DE102015104108A1

DE102015104108A1 - Parameterschätzung in einem aktor

Info

Publication number: DE102015104108A1
Application number: DE102015104108.1A
Authority: DE
Inventors: Chandra S. Namuduri; Suresh Gopalakrishnan; Thomas Wolfgang Nehl; Avoki M. Omekanda
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2014-03-20
Filing date: 2015-03-19
Publication date: 2015-09-24
Also published as: CN104931791B; CN104931791A

Abstract

Ein Verfahren zur Parameterschätzung in einem elektromagnetischen Aktor, der eine elektrische Spule und einen Anker aufweist, umfasst, dass ein Spannungsimpuls an die elektrische Spule des Aktors vor einem Aktorereignis und mit ausreichender Dauer angelegt wird, um sicherzustellen, dass ein resultierender elektrischer Strom einen stationären Zustand erreicht. Mindestens ein Parameter des Aktors wird auf der Grundlage des Spannungsimpulses und des stationären Stroms geschätzt.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Anmeldung mit der Nummer 61/968,145, die am 20. März 2014 eingereicht wurde und der vorläufigen US-Anmeldung mit der Nummer 61/968,048, die am 20. März 2014 eingereicht wurde, wobei der Offenbarungsgehalt von beiden hier durch Bezugnahme aufgenommen ist.
TECHNISCHES GEBIET
Diese Offenbarung betrifft durch Solenoide aktivierte Aktoren.
HINTERGRUND
Die Aussagen in diesem Abschnitt stellen nur Hintergrundinformationen mit Bezug auf die vorliegende Offenbarung bereit. Folglich sind diese Aussagen nicht dazu gedacht, eine Anerkennung des Standes der Technik zu bilden.
Solenoidaktoren können verwendet werden, um Fluide (Flüssigkeiten und Gase) zu steuern, oder zum Positionieren oder für Steuerungsfunktionen. Ein typisches Beispiel für einen Solenoidaktor ist das Kraftstoffeinspritzventil. Kraftstoffeinspritzventile werden verwendet, um druckbeaufschlagten Kraftstoff in einen Krümmer, einen Ansaugkanal oder direkt in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine einzuspritzen. Bekannte Kraftstoffeinspritzventile umfassen elektromagnetisch aktivierte Solenoidvorrichtungen, die mechanische Federn überwinden, um ein Ventil zu öffnen, das sich an einer Spitze des Einspritzventils befindet, um eine Kraftstoffströmung dort hindurch zu ermöglichen. Einspritzventil-Treiberschaltungen steuern einen elektrischen Stromfluss an die elektromagnetisch aktivierten Solenoidvorrichtungen, um die Einspritzventile zu öffnen und zu schließen. Einspritzventil-Treiberschaltungen können in einer Spitzenwert-und-Halten-Steuerungskonfiguration oder in einer Konfiguration mit einer Schaltersättigung betrieben werden.
Kraftstoffeinspritzventile werden kalibriert, wobei eine Kalibrierung ein Einspritzventil-Aktivierungssignal umfasst, das eine Geöffnetzeit des Einspritzventils oder eine Zeitdauer der Einspritzung und eine entsprechende dosierte oder gelieferte eingespritzte Kraftstoffmasse bei einem Betrieb mit einem vorbestimmten oder bekannten Kraftstoffdruck enthält. Der Betrieb des Einspritzventils kann mit Hilfe einer pro Kraftstoffeinspritzereignis eingespritzten Kraftstoffmasse in Bezug auf die Zeitdauer der Einspritzung charakterisiert werden. Die Charakterisierung des Einspritzventils umfasst eine dosierte Kraftstoffströmung über einen Bereich zwischen einer hohen Strömungsrate, die mit einem Kraftmaschinenbetrieb mit hoher Drehzahl und hoher Last verbunden ist, und einer niedrigen Strömungsrate, die mit Leerlaufbedingungen der Kraftmaschine verbunden ist.
Es ist bekannt, dass eine Kraftmaschinensteuerung vom Einspritzen mehrerer kleiner eingespritzter Kraftstoffmassen in schneller Folge profitieren kann. Im Allgemeinen führen, wenn eine Verweilzeit zwischen aufeinanderfolgenden Einspritzereignissen kleiner als ein Verweilzeit-Schwellenwert ist, eingespritzte Kraftstoffmassen von aufeinanderfolgenden Kraftstoffeinspritzereignissen oft zu einer größeren gelieferten Menge als gewünscht, obwohl gleiche Einspritzzeitdauern benutzt werden. Folglich können derartige nachfolgende Kraftstoffeinspritzereignisse instabil werden, was zu einer nicht akzeptablen Wiederholbarkeit führt. Kraftstoffeinspritzventile werden bei einem beliebigen gegebenen Zeitpunkt oft durch die Betriebstemperatur beeinflusst. Die Kenntnis der augenblicklichen Betriebstemperatur des Kraftstoffeinspritzventils kann daher zum Steuern von Kraftstoffeinspritzereignissen des Kraftstoffeinspritzventils nützlich sein. Es ist bekannt, den Widerstandswert einer elektrischen Schaltung mit der Betriebstemperatur zu korrelieren. Wenn die Aktivierung des Kraftstoffeinspritzventils auf der Grundlage eines elektrischen Stroms gesteuert wird, der an eine elektrische Spule angelegt wird, ist es aufgrund von Widerstandsabfällen, die in Ansprechen auf Übergänge bei einem elektrischen Strom, der an die elektrische Spule angelegt wird, stattfinden, schwierig, den Widerstandswert der elektrischen Spule zu schätzen.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein Verfahren zur Parameterschätzung in einem elektromagnetischen Aktor, der eine elektrische Spule und einen Anker aufweist, umfasst, dass ein Spannungsimpuls an die elektrische Spule des Aktors vor einem Aktorereignis und von ausreichender Zeitdauer angelegt wird, um sicherzustellen, dass ein resultierender elektrischer Strom einen stationären Zustand erreicht. Mindestens ein Parameter des Aktors wird auf der Grundlage des Spannungsimpulses und des stationären Stroms geschätzt.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Nun wird eine oder werden mehrere Ausführungsformen anhand von Beispielen mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
1 eine schematische Schnittansicht eines Kraftstoffeinspritzventils und eines Aktivierungscontrollers in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht;
2 nicht einschränkende beispielhafte Aufzeichnungen, die Profile einer Spannung und eines elektrischen Stroms repräsentieren, wenn ein Sondierungsspannungsimpuls vor einem Kraftstoffeinspritzereignis angelegt wird, in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht;
3 nicht einschränkende beispielhafte Aufzeichnungen von Profilen einer Spannung eines elektrischen Stroms während einer Zeitdauer, wenn ein Sondierungsspannungsimpuls vor einem Kraftstoffeinspritzereignis angelegt wird, in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht; und
4 nicht einschränkende beispielhafte Aufzeichnungen von Profilen einer Spannung und eines elektrischen Stroms während einer Zeitdauer, wenn ein PWM-Sondierungsspannungsimpuls vor einem Kraftstoffeinspritzereignis angelegt wird, in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
GENAUE BESCHREIBUNG
Diese Offenbarung beschreibt die Konzepte des gegenwärtig beanspruchten Gegenstands mit Bezug auf eine beispielhafte Anwendung auf Kraftstoffeinspritzventile mit linearer Bewegung. Jedoch kann der beanspruchte Gegenstand weiter gefasst auf beliebige lineare oder nichtlineare elektromagnetische Aktoren angewendet werden, die eine elektrische Spule verwenden, um ein Magnetfeld in einen magnetischen Kern zu induzieren, was dazu führt, dass eine Anziehungskraft auf einen beweglichen Anker wirkt. Typische Beispiele umfassen Fluidsteuerungssolenoide, Benzin- oder Diesel- oder CNG-Kraftstoffeinspritzventile, die in Brennkraftmaschinen eingesetzt werden, und nichtfluidische Solenoidaktoren zur Positionierung und zur Steuerung.
Nun mit Bezug auf die Zeichnungen, in denen das Gezeigte nur zum Zweck der Veranschaulichung bestimmter beispielhafter Ausführungsformen und nicht zum Zweck, diese einzuschränken, gedacht ist, veranschaulicht 1-1 auf schematische Weise eine nicht einschränkende beispielhafte Ausführungsform eines elektromagnetisch aktivierten Kraftstoffeinspritzventils 10 für Direkteinspritzung. Obwohl in der veranschaulichten Ausführungsform ein elektromagnetisch aktiviertes Kraftstoffeinspritzventil für Direkteinspritzung dargestellt ist, kann ein Kraftstoffeinspritzventil für Ansaugkanaleinspritzung gleichermaßen verwendet werden. Das Kraftstoffeinspritzventil 10 ist ausgestaltet, um Kraftstoff direkt in einen Brennraum 100 einer Brennkraftmaschine einzuspritzen. Zur Steuerung der Aktivierung des Kraftstoffeinspritzventils 10 ist ein Aktivierungscontroller 80 mit diesem elektrisch wirksam verbunden. Der Aktivierungscontroller 80 entspricht nur dem Kraftstoffeinspritzventil 10. In der veranschaulichten Ausführungsform umfasst der Aktivierungscontroller 80 ein Steuerungsmodul 60 und einen Einspritzventil-Treiber 50. Das Steuerungsmodul 60 ist mit dem Einspritzventil-Treiber 50 elektrisch wirksam verbunden, der wiederum mit dem Kraftstoffeinspritzventil 10 zur Steuerung der Aktivierung desselben elektrisch wirksam verbunden ist. Das Kraftstoffeinspritzventil 10, das Steuerungsmodul 60 und der Einspritzventil-Treiber 50 können beliebige geeignete Vorrichtungen sein, die ausgestaltet sind, um wie hier beschrieben zu arbeiten. In veranschaulichten Ausführungsformen umfasst das Steuerungsmodul 60 eine Verarbeitungsvorrichtung. Bei einer Ausführungsform ist eine oder sind mehrere Komponenten des Aktivierungscontrollers 80 in eine Verbindungsanordnung 36 des Kraftstoffeinspritzventils 36 integriert. Bei einer anderen Ausführungsform ist eine oder sind mehrere Komponenten des Aktivierungscontrollers 80 in einen Körper 12 des Kraftstoffeinspritzventils 10 integriert. Bei noch einer weiteren Ausführungsform befinden sich eine oder mehrere Komponenten des Aktivierungscontrollers 80 außerhalb des Kraftstoffeinspritzventils 10 – und in direkter Nähe dazu – und sie sind mit der Verbindungsanordnung 36 über ein oder mehrere Kabel und/oder Drähte elektrisch wirksam verbunden. Die Ausdrücke ”Kabel” und ”Draht” werden hier austauschbar verwendet, um eine Übertragung von elektrischer Leistung und/oder eine Übertragung von elektrischen Signalen bereitzustellen.
Steuerungsmodul, Modul, Steuerung, Controller, Steuerungseinheit, Prozessor und ähnliche Begriffe bezeichnen eine beliebige oder verschiedene Kombinationen aus einem oder mehreren anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen (ASICs), elektronischen Schaltungen, zentralen Verarbeitungseinheiten (vorzugsweise Mikroprozessoren) und zugehörigem Arbeitsspeicher und Massenspeicher (Festwertspeicher, programmierbarer Festwertspeicher, Speicher mit wahlfreiem Zugriff, Festplattenlaufwerk usw.), die ein oder mehrere Software- oder Firmware-Programme oder Routinen ausführen, kombinatorischen Logikschaltungen, Eingabe/Ausgabe-Schaltungen und -Vorrichtungen, geeigneten Signalaufbereitungs- und Pufferschaltungen und andere Komponenten zum Bereitstellen der beschriebenen Funktionalität. Software, Firmware, Programme, Anweisungen, Routinen, Code, Algorithmen und ähnliche Begriffe bezeichnen beliebige Anweisungssätze mit Kalibrierungen und Nachschlagetabellen. Das Steuerungsmodul weist einen Satz von Steuerungsroutinen auf, die ausgeführt werden, um die gewünschten Funktionen bereitzustellen. Routinen werden ausgeführt, beispielsweise von einer zentralen Verarbeitungseinheit, und können betrieben werden, um Eingaben von Erfassungsvorrichtungen und anderen Netzwerksteuerungsmodulen zu überwachen und um Steuerungs- und Diagnoseroutinen zum Steuern des Betriebs von Aktoren auszuführen. Routinen können in regelmäßigen Intervallen ausgeführt werden, beispielsweise alle 3,125, 6,25, 12,5, 25 und 100 Millisekunden während eines fortlaufenden Betriebs der Kraftmaschine und des Fahrzeugs. Alternativ können Routinen in Ansprechen auf das Auftreten eines Ereignisses ausgeführt werden.
Allgemein kann ein Anker entweder in eine betätigte Position oder in eine statische oder Ruheposition gesteuert werden. Das Kraftstoffeinspritzventil 10 kann eine beliebige geeignete diskrete Kraftstoffeinspritzvorrichtung sein, die entweder in eine offene (betätigte) Position oder eine geschlossene (statische oder ruhende) Position gesteuert werden kann. Bei einer Ausführungsform umfasst das Kraftstoffeinspritzventil 10 einen zylinderförmigen Hohlkörper 12, der eine Längsachse 101 definiert. Ein Kraftstoffeinlass 15 ist an einem ersten Ende 14 des Körpers 12 angeordnet, und eine Kraftstoffdüse 28 ist an einem zweiten Ende 16 des Körpers 12 angeordnet. Der Kraftstoffeinlass 15 ist mit einem Hochdruck-Kraftstoffverteilerrohr 30 fluidtechnisch gekoppelt, das mit einer Hochdruck-Einspritzpumpe fluidtechnisch gekoppelt ist. Eine Ventilanordnung 18 ist dem Körper 12 enthalten und umfasst ein Nadelventil 20, eine federbetätigte Düsennadel 22 und einen Ankerabschnitt 21. Das Nadelventil 20 sitzt eingreifend in der Kraftstoffdüse 28, um eine Kraftstoffströmung dort hindurch zu steuern. Obwohl die veranschaulichte Ausführungsform ein dreieckig geformtes Nadelventil 20 darstellt, können andere Ausführungsformen eine Kugel verwenden. Bei einer Ausführungsform ist der Ankerabschnitt 21 mit der Düsennadel 22 starr gekoppelt und zu einer linearen Verschiebung als Einheit zusammen mit der Düsennadel 22 und dem Nadelventil 20 in erste bzw. zweite Richtungen 81, 82 ausgestaltet. Bei einer anderen Ausführungsform kann der Ankerabschnitt 21 mit der Düsennadel 22 verschiebbar gekoppelt sein. Beispielsweise kann der Ankerabschnitt 21 in die erste Richtung 81 verschoben werden, bis er durch einen Düsennadelanschlag gestoppt wird, der an der Düsennadel 22 starr angebracht ist. Analog kann der Ankerabschnitt 21 in die zweite Richtung 82 unabhängig von der Düsennadel 22 verschoben werden, bis er einen Düsennadelanschlag kontaktiert, der an der Düsennadel 22 starr angebracht ist. Bei einem Kontakt mit dem Düsennadelanschlag, der an der Düsennadel 22 starr angebracht ist, bewirkt die Kraft des Ankerabschnitts 21, dass die Düsennadel 22 zusammen mit dem Ankerabschnitt 21 in die zweite Richtung 82 gedrückt wird. Der Ankerabschnitt 21 kann Vorsprünge zum Eingriff mit verschiedenen Anschlägen innerhalb des Kraftstoffeinspritzventils 10 enthalten.
Eine Anordnung 24 mit einem ringförmigen Elektromagneten, die eine elektrische Spule und einen Magnetkern umfasst, ist zum magnetischen Eingriff mit dem Ankerabschnitt 21 der Ventilanordnung 18 ausgestaltet. Die Anordnung 24 mit der elektrischen Spule und dem Magnetkern ist zu Veranschaulichungszwecken so dargestellt, dass sie sich außerhalb des Körpers des Kraftstoffeinspritzventils 10 befindet; jedoch sind Ausführungsformen hier darauf gerichtet, dass die Anordnung 24 mit der elektrischen Spule und dem Magnetkern entweder in das Kraftstoffeinspritzventil 10 fest eingebaut oder darin integriert sind. Die elektrische Spule ist auf den Magnetkern gewickelt und enthält Anschlüsse zum Empfang von elektrischem Strom vom Einspritzventil-Treiber 50. Hier nachstehend wird die ”Anordnung mit der elektrischen Spule und dem Magnetkern” einfach als ”elektrische Spule 24” bezeichnet werden. Wenn die elektrische Spule 24 deaktiviert und nicht erregt ist, drückt die Feder 26 die Ventilanordnung 18 einschließlich des Nadelventils 20 in die erste Richtung 81 zu der Kraftstoffdüse 28 hin, um das Nadelventil 20 zu schließen und eine Kraftstoffströmung dort hindurch zu verhindern. Wenn die elektrische Spule 24 aktiviert und erregt ist, wirkt eine elektromagnetische Kraft auf den Ankerabschnitt 21 ein, um die von der Feder 26 ausgeübte Federkraft zu überwinden, und drückt die Ventilanordnung 18 in die zweite Richtung 82, wodurch das Nadelventil 20 von der Kraftstoffdüse 28 weg bewegt wird und das Strömen von druckbeaufschlagtem Kraftstoff innerhalb der Ventilanordnung 18 durch die Kraftstoffdüse 28 ermöglicht wird. Das Kraftstoffeinspritzventil 10 kann eine Anhaltevorrichtung 29 umfassen, die mit der Ventilanordnung 18 interagiert, um eine Verschiebung der Ventilanordnung 18 zu stoppen, wenn diese zum Öffnen gezwungen wird. Bei einer Ausführungsform ist ein Drucksensor 32 ausgestaltet, um einen Kraftstoffdruck 34 in dem Hochdruck-Kraftstoffverteilerrohr 30 in der Nähe des Kraftstoffeinspritzventils 10, vorzugsweise stromaufwärts zu dem Kraftstoffeinspritzventil 10, zu beschaffen. Bei einer anderen Ausführungsform kann ein Drucksensor 32' in den Einlass 15 des Kraftstoffeinspritzventils integriert sein, anstelle des Drucksensors 32 im Kraftstoffverteilerrohr 30 oder in Kombination mit dem Drucksensor. In der in 1 veranschaulichten Ausführungsform ist das Kraftstoffeinspritzventil 10 nicht auf die räumliche und geometrische Anordnung der hier beschriebenen Merkmale begrenzt, und es kann zusätzliche Merkmale und/oder andere räumliche und geometrische Anordnungen umfassen, die in der Technik bekannt sind, um das Kraftstoffeinspritzventil 10 zwischen offenen und geschlossenen Positionen zu betreiben, um die Zufuhr von Kraftstoff an die Kraftmaschine 100 zu steuern.
Das Steuerungsmodul 60 erzeugt ein Einspritzventil-Befehlssignal 52, das den Einspritzventil-Treiber 50 steuert, welcher das Kraftstoffeinspritzventil 10 in die offene Position aktiviert, um ein Kraftstoffeinspritzereignis zu bewirken. In der veranschaulichten Ausführungsform kommuniziert das Steuerungsmodul 60 mit einem oder mehreren externen Steuerungsmodulen, etwa mit einem Kraftmaschinensteuerungsmodul (ECM) 5; bei anderen Ausführungsformen kann das Steuerungsmodul 60 jedoch mit dem ECM zusammengebaut sein. Das Einspritzventil-Befehlssignal 52 steht in Korrelation mit einer gewünschten Kraftstoffmasse, die von dem Kraftstoffeinspritzventil 10 während des Kraftstoffeinspritzereignisses geliefert werden soll. Analog kann das Einspritzventil-Befehlssignal 52 mit einer gewünschten Kraftstoffströmungsrate in Korrelation stehen, die von dem Kraftstoffeinspritzventil 10 während des Kraftstoffeinspritzereignisses zugeführt werden soll. Bei der Verwendung hierin bezeichnet der Ausdruck ”gewünschte eingespritzte Kraftstoffmasse” die gewünschte Kraftstoffmasse, die der Kraftmaschine durch das Kraftstoffeinspritzventil 10 zugeführt werden soll. Bei der Verwendung hierin bezeichnet der Ausdruck ”gewünschte Kraftstoffströmungsrate” die Rate, mit welcher Kraftstoff der Kraftmaschine durch das Kraftstoffeinspritzventil 10 zugeführt werden soll, um die gewünschte Kraftstoffmasse zu erreichen. Die gewünschte eingespritzte Kraftstoffmasse kann auf einem oder mehreren überwachten Eingabeparametern 51 beruhen, die in das Steuerungsmodul 60 oder das ECM 5 eingegeben werden. Der eine oder die mehreren überwachten Eingabeparameter 51 können eine Bedienerdrehmomentanforderung, einen Krümmerabsolutdruck (MAP), eine Kraftmaschinendrehzahl, eine Kraftmaschinentemperatur, eine Kraftstofftemperatur und eine Umgebungstemperatur, die durch bekannte Verfahren beschafft werden, umfassen, sind aber nicht darauf beschränkt. Der Einspritzventil-Treiber 50 erzeugt ein Einspritzventil-Aktivierungssignal 75 in Ansprechen auf das Einspritzventil-Befehlssignal 52, um das Kraftstoffeinspritzventil 10 zu aktivieren. Das Einspritzventil-Aktivierungssignal 75 steuert einen Stromfluss an die elektrische Spule 24, um eine elektromagnetische Kraft in Ansprechen auf das Einspritzventil-Befehlssignal 52 zu erzeugen. Eine elektrische Leistungsquelle 40 stellt eine Quelle für elektrische DC-Leistung für den Einspritzventil-Treiber 50 bereit. Bei einigen Ausführungsformen stellt die elektrische DC-Leistungsquelle eine Niederspannung bereit, z. B. 12 V, und ein Aufwärtswandler kann verwendet werden, um eine hohe Spannung auszugeben, z. B. 24 V bis 200 V, die dem Einspritzventil-Treiber 50 zugeführt wird. Wenn die elektrische Spule 24 unter Verwendung des Einspritzventil-Aktivierungssignals 75 aktiviert wird, drückt die von dieser erzeugte elektromagnetische Kraft den Ankerabschnitt 21 in die zweite Richtung 82. Wenn der Ankerabschnitt 21 in die zweite Richtung 82 gedrückt wird, wird folglich bewirkt, dass die Ventilanordnung 18 in die zweite Richtung 82 in eine offene Position gedrückt oder verschoben wird, was ermöglicht, dass druckbeaufschlagter Kraftstoff dort hindurch strömt. Der Einspritzventil-Treiber 50 steuert das Einspritzventil-Aktivierungssignal 75 für die elektrische Spule 24 durch ein beliebiges geeignetes Verfahren, welches beispielsweise einen pulsbreitenmodulierten (PWM) Fluss von elektrischer Leistung umfasst. Der Einspritzventil-Treiber 50 ist ausgestaltet, um eine Aktivierung des Kraftstoffeinspritzventils 10 zu steuern, in dem er geeignete Einspritzventil-Aktivierungssignale 75 erzeugt. Bei Ausführungsformen, die mehrere aufeinanderfolgende Kraftstoffeinspritzereignisse für einen gegebenen Kraftmaschinenzyklus verwenden, kann ein Einspritzventil-Aktivierungssignal 75 erzeugt werden, das für jedes der Kraftstoffeinspritzereignisse innerhalb des Kraftmaschinenzyklus festgelegt ist.
Das Einspritzventil-Aktivierungssignal 75 ist durch eine Einspritzzeitdauer und eine Stromwellenform gekennzeichnet, die einen anfänglichen Spitzenwert-Anzugsstrom und einen sekundären Haltestrom umfasst. Der anfängliche Spitzenwert-Anzugsstrom ist durch ein stetiges Hochfahren gekennzeichnet, um einen Spitzenwertstrom zu erzielen, welcher wie hier beschrieben gewählt sein kann. Der anfängliche Spitzenwert-Anzugsstrom erzeugt eine elektromagnetische Kraft in der elektrischen Spule 24, die auf den Ankerabschnitt 21 der Ventilanordnung 18 einwirkt, um die Federkraft zu überwinden und die Ventilanordnung 18 in die zweite Richtung 82 in die offene Position zu drücken, wodurch das Strömen von druckbeaufschlagtem Kraftstoff durch die Kraftstoffdüse 28 hindurch eingeleitet wird. Wenn der anfängliche Spitzenwert-Anzugsstrom erreicht ist, verringert der Einspritzventil-Treiber 50 den Strom in der elektrischen Spule 24 auf den sekundären Haltestrom. Der sekundäre Haltestrom ist durch einen in etwa stationären Strom gekennzeichnet, der niedriger als der anfängliche Spitzenwert-Anzugsstrom ist. Der sekundäre Haltestrom ist ein Stromniveau, das von dem Einspritzventil-Treiber 50 gesteuert wird, um die Ventilanordnung 18 in der offenen Position zu halten, um das Strömen von druckbeaufschlagtem Kraftstoff durch die Kraftstoffdüse 28 hindurch fortzusetzen. Der sekundäre Haltestrom wird vorzugsweise durch ein minimales Stromniveau angezeigt. Bei einigen Ausführungsformen ist der Einspritzventil-Treiber 50 ist als bidirektionaler Stromtreiber ausgestaltet, der zum Bereitstellen eines negativen Stromflusses zur Entnahme von Strom aus der elektrischen Spule 24 in der Lage ist. Bei der Verwendung hierin bezeichnet der Ausdruck ”negativer Stromfluss”, dass die Richtung des Stromflusses zum Erregen der elektrischen Spule umgedreht wird. Folglich werden die Ausdrücke ”negativer Stromfluss” und ”umgedrehter Stromfluss” hier austauschbar verwendet. In Ausführungsformen, bei denen der Einspritzventiltreiber 50 als bidirektionaler Stromtreiber ausgestaltet ist, kann das Einspritzventil-Aktivierungssignal 75 zusätzlich durch den negativen Stromfluss gekennzeichnet sein, um einen Strom aus der elektrischen Spule 24 zu entnehmen.
Ausführungsformen sind hier auf das Steuern des Kraftstoffeinspritzventils für mehrere Kraftstoffeinspritzereignisse gerichtet, die während eines Kraftmaschinenzyklus dicht aufeinanderfolgen. Bei der Verwendung hierin bezeichnet der Begriff ”dicht aufeinanderfolgend” eine Verweilzeit zwischen jedem aufeinanderfolgenden Kraftstoffeinspritzereignis, die kleiner als ein vorbestimmter Verweilzeit-Schwellenwert ist. Bei der Verwendung hierin bezeichnet der Ausdruck ”Verweilzeit” eine Zeitspanne zwischen dem Ende der Einspritzung des ersten Kraftstoffeinspritzereignisses (Aktorereignisses) und dem Start der Einspritzung für ein entsprechendes zweites Kraftstoffeinspritzereignis (Aktorereignis) von jedem aufeinanderfolgenden Paar von Kraftstoffeinspritzereignissen. Der Verweilzeit-Schwellenwert kann so gewählt sein, dass er eine Zeitspanne derart definiert, dass Verweilzeiten, die kleiner als der Verweilzeit-Schwellenwert sind, das Erzeugen einer Instabilität und/oder von Abweichungen bei der Größe der eingespritzten Kraftstoffmasse anzeigen, die bei jedem der Kraftstoffeinspritzereignisse zugeführt wird. Die Instabilität und/oder die Abweichungen bei der Größe der eingespritzten Kraftstoffmasse können die Reaktion auf das Vorhandensein sekundärer magnetischer Effekte sein. Die sekundären magnetischen Effekte umfassen persistente Wirbelströme und eine magnetische Hysterese innerhalb des Kraftstoffeinspritzventils und einen darauf beruhenden Restfluss. Die persistenten Wirbelströme und die magnetische Hysterese sind aufgrund von Übergängen bei anfänglichen Flusswerten zwischen den dicht aufeinanderfolgenden Kraftstoffeinspritzereignissen vorhanden. Folglich wird der Verweilzeit-Schwellenwert nicht einen beliebigen festgelegten Wert definiert und die Wahl desselben kann auf einer Kraftstofftemperatur, auf einer Temperatur des Kraftstoffeinspritzventils, auf dem Typ des Kraftstoffeinspritzventils, auf einem Kraftstoffdruck und auf Kraftstoffeigenschaften wie etwa Kraftstofftypen und Kraftstoffmischungen beruhen, ist aber nicht darauf beschränkt. Bei der Verwendung hierin bezeichnet der Ausdruck ”Fluss” einen Magnetfluss, der das Gesamtmagnetfeld angibt, das von der elektrischen Spule 24 erzeugt wird und durch den Ankerabschnitt hindurchgeht. Da die Wicklungen der elektrischen Spule 24 den Magnetfluss in den Magnetkern einkoppeln, kann dieser Fluss daher gleich der Flusskopplung gesetzt werden. Die Flusskopplung beruht außerdem auf der Flussdichte, die durch den Ankerabschnitt hindurchgeht, auf der Oberfläche des Ankerabschnitts benachbart zu dem Luftspalt, und auf der Anzahl der Wicklungen der Spule 24. Folglich werden die Ausdrücke ”Fluss”, ”Magnetfluss” und ”Flusskopplung” hier austauschbar verwendet, sofern es nicht anderweitig angegeben ist.
Bei Kraftstoffeinspritzereignissen, die nicht dicht aufeinanderfolgen, kann unabhängig von der Verweilzeit eine festgelegte Stromwellenform für jedes Kraftstoffeinspritzereignis verwendet werden, weil das erste Kraftstoffeinspritzereignis eines aufeinanderfolgenden Paars wenig Einfluss auf die zugeführte eingespritzte Kraftstoffmasse des zweiten Kraftstoffeinspritzereignisses des aufeinanderfolgenden Paars aufweist. Jedoch kann das erste Kraftstoffeinspritzereignis dazu neigen, die zugeführte eingespritzte Kraftstoffmasse des zweiten Kraftstoffeinspritzereignisses und/oder von weiteren anschließenden Kraftstoffeinspritzereignissen zu beeinflussen, wenn das erste und zweite Kraftstoffeinspritzereignis dicht aufeinanderfolgen und eine feste Stromwellenform verwendet wird. Jedes Mal, wenn ein Kraftstoffeinspritzereignis durch ein oder mehrere vorhergehende Kraftstoffeinspritzereignisse eines Kraftmaschinenzyklus beeinflusst wird, kann die jeweilige zugeführte eingespritzte Kraftstoffmasse des entsprechenden Kraftstoffeinspritzereignisses zu einer nicht akzeptablen Wiederholbarkeit über den Verlauf von mehreren Kraftmaschinenzyklen hinweg führen, und die aufeinanderfolgenden Kraftstoffeinspritzereignisse werden als dicht aufeinanderfolgend betrachtet. Allgemeiner werden alle aufeinanderfolgenden Aktorereignisse, bei denen ein Restfluss von dem vorhergehenden Aktorereignis das Verhalten des nachfolgenden Aktorereignisses relativ zu einem Standard beeinflusst, beispielsweise relativ zu einem Verhalten in Abwesenheit des Restflusses, als dicht aufeinanderfolgend betrachtet.
Beispielhafte Ausführungsformen sind ferner auf das Bereitstellen von Rückmeldungssignalen 42 von dem Kraftstoffeinspritzventil 10 an den Aktivierungscontroller 80 gerichtet. Wie nachstehend in größerem Detail erörtert wird, können Sensorvorrichtungen in das Kraftstoffeinspritzventil 10 integriert sein, um verschiedene Kraftstoffeinspritzventilparameter zu messen, um die Flusskopplung der elektrischen Spule 24, die Spannung der elektrischen Spule 24, den Strom durch die elektrische Spule 24 hindurch und den Widerstandswert der elektrischen Spule 24 zu beschaffen. Ein Stromsensor kann an einer Stromflussstrecke zwischen dem Aktivierungscontroller 80 und dem Kraftstoffeinspritzventil bereitgestellt sein, um den Strom zu messen, der an die elektrische Spule 24 geliefert wird, oder der Stromsensor kann in das Kraftstoffeinspritzventil 10 an der Stromflussstrecke integriert sein. Die über die Rückmeldungssignale 42 bereitgestellten Parameter des Kraftstoffeinspritzventils können die Flusskopplung, die Spannung und den Strom umfassen, die von entsprechenden Sensorvorrichtungen, die in das Kraftstoffeinspritzventil 10 eingebaut sind, direkt gemessen werden. Der Widerstandswert kann beruhend auf Kombinationen aus der Flusskopplung, der Spannung und dem Strom geschätzt werden. Zusätzlich oder alternativ können die Kraftstoffeinspritzventilparameter Stellvertreter umfassen, die über die Rückmeldungssignale 42 für das Steuerungsmodul 60 bereitgestellt und von diesem verwendet werden, um die Flusskopplung, den Magnetfluss, die Spannung, den Strom und den Widerstandswert innerhalb des Kraftstoffeinspritzventils 10 zu schätzen. Der Widerstandswert der elektrischen Spule kann zum Bestimmen einer Betriebstemperatur des Kraftstoffeinspritzventils 10 nützlich sein. Wenn das Steuerungsmodul 60 über eine Rückmeldung der Flusskopplung der elektrischen Spule 24, der Spannung der elektrischen Spule 24, des Stroms, der an die elektrische Spule 24 geliefert wird, und des Widerstandswerts der elektrischen Spule 24 verfügt, kann es das Aktivierungssignal 75 für das Kraftstoffeinspritzventil 10 für mehrere aufeinanderfolgende Einspritzereignisse in vorteilhafter Weise modifizieren. Es versteht sich, dass herkömmliche Kraftstoffeinspritzventile durch einen Betrieb mit offenem Regelkreis gesteuert werden, der nur auf einer gewünschten Stromwellenform beruht, die aus Nachschlagetabellen erhalten wird, ohne irgendwelche Informationen mit Bezug auf die krafterzeugende Komponente der Flusskopplung (z. B. des Magnetflusses), die eine Bewegung des Ankerabschnitts 21 und die Betriebstemperatur des Kraftstoffeinspritzventils 10 beeinflusst. Als Folge sind herkömmliche Vorsteuerungs-Kraftstoffeinspritzventile, die nur den Stromfluss zum Steuern des Kraftstoffeinspritzventils berücksichtigen, anfällig für eine Instabilität bei aufeinanderfolgenden Kraftstoffeinspritzereignissen, die dicht aufeinanderfolgen.
Ausführungsformen beruhen hier auf dem Bewusstsein, dass es schwierig ist, den Widerstandswert der elektrischen Spule 24 zu schätzen. Im Allgemeinen wird der elektrische Strom an die elektrische Spule 24 nur angelegt, um Kraftstoffeinspritzereignisse auszuführen. Es ist festzustellen, dass die Spannung V_MC der Hauptspule eine einfache Spannungsabfallkomponente (R × i) und eine Änderungsrate einer Flusskopplungskomponente ( dλ / dt) umfasst, wie in der nachstehenden Gleichung [1] gezeigt ist: V_MC = (R × i) + dλ / dt [1] wobei

V_MC: die Spannung der elektrischen Spule ist,
λ: die Flusskopplung ist,
R: der Widerstandswert der elektrischen Spule ist,
i: der gemessene Strom durch die elektrische Spule hindurch ist, und
t: die Zeit ist.

Wenn sich ein Strom durch die Spule hindurch verändert, verändert sich auch der Fluss, was daher immer zu einer Änderungsrate der Flusskopplungskomponente ( dλ / dt) führt. Die Hauptspule weist inhärent sowohl einen Widerstandswert als auch eine Induktivität auf. Daher wird selbst dann, wenn eine über die Hauptspule angelegte Spannung einen stationären Zustand erreicht hat, der Strom durch die Hauptspule hindurch einen stationären Zustand erst nach einer Zeitspanne erreichen, die der Zeitkonstante des R/L-Äquivalents entspricht, was folglich zu einer Änderungsrate bei der Flusskopplungskomponente ( dλ / dt) führt, bis der Strom durch die Spule einen stationären Zustand erreicht. Da Übergänge im elektrischen Strom, der an die elektrische Spule 24 angelegt wird, während eines Kraftstoffeinspritzereignisses unvermeidlich sind, wie durch eine Stromwellenform nachgewiesen wird, die das Kraftstoffeinspritzereignis charakterisiert, kann der Widerstandswert der Hauptspule nicht einfach ermittelt werden.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung sind Ausführungsformen hierin auf das Bereitstellen eines Sondierungsspannungsimpulses vor einem Kraftstoffeinspritzereignis gerichtet, um einen resultierenden stationären Stromfluss durch die elektrische Spule 24 hindurch zu erzeugen. Die Größe oder Amplitude des angelegten Spannungsimpulses ist ausreichend klein und ist so gewählt, dass der resultierende elektrische Strom so begrenzt wird, dass er einen vorbestimmten Schwellenwert nicht überschreitet. Bei der Verwendung hierin bezeichnet der Ausdruck ”vorbestimmter Schwellenwert” eine Größe des Stroms durch die elektrische Spule 24 hindurch, die eine Größe einer elektromagnetischen Kraft erzeugen würde, die ausreicht, um eine ungewünschte Bewegung des Ankerabschnitts 21 zu verursachen. Die Zeitdauer des angelegten Spannungsimpulses muss ausreichend sein, um den resultierenden elektrischen Strom so zu erzeugen, dass er einen stationären Zustand erreicht. Wenn sich der elektrische Strom im stationären Zustand befindet, wird daher die Spannung über der Hauptspule einfach durch eine Komponente mit einem resistiven Abfall in Übereinstimmung mit der folgenden Beziehung repräsentiert, welche die gleiche Beziehung wie Gleichung [1] unter der Annahme einer Änderungsrate bei der Flusskopplung von Null ist: V_MC = (R × i) [2]
Unter Verwendung der Amplitude des Sondierungsspannungsimpulses und des resultierenden stationären elektrischen Stroms an der elektrischen Spule 24 kann das Steuerungsmodul 60 des Aktivierungscontrollers 80 folglich den Widerstandswert in der elektrischen Spule 24 schätzen. Der Widerstandswert der elektrischen Spule 24 kann verwendet werden, um die Betriebstemperatur im Kraftstoffeinspritzventil 10 unter Verwendung bekannter Korrelierungen zu beschaffen.
Das Beschaffen des Widerstandswerts in der elektrischen Spule 24 wird daher in Übereinstimmung mit der folgenden Beziehung bewerkstelligt:
wobei

V_EC: der Spannungsimpuls ist, der an die elektrische Spule 24 angelegt wird,
i: ein gemessener Strom durch die elektrische Spule 24 hindurch ist, und
R: der Widerstandswert der elektrischen Spule 24 ist.

Die Spannungs- und Stromparameter, die von Gleichung [3] verwendet werden, können durch eine oder mehrere der vorstehend erwähnten Erfassungsvorrichtungen beschafft werden und über die Rückmeldungssignale 42 an das Steuerungsmodul 60 des Aktivierungscontrollers 80 geliefert werden, um den Widerstandswert der elektrischen Spule 24 zu schätzen. Das Steuerungsmodul 60 kann in der Lage sein, Testdaten zu holen, die in einer internen oder externen Speichervorrichtung gespeichert sind, welche einen Testwiderstandswert mit einer bekannten Temperatur korrelieren. Beruhend auf dem Widerstandswert der elektrischen Spule 24, der unter Verwendung von Gleichung [3] beschafft wurde, dem Testwiderstandswert und der bekannten Temperatur kann die Betriebstemperatur des Kraftstoffeinspritzventils 10 in Übereinstimmung mit der folgenden Beziehung ausgedrückt werden: R(T) = R₀[(1 + α(T – T₀)] [4] wobei

R₀: ein vorbestimmter Widerstandswert der elektrischen Spule bei einer vorbestimmten Temperatur T₀ ist,
T₀: die vorbestimmte Temperatur ist,
T: die Betriebstemperatur des Kraftstoffeinspritzventils ist, und
α: ein Temperaturkoeffizient der elektrischen Spule ist.

Bei einem Beispiel ohne Einschränkung ist der Temperaturkoeffizient der Temperaturkoeffizient des Widerstandswerts von Kupfer.
2 veranschaulicht nicht einschränkende beispielhafte Aufzeichnungen, die Profile einer Spannung und eines elektrischen Stroms repräsentieren, wenn ein Sondierungsspannungsimpuls vor einem Kraftstoffeinspritzereignis angelegt wird. Eine Aufzeichnung 210 veranschaulicht das Spannungsprofil 212, das eine gemessene Spannung anzeigt, die durch eine elektrische Spule eines Kraftstoffeinspritzventils induziert wird. Die elektrische Spule und das Kraftstoffeinspritzventil können der elektrischen Spule 24 und dem Kraftstoffeinspritzventil 1 von 1 entsprechen. Die vertikale y-Achse der Aufzeichnung 210 zeigt die Spannung in Volt (V) an. Eine Aufzeichnung 220 veranschaulicht ein Profil 222 des elektrischen Stroms, das einen gemessenen Strom durch die elektrische Spule des Kraftstoffeinspritzventils hindurch anzeigt. Das Profil 222 des elektrischen Stroms spricht auf das Spannungsprofil 212 der Aufzeichnung 210 an. Die vertikale y-Achse der Aufzeichnung 220 zeigt den Strom in Ampere (A) an. Es versteht sich, dass der elektrische Strom die elektrische Spule erregt, um eine elektromagnetische Kraft zum Öffnen des Kraftstoffeinspritzventils zu erzeugen, um eine eingespritzte Kraftstoffmasse zu liefern. Darüber hinaus muss der elektrische Strom den vorbestimmten Schwellenwert überschreiten, damit sich das Kraftstoffeinspritzventil öffnet.
Die horizontale x-Achse in jeder der Aufzeichnungen 210 und 220 repräsentiert die Zeit in Sekunden. Eine gestrichelte vertikale Linie 201 zeigt einen Zeitpunkt an, an dem ein Sondierungsspannungsimpuls angelegt wird, wobei das Spannungsprofil 212 von Null aus auf eine Größe ansteigt, die bis zu einer gestrichelten vertikalen Linie 202 beibehalten wird. In Ansprechen auf den Sondierungsspannungsimpuls beginnt das Profil 222 des elektrischen Stroms anzusteigen, bis es einen stationären Wert erreicht, der bis zur gestrichelten vertikalen Linie 202 beibehalten wird. Bei der gestrichelten vertikalen Linie 202 wird das Kraftstoffeinspritzereignis eingeleitet und ein Start der Einspritzung tritt auf, sobald der elektrische Strom eine Größe (z. B. größer als der vorbestimmte Schwellenwert) umfasst, die ausreicht, um das Kraftstoffeinspritzventil zu öffnen. Somit ermöglicht der Sondierungsspannungsimpuls, der vor dem Kraftstoffeinspritzereignis während der Zeitdauer zwischen den gestrichelten vertikalen Linien 201 und 202 angelegt wird, dass der elektrische Strom durch die elektrische Spule im stationären Zustand einen von Null verschiedenen Zahlenwert umfasst, so dass der Widerstandswert der elektrischen Spule geschätzt werden kann und schließlich eine Temperatur des Kraftstoffeinspritzventils ermittelt werden kann. Bei einigen Ausführungsformen kann die Sondierungsspannung eine PWM-Spannung umfassen.
Bei einer Ausführungsform kann eine Spannung mit variabler Verstärkung verwendet werden, um die elektrische Spule 24 von 1 zu sondieren, so dass die Größe der angelegten Spannung so gewählt werden kann, dass ein elektrischer Strom durch die elektrische Spule hindurch so begrenzt wird, dass er niedriger als der vorbestimmte Schwellenwert bleibt. 3 veranschaulicht nicht einschränkende beispielhafte Aufzeichnungen von Profilen der Spannung und des elektrischen Stroms während einer Zeitdauer vor einem Kraftstoffeinspritzereignis, wenn ein Sondierungsspannungsimpuls angelegt wird. Eine Aufzeichnung 310 veranschaulicht das Spannungsprofil 312, das eine gemessene Spannung anzeigt, die durch eine elektrische Spule eines Kraftstoffeinspritzventils induziert wird. Die vertikale y-Achse der Aufzeichnung 310 zeigt die Spannung von Volt (V) an und ist im Ursprung Null. Eine Aufzeichnung 320 veranschaulicht das Profil 322 des elektrischen Stroms, das einen gemessenen Strom durch die elektrische Spule des Kraftstoffeinspritzventils hindurch anzeigt. Das Profil 322 des elektrischen Stroms spricht auf das Spannungsprofil 312 der Aufzeichnung 310 an. Die vertikale y-Achse der Aufzeichnung 320 zeigt den Strom in Ampere (A) an und ist im Ursprung Null.
Die horizontale x-Achse zeigt in jeder der Aufzeichnungen 310 und 320 die Zeit in Sekunden an. Die Aufzeichnungen 310 und 320 können mit Bezug auf die entsprechenden Aufzeichnungen 210 und 220 von 2 während der Zeitdauer zwischen den gestrichelten vertikalen Linien 201 und 202 beschrieben werden. Folglich zeigt die Zeitspanne zwischen den gestrichelten vertikalen Linien 201 und 202 die gewünschte Zeitdauer für den Sondierungsspannungsimpuls an, der so anzulegen ist, dass der elektrische Strom den stationären Wert vor der gestrichelten vertikalen Linie 202 erreicht. Darüber hinaus hält die Größe oder Amplitude des Sondierungsspannungsimpulses den elektrischen Strom davon ab, dass er den vorbestimmten Schwellenwert überschreitet, bei dem das Kraftstoffeinspritzventil zum Öffnen veranlasst würde, weil eine erzeugte elektromagnetische Kraft eine Federvorbelastungskraft überwindet, die einen Anker vorspannt, um das Kraftstoffeinspritzventil zu schließen.
Bei der gestrichelten vertikalen Linie 202 zeigt das Profil 320 des elektrischen Stroms an, dass der gemessene Strom durch die elektrische Spule hindurch nun ein von Null verschiedener Zahlenwert ist und sich im stationären Zustand befindet. Folglich kann das Steuerungsmodul 60 von 1 den Widerstandswert der elektrischen Spule 24 unter Verwendung von Gleichung [3] berechnen, wobei der gemessene elektrische Strom und die gemessene Spannung an der elektrischen Spule 24 bei der gestrichelten vertikalen Linie 202 beschafft werden, wenn der gemessene elektrische Strom (und der Spannungsimpuls) stationär sind. Danach kann die Betriebstemperatur des Kraftstoffeinspritzventils 10 unter Verwendung von Gleichung [4] auf der Grundlage des Widerstandswerts, der aus Gleichung [3] berechnet wird, beschafft werden.
In einer anderen Ausführungsform kann die für die Sondierung der elektrischen Spule 24 von 1 verwendete Spannung mit variabler Verstärkung ermöglichen, dass eine Induktivität der elektrischen Spule 24 geschätzt wird. Mit Bezug auf die nicht einschränkenden beispielhaften Aufzeichnungen 310 und 320 von 3 wird der elektrische Strom in wünschenswerter Weise mit einer angemessen hohen Abtastrate (z. B. alle 10 Mikrosekunden) abgetastet, sobald der Sondierungsspannungsimpuls bei der gestrichelten vertikalen Linie 201 angelegt wird. Beispielsweise kann das Steuerungsmodul 60 von 1 den elektrischen Strom, der über die Rückmeldungssignale 42 bereitgestellt wird, mit einer angemessen hohen Abtastrate abtasten. Sobald das Profil 322 des elektrischen Stroms anzeigt, dass der gemessene elektrische Strom einen vorbestimmten Prozentsatz des endgültigen stationären Werts des elektrischen Stroms bei der gestrichelten vertikalen Linie 202 ab einer gestrichelten horizontalen Linie 301 erreicht, kann eine Zeitkonstante ermittelt werden, wie durch eine gestrichelte vertikale Linie 203 angezeigt ist. Bei einem nicht einschränkenden Beispiel ist der vorbestimmte Prozentsatz gleich 63,2% des endgültigen stationären Werts. Unter Verwendung der bei der gestrichelten vertikalen Linie 203 gemessenen Zeitkonstante und eines Widerstandswerts eines vorherigen Zyklus, der unter Verwendung von Gleichung [3] berechnet wird, kann das Steuerungsmodul 60 von 1 die Induktivität der elektrischen Spule 24 auf der Grundlage der folgenden Beziehung berechnen. L = R × T_C [5] wobei

R: ein geschätzter Widerstandswert der elektrischen Spule 24 aus einem vorherigen Zyklus ist,
T_C: die Zeitkonstante ist, die bei der gestrichelten vertikalen Linie 203 von 3 veranschaulicht ist, und
L: die geschätzte ungesättigte Induktivität der elektrischen Spule 24 ist.

Statt die Spannung mit variabler Verstärkung zu verwenden, können einige Ausführungsformen einen PWM-Spannungsimpuls zum Sondieren der elektrischen Spule 24 von 1 verwenden, so dass die Größe der angelegten Spannung und ein entsprechendes Tastverhältnis des entsprechenden PWM-Signals so gewählt werden können, dass der elektrische Strom durch die elektrische Spule hindurch so begrenzt wird, dass er einen stationären Impuls erreicht, der kleiner als der vorbestimmte Schwellenwert ist. 4 veranschaulicht nicht einschränkende beispielhafte Aufzeichnungen von Profilen der Spannung und des elektrischen Stroms während einer Zeitdauer vor einem Kraftstoffeinspritzereignis, wenn ein PWM-Sondierungsspannungsimpuls angelegt wird. Eine Aufzeichnung 410 veranschaulicht das Spannungsprofil 412, das einen gemessenen Spannungsimpuls anzeigt, der eine vorbestimmte Anzahl von Arbeitszyklen aufweist, die durch eine elektrische Spule eines Kraftstoffeinspritzventils induziert werden und über ein PWM-Signal angelegt werden. Insbesondere pulsiert die gemessene Spannung zwischen EIN und AUS. Die vertikale y-Achse der Aufzeichnung 410 zeigt die Spannung in Volt (V) an und ist im Ursprung Null. Eine Aufzeichnung 420 veranschaulicht das Profil 422 des elektrischen Stroms, das einen gemessenen Stromimpuls durch die elektrische Spule des Kraftstoffeinspritzventils hindurch anzeigt. Das Profil 422 des elektrischen Stroms spricht auf das Spannungsprofil 412 der Aufzeichnung 410 an. Folglich pulsiert der elektrische Strom in Ansprechen auf die EIN/AUS-Arbeitszyklen des PWM-Spannungsimpulses. Die vertikale y-Achse der Aufzeichnung 320 zeigt den Strom in Ampere (A) an und ist im Ursprung Null.
Die horizontale x-Achse in jeder der Aufzeichnungen 410 und 420 zeigt die Zeit in Sekunden an. Die Aufzeichnungen 410 und 420 können mit Bezug auf die entsprechenden Aufzeichnungen 210 und 220 von 2 während der Zeitdauer zwischen den gestrichelten vertikalen Linen 201 und 202 beschrieben werden. Folglich zeigt die Zeitspanne zwischen den gestrichelten vertikalen Linien 201 und 202 eine gewünschte Zeitdauer an, in der die Arbeitszyklen des PWM-Sondierungsspannungsimpulses derart angelegt werden, dass der elektrische Strom vor der gestrichelten vertikalen Linie 202 einen stationären Impuls umfasst. Gestrichelte horizontale Linien 401 und 402 zeigen minimale bzw. maximale Werte des elektrischen Stroms an, sobald das Profil 422 des elektrischen Stroms den stationären Impuls anzeigt. Ein Mittelwert des elektrischen Stroms kann zwischen den minimalen und maximalen Werten des elektrischen Stroms bei den gestrichelten horizontalen Linien 401 bzw. 402 berechnet werden. Dieser Mittelwert des elektrischen Stroms kann anstelle des gemessenen elektrischen Stroms i von Gleichung [3] verwendet werden, um den Widerstandswert der elektrischen Spule 24 zu berechnen. Danach kann die Betriebstemperatur des Kraftstoffeinspritzventils 10 unter Verwendung von Gleichung [4] auf der Grundlage des Widerstandswerts, der aus Gleichung [3] berechnet wurde, beschafft werden.
Bei einer anderen Ausführungsform kann die PWM-Spannung für das Sondieren der elektrischen Spule 24 von 1 ermöglichen, dass eine ungesättigte inkrementelle Induktivität der elektrischen Spule 24 geschätzt wird. Eine durch die elektrische Spule während der Spannungssondierung induzierte Spannung kann wie folgt ausgedrückt werden. V_EC = R × i + L di / dt [6] wobei V_EC der an die elektrische Spule 24 angelegte PWM-Spannungsimpuls ist.
Mit Bezug auf die nicht einschränkenden beispielhaften Aufzeichnungen 410 und 420 von 4 zeigt das Profil 422 des elektrischen Stroms an, dass der gemessene elektrische Stromimpuls eine entsprechende Spitze enthält, die am Ende der EIN-Periode für jeden PWM-Arbeitszyklus auftritt. Auf der Grundlage des Ausdrucks von Gleichung [6] kann die ungesättigte inkrementelle Induktivität der elektrischen Spule 24 durch das Steuerungsmodul 60 am Ende der EIN-Periode für jeden PWM-Arbeitszyklus auf der Grundlage der folgenden Beziehung berechnet werden.
wobei

L_inc: die inkrementelle Induktivität der elektrischen Spule 24 ist,
I: der gemessene Strom am Ende der EIN-Periode für den entsprechenden PWM-Arbeitszyklus ist,
ΔI: eine Veränderung beim elektrischen Strom während der EIN-Zeit des entsprechenden PWM-Arbeitszyklus ist, und
Δt: die Periodenzeit für den entsprechenden PWM-Arbeitszyklus ist.

Die Offenbarung hat bestimmte bevorzugte Ausführungsformen und Modifikationen dazu beschrieben. Beim Lesen und Verstehen der Beschreibung können Anderen weitere Modifikationen und Veränderungen einfallen. Es ist daher beabsichtigt, dass die Offenbarung nicht auf die speziellen offenbarten Ausführungsformen begrenzt ist, die als die beste Art angesehen werden, um diese Offenbarung auszuführen, sondern dass die Offenbarung alle Ausführungsformen enthalten wird, die in den Umfang der beigefügten Ansprüche fallen.

Claims

Verfahren zur Parameterschätzung in einem elektromagnetischen Aktor, der eine elektrische Spule und einen Anker umfasst, wobei das Verfahren umfasst, dass: ein Spannungsimpuls an die elektrische Spule des Aktors vor einem Aktorereignis und mit ausreichender Zeitdauer angelegt wird, um sicherzustellen, dass ein resultierender elektrischer Strom einen stationären Zustand erreicht; und mindestens ein Parameter des Aktors auf der Grundlage des Spannungsimpulses und des stationären Stroms geschätzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine Amplitude des Spannungsimpulses so gewählt wird, dass der resultierende elektrische Strom durch die elektrische Spule hindurch so begrenzt wird, dass er eine vorbestimmte Stromgröße nicht überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die vorbestimmte Stromgröße nicht ausreicht, um eine Verschiebung des Ankers zu verursachen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine Parameter des Aktors einen Widerstandswert der elektrischen Spule umfasst, und wobei das Schätzen des Widerstandswerts der elektrischen Spule in Übereinstimmung mit der folgenden Beziehung erfolgt:
wobei V_EC der Spannungsimpuls ist, i der stationäre Strom ist und R der Widerstandswert der elektrischen Spule ist.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei der mindestens eine Parameter ferner eine Aktortemperatur umfasst, und wobei das Schätzen der Aktortemperatur in Übereinstimmung mit der folgenden Beziehung erfolgt: R(T) = R₀[(1 + α(T – T₀)] wobei R der Widerstandswert der elektrischen Spule ist, T die Aktortemperatur ist, R₀ ein vorbestimmter Widerstandswert der elektrischen Spule bei einer vorbestimmten Temperatur T₀ ist, T₀ die vorbestimmte Temperatur ist, und α ein Temperaturkoeffizient der elektrischen Spule ist.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei der mindestens eine Parameter ferner eine Induktivität der elektrischen Spule umfasst, und wobei das Schätzen der Induktivität der elektrischen Spule umfasst, dass: eine Zeitkonstante ermittelt wird, die dem entspricht, dass der resultierende elektrische Strom einen vorbestimmten Prozentsatz des stationären Stroms erreicht; und die Induktivität der elektrischen Spule auf der Grundlage des geschätzten Widerstandswerts der elektrischen Spule und der ermittelten Zeitkonstante in Übereinstimmung mit der folgenden Beziehung geschätzt wird: L = R × T_C wobei L die Induktivität der elektrischen Spule ist, R der geschätzte Widerstandswert der elektrischen Spule ist, und T_C die Zeitkonstante ist.
Elektromagnetisches Kraftstoffeinspritzsystem, umfassend: ein Kraftstoffeinspritzventil, umfassend: eine elektrische Spule; und einen Anker; und ein Steuerungsmodul, das ausgestaltet ist, um: einen Spannungsimpuls an die elektrische Spule des Kraftstoffeinspritzventils vor einem Aktorereignis und mit ausreichender Dauer anzulegen, um sicherzustellen, dass ein resultierender elektrischer Strom einen stationären Zustand erreicht; und mindestens einen Parameter des Kraftstoffeinspritzventils auf der Grundlage des Spannungsimpulses und des stationären Stroms zu schätzen.
Elektromagnetisches Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 7, wobei der mindestens eine Parameter des Kraftstoffeinspritzventils einen Widerstandswert der elektrischen Spule umfasst, und wobei der Widerstandswert der elektrischen Spule in Übereinstimmung mit der folgenden Beziehung geschätzt wird:
wobei V_EC der Spannungsimpuls ist, i der stationäre Strom ist, und R der Widerstandswert der elektrischen Spule ist.
Elektromagnetisches Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 7, wobei der mindestens eine Parameter ferner eine Temperatur des Kraftstoffeinspritzventils umfasst und wobei die Temperatur des Kraftstoffeinspritzventils in Übereinstimmung der folgenden Beziehung geschätzt wird: R(T) = R₀[(1 + α(T – T₀)] wobei R der Widerstandswert der elektrischen Spule ist, T die Temperatur des Aktors ist, R₀ ein vorbestimmter Widerstandswert der elektrischen Spule bei einer vorbestimmten Temperatur T₀ ist, T₀ die vorbestimmte Temperatur ist, und α ein Temperaturkoeffizient der elektrischen Spule ist.
Elektromagnetisches Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 7, wobei das Anlegen des Spannungsimpulses das Impulsbreitenmodulieren einer Spannung mit einer vorbestimmten Größe und einem vorbestimmten Tastverhältnis umfasst.