-
Technisches
Feld
-
Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern der Tätigkeit
eines Solenoids gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1, bei welchem Solenoid die Bewegung der Tauchspule
dadurch verursacht wird, dass dem Solenoid bzw. dem Elektromagneten elektrische
Energie zugeführt
wird, wobei ein elektrischer Strom durch den Solenoid fließt.
-
Technologischer
Hintergrund
-
Eine
Anzahl von Kraftstoffeinspritzungssystemen für Maschinen verwenden Solenoid
bzw. Elektromagneten zur Steuerung der Tätigkeit von Einspritzdüsen. Dies
kann bewerkstelligt werden, indem entweder direkt die Düsennadel
betätigt
wird oder indirekt, indem zum Beispiel der Drucklevel des Servomagnetventil
gesteuert wird. In beiden Fällen
basiert die Tätigkeit
immer auf der Bewegung der Tauchspule bzw. des Kerns des Elektromagneten.
Das dem Anmelder gehörende
US-Patent 6,240,901 zeigt ein System basierend auf indirekter Steuerung.
-
Ein
elektrischer Strom fließt
durch die Spule des Elektromagneten, wenn daran eine elektrische Stromquelle
angeschlossen wird. Diese erzeugt ein magnetisches Feld, das die
Tauchspule bzw. den Kern des Elektromagneten dazu veranlasst, sich
zu bewegen. In einem Elektromagneten ändert sich der elektrische
Strom auf das Basis der Position der Tauchspule bzw. des Kerns,
und der Strom beginnt abzunehmen für eine Zeit, insbesondere wenn
die Tauchspule/der Kern begonnen hat, sich zu bewegen, wobei ein örtlicher
Maximalwert des Stromes gebildet wird. Diese Information kann verwendet
werden, um die Tätigkeit
des Elektromagneten zu steuern. Sie kann insbesondere verwendet
werden, um das Öffnungsmoment
der Einspritzdüse
zu überwachen.
Diese Information kann auch verwendet werden, um sicherzustellen,
dass die Tauchspule begonnen hat sich zu bewegen.
-
Die
Veröffentlichung
WO 03/007317 A1 zeigt ein Verfahren zur Steuerung eines Elektromagneten. Der
Ausgangspunkt dieser Veröffentlichung
besteht jedoch darin, den Moment zu definieren, wenn die Einspritzdüse sich
voll geöffnet
hat. Der oben genannte lokale Maximalwert des Stroms hört ebenfalls auf,
wenn die Bewegung der Tauchspule stoppt. In dem in der Veröffentlichung
beschriebenen Verfahren werden die Ereignisse, die während der
Bewegung der Einspritzdüse
stattfinden, ignoriert.
-
Die
US 5,182,517 zeigt ein bestimmtes
Verfahren, um den Beginn der Bewegung der Tauchspule eines Elektromagneten
zu bestimmen, bei welchem die Bewegung verursacht wird, indem elektrischer
Strom dem Elektromagneten zugeführt
wird.
-
Offenbarung
der Erfindung
-
Es
ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Steuern
der Tätigkeit
eines Elektromagneten anzugeben, bei dem die mit dem Stand der Technik
verknüpften
Probleme minimiert werden. Es ist ein spezielles Ziel der Erfindung,
ein Verfahren zur Festlegung des Startpunkts der Einspritzung einer
Elektromagnetgesteuerten Einspritzdüse anzugeben, bei welcher der
Startpunkt der Injektion zuverlässig
aber einfach stattfindet.
-
Das
erfindungsgemäße Verfahren
zur Steuerung der Tätigkeit
eines Elektromagneten, bei welchem Elektromagneten die Bewegung
der Tauchspule verursacht wird durch Zuführen von elektrischer Energie
zu dem Elektromagneten, wobei ein elektrischer Strom durch den Elektromagneten
fließt,
umfasst folgende Schritte.
- – Definieren eines Modells
zum Beschreiben des Stromsignals des Elektromagneten in bestimmten Zeitintervallen
beginnend vom Aktivierungsmoment des Elektromagneten an, welcher
Modellwert sich sequentiell und linear von dem Wert null entsprechend
dem Aktivierungsmoment des Elektromagneten ändert,
- – Messen
des wahren Stromsignals des Elektromagneten in Zeitintervallen,
die mit dem Modell korrespondieren,
- – Definieren
eines Restsignals, welches der Unterschied zwischen dem Signal des
Modells und dem wahren Stromsignal ist, und
- – Durchführen einer
Schwellwertanalyse für
das Restsignal, wobei ein positiver Wert gefunden wird, der den
Nullwert um einen bestimmten Grenzwert überschreitet.
-
Das
erfindungsgemäße Verfahren
verwendet ein Modell, bei welchem der Wert des Stromsignals des
Elektromagneten linear nachgebildet wird mit einer sequentiellen
kontinuierlichen Funktion, deren Wert lediglich zeitabhängig ist.
-
In
dem Verfahren korrespondiert das Zeitfenster für die Bestimmung des Modells
mit der gewünschten
Steuerungszeit des Elektromagneten, der in dem Verfahren benutzt
wird wie z.B. die Rückstellzeit.
In entsprechender Weise korrespondiert das Zeitfenster zum Festlegen
der Schwellwertanalyse der Rückstellzeit
des Elektromagneten des vorliegenden Verfahrens. Bei der Schwellwertanalyse
wird die Abweichung des Restsignals vom Nullwert zu einem vorgegebenen
Grenzwert analysiert, wobei das resultierende Signal leicht verwendet
werden kann zum Feststellen der relativ großen positiven Abweichung, die
durch den Beginn der Bewegung der Tauchspule verursacht wird. Vorzugsweise
wird das Verfahren verwendet zum Bestimmen des Beginns der Öffnung der
Kraftstoffeinspritzdüse
eines Motors. Der Elektromagnet steuert die Tätigkeit der Einspritzdüse des Motors,
wobei zumindest der Zeitpunkt, an welchem der Wert des Restsignals
den genannten Grenzwert überschreitet,
der Steuereinheit weitergeleitet wird, um bei der Steuerung der
Tätigkeit
des Motors verwendet zu werden.
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ebenfalls ein Kraftstoffeinspritzsystem
einer Verbrennungskraftmaschine, welches Einspritzsystem mindestens eine
elektrisch steuerbare Einspritzdüse
umfasst, die konzipiert ist, das oben genannte Verfahren auszuführen.
-
Beschreibung
der Zeichnungen
-
Nachfolgend
wird die Erfindung mittels eines Beispiels und mit Bezug auf die
beigefügten
Zeichnungen beschrieben. In diesen zeigen:
-
1 eine
schematische Darstellung des Stromverlaufs des Elektromagneten in
Verbindung mit der Kraftstoffeinspritzdüse als Funktion der Zeit,
-
2 das
Verhalten des Stroms eines Elektromagneten in Verbindung mit einer
Kraftstoffeinspritzdüse
als Funktion der Zeit und das Stromsignal des Modells, das für den entsprechenden
Elektromagneten entwickelt worden ist,
-
3 das
Restsignal der Situation von 2, und
-
4 eine
Schemazeichnung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einem Kraftstoffeinspritzsystem.
-
1 zeigt
schematisch das Verhalten des Stroms 100 des Elektromagneten,
wenn der Elektromagnet über
eine Zeitdauer 110 verwendet wird, d.h., wenn eine elektrische
Stromquelle damit verbunden wird. Mehrere Schritte in unterschiedlichen
Zeitphasen können
im Betrieb gesehen werden, startend von dem Verbinden der Stromquelle.
Die erste Zeitphase 1 zeigt die sogenannte Rückstellzeit
der Steuerung, d.h. die Zeit, in welcher die Tauchspule/der Kern
sich von der Ruheposition zur Betriebsposition bewegt. Der Stromfluss
durch den Elektromagneten steigt schließlich auf seinen höchsten Wert
an, den sogenannten Rückstellstrom 5.
Die Figur zeigt ebenfalls, dass zu einem gewissen Zeitpunkt nach
der Aktivierung der Strom für
eine Zeit abnimmt, welches die Bildung eines lokalen Maximalwertes 1.1 mit
sich bringt. Dies beruht auf der Änderung der Induktivität, die verursacht
wird durch den Beginn der Bewegung der Tauchspule/des Kerns, welche
wiederum eine Änderung
in dem elektrischen Stromfluss durch den Elektromagneten bewirkt.
Wenn der Elektromagnet seine äußerste Position
erreicht, wird die momentane Reduktion des Stroms gestoppt und der
Strom kann wiederum ansteigen. Diese Situation ist der Öffnungsmoment
der Einspritzdüse.
Während
des Rückstellens
des Elektromagneten erreicht der Strom seinen Extremwert, welches
der sogenannte Rückstellwert
genannt wird. Folgend auf die Rückstellzeit 1 wird
angenommen, dass die Tauchspule des Elektromagneten ihre äußerste Position
erreicht hat, wobei der Stromwert auf einen Wert absinkt, der ausreichend
ist, um die Tauchspule/den Kern des Elektromagneten in ihrer/seiner
Position zu halten. Der Abfall des Stroms nimmt ebenfalls etwas
Zeit in Anspruch, ebenfalls aufgrund der Induktivität. Dieser geringe
Stromlevel wird Haltestrom 4 genannt. Wenn die Einspritzung
für eine
vorbestimmte Zeit 3 angedauert hat, wird die Stromquelle
von dem Elektromagneten getrennt, woraufhin der elektrische Strom
verschwindet.
-
2 zeigt
ein Modell 6 des Stromsignals des Elektromagneten wie es
in der Erfindung benutzt wird. In dem Modell werden die Änderungen
des Stroms 100 in einem Elektromagneten entsprechend den
tatsächlichen
Verhältnissen
nachgebildet, jedoch wird die Stromänderung, die durch die Bewegung
der Tauchspule/des Kerns bzw. des Plungers des Elektromagneten erzeugt
wird, ignoriert. Das Stromsignal, das für die Zeit 110 nachgebildet
wird, ist dazu bestimmt, die Bewegung der Tauchspule/des Kerns zu steuern,
d.h. üblicherweise über die
Rückstellzeit 1, und
es steigt von null entsprechend dem Aktivierungsmoment des Elektromagneten
linear auf den Pegel des Rückstellstroms
an. Somit gibt es dort keinen lokalen Maximalwert des Stroms, der
durch den Beginn der Bewegung in der Tauchspule/des Kerns des Elektromagneten
verursacht wird, wie er im normalen Betrieb des Modells gesehen
werden kann. Im Falle das zu steuernde Zeitintervall die Rückstellzeit 1 ist,
werden Stromänderungen
bis zum Ende der Rückstellzeit 1 nachgebildet. 2 zeigt
auch das gemessene Stromsignal 7 eines arbeitenden Elektromagneten
auf der gleichen Zeitachse. Dieses zeigt klar den momentanen Abfall 7.1 des
Stroms, der durch den Elektromagneten während seiner Rückstellphase
fließt.
-
Somit
wurde herausgefunden, dass dieses Phänomen durch die Tätigkeit
des Elektromagneten verursacht wird. Wenn das erfindungsgemäße Verfahren
angewandt wird, wird das Modell 6 des Elektromagneten in
dem Steuerungssystem als simuliertes Stromwert-Set gespeichert.
Erfindungsgemäß ist es
wünschenswert,
eine statische Messfrequenz zu verwenden, wobei der Wert des Modells
allein auf der Basis der Ordinate der Messung bestimmt werden kann,
so dass jeder Wert des Modells dem vorherigen Wert mit einer bestimmten
konstanten Zahl hinzuaddiert entspricht, welche konstante Zahl bestimmbar
ist aus der Neigung des Modells 6. In dem Verfahren wird
die Differenz des Stromsignals 7, gemessen nach Aktivierung
des Elektromagneten, d.h. nach der Öffnungssequenz der Einspritzdüse, und des
Stromsignals der entsprechenden Zeit des Modells als das Restsignal 8 bestimmt.
Das Restsignal 8 für
den Fall der 2 ist in 3 gezeigt.
Eine Schwellwertanalyse 25 wird für jedes so bestimmte Restsignal
durchgeführt,
um einen positiven Wert zu finden, d.h. einen Peak 8.1,
der den Nullwert überschreitet.
In dem Verfahren wird ein bestimmter Grenzwert festgelegt für den Peak,
der überschritten werden
muss, bevor man davon ausgehen kann, dass die Bewegung der Tauchspule
begonnen hat. Die Analyse wird durchgeführt nach jeder Öffnungssequenz
des Ventils und das Modell kann korrigiert werden auf der Basis
jeder Messsequenz, so dass alle Änderungen
in der Vorrichtung berücksichtigt werden
können.
-
Somit
kann bei der Ventilöffnungserkennung (VOR)
gemäß der Erfindung
die Öffnungszeit
der Einspritzdüse
festgelegt werden, indem eine Schwellwertanalyse für den Restwert
durchgeführt wird,
der wie oben definiert wird.
-
4 zeigt
schematisch die Teile eines Kraftstoffeinspritzsystems einer Verbrennungskraftmaschine 10,
die für
die Erfindung wesentlich sind. Die Verbrennungskraftmaschine enthält eine
Einspritzdüse 12,
die in dem Zylinderkopf 11 angeordnet ist. Kraftstoff wird
der Einspritzdüse 12 mittels
einer Kraftstoffleitung 13 zugeführt. Die Tätigkeit der Einspritzdüse wird
gesteuert durch einen Elektromagneten 14. In dieser Lösung befindet
sich der Elektromagnet in direkter Verbindung mit der Einspritzdüse. Sie kann
jedoch auch indirekt agieren, z.B. indem sie ein separates Steuerungssystem
steuert wie z.B. den Servoöldruck.
Die Tätigkeit
des Motors als auch die Kraftstoffeinspritzung wird gesteuert mittels
einer elektronischen Steuerungseinheit 15, die dazu konzpiert
ist, auch unterschiedliche andere Motorsteuerungsfunktionen zu übernehmen.
-
Somit
steuert die Steuerungseinheit, wenn der Motor läuft, u.a. die Kraftstoffeinspritzung.
Einfach ausgedrückt
findet dies statt, in dem der Elektromagnet 14, der die
Tätigkeit
der Einspritzdüse
steuert, ein- und ausgeschaltet wird. Um dies zu bewerkstelligen,
befindet sich die Steuereinheit 15 in elektrischer Verbindung 16 mit
dem Elektromagneten 14. Gemäß der Erfindung wird die Tätigkeit
des Elektromagneten und speziell die Öffnung der Einspritzdüse gesteuert,
so dass der Strom, der durch den Elektromagneten fließt, in bestimmten
Intervallen gemessen wird. Weil die Dauer der Öffnungssequenz der Einspritzdüse relativ
kurz ist, ist es offensichtlich, dass die Messfrequenz für die Messwerte
derart gewählt wird,
dass sie für
die Situation geeignet ist. Es ist zusätzlich wichtig, dass die Bestimmungsfrequenz
des Modells und die gemessenen Werte miteinander korrespondieren.
Wenn das Ventil geöffnet
hat, wird das gemessene Signal 7 durch einen Probenzähler 19 in die
Restsignalrecheneinheit 23 importiert. Zusätzlich dazu
wird Information über
die Ordinate 21 der Messung in die Modelleinheit 20 importiert,
in welcher das verwendete Modell gespeichert ist. Diese Information ist
ausreichend, weil das Verfahren eine statische Messfrequenz verwendet.
Das Modellsignal 6, das von der Modelleinheit 20 auf
der Basis des Zeitpunkts der Messung erhalten wird, wird ebenfalls
in die Restsignalrecheneinheit 23 importiert. Die Restsignalrecheneinheit
führt nun
eine Subtraktion der Werte des Modellsignals 6 und des
gemessenen Stromsignals 7 durch, wobei das Resultat das
Restsignal 8 ist. Das Restsignal 8 wird der Schwellwertanalyseeinheit 25 zugeführt, welche
eine Schwellwertanalyse für
den Restwert 8 durchführt,
indem dieser mit dem vorbestimmten Grenzwert verglichen wird, welcher
in der Steuereinheit 15 gespeichert ist. Der Zeitpunkt,
der einen positiven Anstieg beinhaltet, kann als der anfängliche
Moment der Bewegung der Tauchspule in dem Elektromagneten betrachtet
werden, vorausgesetzt, dass dieser innerhalb einer bestimmten Zeit stattgefunden
hat. Wenn dies nicht der Fall ist, hat sich die Tauchspule trotz
ihres Steuersignals nicht bewegt. Die Schwellwertanalyseeinheit
erzeugt ein Signal 26 für
das Steuersystem 15, welches in der Lage ist, bei der Tätigkeit
des Steuerungssystems 15 verwendet zu werden.
-
Die
Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele begrenzt, sondern
kann in vielfältiger
Variation davon innerhalb des Schutzbereichs der beigefügten Ansprüche realisiert
werden.