit des Berechnens, der CPU-Last, dem Solenoiddesign und seinem Einsatz sowie Umgebungsbedingungen ab.
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Mit dem vorgestellten Verfahren einer aktiven Diagnose wird eine weite Selektion/Auswahl eines hängen bleibenden Solenoids als Indikator möglich. Im vorliegenden Dokument ist das Gebiet 1 zu Demonstrationszwecken genutzt, wobei jedoch auch andere Indikatoren ebenfalls zufriedenstellend arbeiten.
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Das Betriebs-Aktivierungs-Timing für das Verfahren sollte optimiert disponiert werden, insbesondere um eine aktive Diagnosestrategie zu erhalten. Die Strategieaktivierung sollte so wenig wie möglich Seiteffekte auf das gesamte Kontrollsystem nach sich ziehen oder keinen Systemeinfluss als solchen aufweisen.
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In vielen Anwendungen ist ein Solenoidaktor intervallartig betrieben, wie auch in 1 dargestellt ist.
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Dabei ist mit einer Linie 1 ein normaler Steuerstrom dargestellt und mit einer gepunktet dargestellt Linie 2 ein Beprobungsstrom gekennzeichnet. In 2 ist ebenfalls ein normaler Steuerstrom mit durchgezogener Linie dargestellt, wohingegen ein aktuierender Beprobungsstrom, der also auch für eine normale Aktuierung benutzt wird, mit einer strichlinierten Linie 3 gekennzeichnet ist.
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Wie in 1 zu erkennen, gibt es Zeitabschnitte, in denen keine Aktuierung benötigt ist. Das hier beschriebene Detektionsverfahren nutzt diese Zwischenzeiten, um einen Beprobungsstrom 2 in diesen Leerzeiten zu verwenden. Der Beprobungsstrom wird sich wiederholend eingesetzt, um die Verlässlichkeit und Robustheit zu verbessern.
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Für solche Applikationen, in denen nur kurze Leerzeiten oder überhaupt keine Leerzeiten/Abstände/Lücken vorhanden sind, kann der Beprobungsstrom 2 auch aktuierend wirken, nämlich als aktuierender Beprobungsstrom 3. Hierbei wird auf 2 verwiesen.
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In 3 ist ein elektromagnetischer Aktor wiedergegeben, der eine Spule 4, einen bewegbaren Kern 5, einen linken Anschlag 6 und einen rechten Anschlag 7 aufweist. Die beiden Anschläge 6 und 7 wirken stoppend auf den Kern 5, der von der Spule 4 umgeben ist. Ein spezieller Steuerstrom liegt an und ist mit dem Bezugszeichen 8 referenziert.
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In 4 ist ein typischer Verlauf des Steuerstroms dargestellt. Der Steuerstrom ist hier mit dem Bezugszeichen 1 referenziert und weist einen Talpunkt 9 auf. Ein Spitzenstromlevel ist mit dem Bezugszeichen 10 referenziert.
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In den 5 und 6 sind zwei Stromverläufe für einen nicht-geblockten Kern und einen geblockten Kern wiedergegeben. Dabei zeigt die durchgezogene Linie 1 den Steuerstrom und die gestrichelt dargestellte Linie einen reduzierten Steuerstrom 11.
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In 7 ist der Steuerstrom 1 in einer sogenannten Gipfelphase 12, zwischen einer „bias phase und einer „hold phase“ wiedergegeben. Die „bias phase“ ist mit dem Bezugszeichen 13 gekennzeichnet und die „hold phase“ mit dem Bezugszeichen 14 gekennzeichnet. Die Gipfelphase kann auch als „peak phase“ bezeichnet werden. Die Spannungsreduktion von einem hohen Spannungslevel zu einem geringen Spannungslevel ist mit dem Bezugszeichen 15 visualisiert. Bei dem ungeblockten Kern ergibt sich eine große Änderung in der V-Form, wohingegen bei der blockierten Variante, wie sie in 6 dargestellt ist, nur eine kleine Veränderung auftritt. Hier wird das Augenmerk auf Δt dargestellt, gelenkt. Der Bereich VII der 5 und 6 ist in 7 vergrößert dargestellt. Ein abfallender Ast ist dabei mit dem Bezugszeichen 16 versehen, und ein ansteigender Ast des Steuerstroms 1 mit dem Bezugszeichen 17 versehen. Die absolute Höhe des Steuerstroms gemessen von einem Talpunkt 17 bis zu einem ersten Gipfelpunkt 18 oder einem zweiten Gipfelpunkt 19 ist mit dem Bezugszeichen 20 markiert. Der Zeitversatz vom ersten Gipfelpunkt 18 bis zum Talpunkt 17 ist mit dem Bezugszeichen 21 versehen.
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Es sei darauf hingewiesen, dass unterschiedliche Anwendungen unterschiedliche Aktividiagnostikentscheidungen benötigen. Für eine Verbrennungskraftmaschine mit einem UniAir-System müssen die nachfolgenden Situationen für die Entscheidung berücksichtigt werden:
- • während eines Multi-Lift-Vorganges: eine normale Steuerstromkurve zum Aktuieren des Einlassventils und eine andere zum Aktivdiagnostizieren eines blockierten Solenoidventils;
- • vor dem Anstieg des „cam profils“ oder danach (dem abfallenden Ast nachgelagert) Aktivieren des Solenoidventils alternativ mit hohen oder niedrigen Strömen ohne Aktuierung des mechanischen Einlassventils;
- • direkt nach einer Motorsynchronisation, wie zum Beispiel während einer „pre-energizing-phase“, Aktivieren des Solenoidventils entweder mit hohen oder niedrigen Strömen für einige wenige Ereignisse;
- • direkt nach dem Betätigen der Zündung (während einer zeitbasierten Aktuierung mit einer „open-loop-current-control“/Steuerung) Aktivieren des Solenoidventils entweder mit hohem und niedrigem Strom für einige wenige Ereignisse;
- • direkt nach dem Zündungsvorgang, bevor der Motor sich dreht, Aktivieren des Solenoidventils entweder mit hohem oder niedrigem Strom für einige wenige Ereignisse, wobei wenige Solenoidventilaktivierungen nicht das Starten des Motors oder dessen Betrieb beeinflussen;
- • während einer „tow-phase“, also einem Schleppbetrieb, wenn die Brennstoffzufuhr abgetrennt ist, werden extra/zusätzliche mechanische Ventilöffnungsvorgänge nicht den Motorbetrieb beeinflussen;
- • während des Leerlaufbetriebs läuft der Motor langsam und einige wenige alternative hohe Ströme und geringe Ströme für das Solenoidventil werden keine zu negativen Effekte auf den Motorbetrieb haben, da keine großen Anforderungen an die Leistung erfüllt werden müssen.
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Zum Produzieren und Detektieren von erkennbaren V-Form-Veränderungen soll ein Optimalstrom bestimmt und zum Solenoid verbracht werden, um diagnostiziert zu werden.
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Der Beprobungsstrom soll um einen kalibrierbaren Wert reduziert werden, wobei der kalibrierbare Wert von der Höhe des Spitzenstroms, der Batteriespannung, der Temperatur und weiteren Parametern abhängt/-hängen kann.
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Im Falle, dass der Beprobungsstrom auch eine normale Aktuierung vornehmen soll, wenn der Solenoidkern nicht blockiert ist, wie in 2 gezeigt, soll der Beprobungsstrom in einer solchen Weise ausgelegt sein, dass die Verlagerung des Talpunktes beim Beprobungsstrom dadurch kompensiert wird. Es wird auf die Verzugszeit δt in 5 verwiesen.
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Der reine Beprobungsstrom ohne Zwang, eine normale Aktuierung durchzuführen, soll so ausgelegt sein, dass er nur die minimal notwendige Eigenschaft aufweist, um die Diagnose, zum Beispiel die in 3 punktiert dargestellte Beprobungsstromausführung bzw. deren Profil ohne Haltephase, wie in 1 gezeigt, durchführen.
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Das vorstehend beschriebene Konzept kann bei UniAir-Systemen mit voll variablem Ventilsystem bei Verbrennungskraftmaschinen eingesetzt sein. In diesem System wird ein Solenoidventil (SV) eingesetzt, um einen hydraulischen Aktor zu steuern/zu regeln, welcher des Weiteren mechanische Einlassventile für eine Verbrennungskraftmaschine betätigt, wie in der 8 dargestellt. Ein Kipphebel 22, ein Nocken 23, eine Pumpe 24, ein Druckreservoir 25, eine mittlere Druckkammer 26, eine Hochdruckkammer 27, das Solenoidventil 28 und ein hydraulischer Aktor 29 sind dabei miteinander kombiniert.
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In 9 ist ein Schaltplan zum Durchführen eines Detektionsprozesses für ein blockiertes Solenoidventil dargestellt. Die Fläche 1 / Gebiet 1 (siehe 7) wird verwendet, um festzustellen, ob das Solenoidventil blockiert ist. Natürlich können auch andere Indikatoren eingesetzt sein. Es sind zwölf unterschiedliche Schritte vorhanden. Die Schritte 1 bis 9 erfolgen hintereinander, wobei der Schritt 10 bei negativem Ergebnis der Abfrage von Schritt 5 durchlaufen wird, und Schritt 12 nach negativer Beantwortung der Frage in Schritt 4 oder 9 durchlaufen wird. Werden alle Entscheidungsfragen mit Ja beantwortet, so wird Schritt 11 erreicht.
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Die Schritte im Einzelnen sind wie folgt:
- Schritt 1: Aktivierung des Solenoidventils über einen normalen Steuerstrom
- Schritt 2: Messung der Strom-V-Form und Ausrechnen des Gebiets 1
- Schritt 3: Berechnen des Grenzwerts für Gebiet 1
- Schritt 4: Feststellen, ob eine Blockade vorliegt oder nicht; liegt keine Blockade vor, so wird Schritt 12 als nächstes durchlaufen. Liegt eine Blockade vor, wird Schritt 5 durchlaufen.
- Schritt 5: Feststellen, ob die Aktiv-Diagnose Voraussetzungen (conditions) erfüllt sind. Ist die Frage mit Nein zu beantworten, wird Schritt 10 als nächstes durchlaufen. Ist die Frage mit Ja zu beantworten, wird als nächstes Schritt 6 durchlaufen.
- Schritt 6: Berechnen der notwendigen Stromreduktion
- Schritt 7a: Aktivieren des Solenoidventils mit einem Beprobungsstrom
- Schritt 7b: Messen der Strom-V-Form und Kalkulieren des Gebiets 1 im Kreisel
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Die beiden Schritte 7a und 7b können auch zusammengefasst werden, so dass in Summe von zwölf Schritten gesprochen wird. Werden sie getrennt, wie in 9 gezeigt, so sind in Summe 13 Schritte möglich.
- Schritt 8: Berechnen des Grenzwerts/der Schwelle zum Vergleich des Gebiets 1 (für normale Steuerströme und Beprobungsströme, d.h. prüfend wirkende Steuerströme)
- Schritt 9: Feststellen, ob ein Blockadezustand vorliegt. Wird diese Frage mit Nein beantwortet, so wird als nächstes Schritt 12 durchlaufen, ansonsten Schritt 11 erreicht
- Schritt 10: Ausgabe des Ergebnisses, dass keine aktive Diagnose möglich ist
- Schritt 11: Ausgabe des Ergebnisses, dass das Solenoidventil blockiert ist
- Schritt 12: Ausgabe des Ergebnisses, dass das Solenoidventil nicht blockiert ist
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Eine Implementierung dieses Verfahrens ist in den 10a bis d wiedergegeben. Dabei wird in den 10a und 10b ein normaler Steuerstrom mit einem Spitzenwert von 11 Ampere eingesetzt. Dieser 11-A-Steuerstrom ist mit dem Bezugszeichen 30 markiert. Ein als Spitzenwert 10 A aufweisender Steuerstrom ist mit dem Bezugszeichen 31 in den 10c und 10d verwendet. Es ist eine Veränderung von 10a zu 10c und 10b zu 10d im Bereich der Gebiete 32 und 33 zu erkennen. Das Gebiet 32 ist ein nicht blockiertes Gebiet, während das Gebiet 33 ein blockiertes Gebiet wiedergibt. Auf der Abszisse wird die Anzahl der „sampling points“ angegeben, wohingegen auf der Ordinate der Schritt in Ampere [A] angegeben ist.
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Zurückkommend auf 9 seien die einzelnen Schritte noch etwas näher erläutert.
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So ist zu Schritt 1 auszuführen, dass dort im dargestellten Fall das Solenoidventil mit einem Steuerstrom von 11 Ampere für zwei Solenoidventile betrieben wird.
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Zu Schritt 2 ist auszuführen, dass nach einer Solenoidventilaktuierung die V-Formen für das jeweilige Solenoidventil gemessen werden, wobei der Stromwert erhalten wird und das Gebiet 1 für das Solenoidventil ausgerechnet wird.
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Zu Schritt 3 ist zu ergänzen, dass das Kriterium/der Grenzwert eine Konstante ist oder von der Temperatur, dem Spitzenstrom oder sonstigen Faktoren abhängig ist, zum Identifizieren des Blockier- oder Nicht-Blockier-Zustandes des Solenoidventils bei einer entsprechenden Berechnung herangezogen wird, wobei insbesondere dann, wenn das Gebiet 1 für ein Solenoidventil größer ist als der Grenzwert, das Solenoidventil unblockiert ist.
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Für den Schritt 4 ist hinzuzufügen, dass, wenn das Gebiet 1 für ein Solenoidventil klein ist, es zwar als blockiert ausgewiesen wird, aber eine zusätzliche Bestätigung durch die aktive Diagnosestrategie benötigt wird.
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Zu Schritt 5 ist auszuführen, dass die Entscheidung getroffen wird, ob die aktive Diagnosestrategie aktiviert oder deaktiviert wird, entsprechend der Motor-/Umweltbedingungen.
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Zu Schritt 6 ist auszuführen, dass ein notwendiger Betrag der Stromreduktion um eine V-Form-Veränderung hervorzurufen, ausgerechnet wird. Diese Stromreduktion ist eine Konstante oder hängt von der Temperatur, dem Spitzenstrom oder anderen Faktoren ab. Für diesen Fall ist eine Stromreduktion von 1 Ampere, wie in den 10a bis 10d angegeben, vorgenommen.
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Zu Schritt 7 ist noch zu ergänzen, dass, wie zum Beispiel in 9 auch gezeigt, das Solenoidventil zum prüfenden Aktuieren mit einem Spitzenstrom von 10 Ampere betrieben wird, wie in den 10a bis 10d dargestellt.
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In Schritt 8 ist eine konstante oder von der Temperatur, dem Spitzenstrom oder weiteren Faktoren abhängiges Kriterium/Grenzwert zum Identifizieren einer großen oder kleinen Formveränderung der V-Form durch den Beprobungsstrom eingesetzt.
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Zu Schritt 9 ist noch zu ergänzen, dass, falls das Gebiet 1 bei vorliegendem Beprobungsstrom klein ist, als blockiert ausgewiesen wird, siehe die dreieckigen Gebiete der 10b und 10d. Im anderen Fall liegt keine Blockade vor, siehe 10a und 10c.
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Das vorstehend beschriebene Verfahren wird als „one-time-detection“ erklärt, wobei aber auch eine immer wiederkehrende Detektion möglich ist. Des Weiteren, für Systeme mit unterschiedlichen Solenoiden als Kontrollkomponenten, ist das vorgestellte Prinzip ebenfalls anwendbar.
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Zur Zusammenfassung des Verfahrens und des Vorgehens, wie es hier beschrieben wurde, für eine aktive Diagnose des Status eines beweglichen Kerns eines Solenoids, sollen einige nicht unbedeutsame Komponenten aufgeführt werden:
- 1. Analysieren der V-Form des Stroms bezüglich einer Veränderung, wie sie durch eine nützliche Reduktion des Spitzenstroms hervorgerufen ist
• Definition eines Indikators, welcher die V-Form repräsentiert, um den Blockier-Solenoidventil-Status und einen korrespondierenden Grenzwert zum Evaluieren der Größe der Veränderung zu repräsentieren;
• Der definierte Grenzwert für den Indikator ist eine kalibrierbare Konstante oder hängt von der Temperatur, dem Stromlevel und/oder der am Solenoid anliegenden Spannung ab;
• Der Status wird auf „blocked“ gesetzt, wenn der Indikator geringer als der Grenzwert ist;
• Der Status wird auf „nicht blockiert“ gesetzt, wenn der Indikator höher als der Grenzwert ist.
- 2. Aktivieren des Verfahrens zu einem probaten Zeitpunkt, zum Beispiel bei dem Einsatz bei einer Verbrennungskraftmaschine
• vor einem Kurvenprofilanstieg oder während/nach seinem Abfall
• vor Start der Verbrennungskraftmaschine
• vor Start der Verbrennungskraftmaschine und während der Motorkurbelwellenphase
• während der Kraftstoffunterbrechungsphase /Kraftstoffzufuhrbeendigungsphase
• während des Leerlaufs
• et cetera
- 3. Die Reduktion des Steuerstroms (Prüfstroms) wird so definiert, dass er nur eine Minimalanzahl an notwendigen Eigenschaften zum Zweck der Statusdetektion aufweist, wenn eine normale Aktuierung während der Detektionszeit nicht notwendig ist
• reduzierter Spitzenstrom
• minimale oder keine Haltephase („hold phase“)
• minimale oder gar keine „bias phase“
oder, falls eine normale Aktuierung tatsächlich während der Detektionszeit benötigt wird
• die switch-on-time-shift, welcher durch den Wechsel des Tiefpunkts ver V-Form hervorgerufen wird, soll kompensiert werden
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Die vorbeschriebene Methode hat Potential, bei UniAir-Systemen in der nahen Zukunft eingesetzt zu werden, insbesondere nach Erweiterung von ASIC-Fähigkeiten. Des Weiteren kann das Konzept genutzt werden, um bei Anwendungen in automotiven, medizinischen, energietechnischen, maschinenbaulichen und chemieindustrieverwandten Bereichen mit großem kommerziellen Potential eingesetzt zu werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- normal driving current / normaler Steuerstrom
- 2
- Beprobungsstrom
- 3
- aktuierender Beprobungsstrom
- 4
- Spule
- 5
- bewegbarer Kern
- 6
- linker Anschlag
- 7
- rechter Anschlag
- 8
- Steuerstrom
- 9
- Talpunkt
- 10
- Spitzenstromlevel
- 11
- reduzierter Steuerstrom
- 12
- Gipfelphase
- 13
- „bias phase“
- 14
- „hold phase“
- 15
- Spannungsreduktion
- 16
- abfallender Ast
- 17
- ansteigender Ast
- 18
- erster Gipfelpunkt
- 19
- zweiter Gipfelpunkt
- 20
- Höhe
- 21
- Zeitversatz
- 22
- Kipphebel
- 23
- Nocken
- 24
- Pumpe
- 25
- Druckreservoir
- 26
- mittlere Druckkammer
- 27
- Hochdruckkammer
- 28
- Solenoidventil
- 29
- hydraulischer Aktor
- 30
- 11-A-Steuerstrom
- 31
- 10-A-Steuerstrom
- 32
- nicht blockiert
- 33
- blockiert
