EP2470769A1 - Verfahren und steuergerät zum betreiben eines elektromagnetischen aktors - Google Patents

Verfahren und steuergerät zum betreiben eines elektromagnetischen aktors

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EP2470769A1
EP2470769A1 EP10739330A EP10739330A EP2470769A1 EP 2470769 A1 EP2470769 A1 EP 2470769A1 EP 10739330 A EP10739330 A EP 10739330A EP 10739330 A EP10739330 A EP 10739330A EP 2470769 A1 EP2470769 A1 EP 2470769A1
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EP
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electromagnetic actuator
control
magnetic circuit
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current
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Klaus Joos
Ruben Schlueter
Jens Neuberg
Helerson Kemmer
Holger Rapp
Haris Hamedovic
Joerg Koenig
Anh-Tuan Hoang
Bernd Wichert
Wolfgang Fischer
Silke Seuling
Achim Hirchenhein
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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    • H01F7/18—Circuit arrangements for obtaining desired operating characteristics, e.g. for slow operation, for sequential energisation of windings, for high-speed energisation of windings
    • H01F7/1844—Monitoring or fail-safe circuits

Definitions

  • the invention relates to a method for operating an electromagnetic actuator, in particular a fuel injection valve of an internal combustion engine of a motor vehicle, in which the electromagnetic actuator is driven during a drive operation in order to influence an operating state of the actuator.
  • the invention further relates to a control device for carrying out such an operating method.
  • Control unit of the type mentioned above to improve that increased precision in the control of the electromagnetic actuator is given without requiring additional power pulses that are not part of the Anberichttician.
  • a particularly precise control of the electromagnetic actuator is advantageously possible because a residual magnetic field influencing the operating behavior of the electromagnetic actuator, which results, for example, from previous drive processes, can be compensated for and, in particular, its effects on future activation can be compensated.
  • Magnetization characteristic is carried out, which characterizes the magnetizing current.
  • the magnetization characteristic can according to the invention, for example in
  • Dependence of a time course of a current flowing through a magnetic coil of the electromagnetic actuator coil current can be determined.
  • Actuating process and / or a control start depending on the state of the magnetic circuit and / or the magnetization characteristic can be specified.
  • magnetization characteristic is formed in dependence of this determined voltage value.
  • a formation of the magnetization characteristic as a function of a plurality of the aforementioned variables (coil current, time interval, coil voltage) is likewise conceivable.
  • the state of the magnetic circuit is determined model-based as a function of at least one control variable for the electromagnetic actuator.
  • a state of the magnetic circuit of the electromagnetic actuator can be determined in a particularly precise manner as a function of at least one drive variable for the electromagnetic actuator.
  • the state of the magnetic circuit of the electromagnetic actuator can be determined in a particularly precise manner as a function of at least one drive variable for the electromagnetic actuator.
  • the magnetic circuit of the electromagnetic actuator are determined not only at the beginning of a respective driving process, but also to further operating times of the electromagnetic actuator.
  • the state of the magnetic circuit can be particularly advantageous depending on one or more several preceding driving operations are determined, resulting in an increased precision with respect to the information characterizing the state of the magnetic circuit.
  • Internal combustion engine is executable.
  • FIG. 1 Schematically a fuel injection valve of an internal combustion engine of a motor vehicle with an inventively operated
  • FIG. 2 shows a simplified equivalent circuit diagram of a magnetic circuit of the electromagnetic actuator from FIG. 1,
  • Figures 3 and 4 each show a time course of different operating variables of the electromagnetic actuator
  • FIG. 5 shows a functional diagram of a further embodiment of the invention
  • FIG. 1 schematically shows a fuel injection valve 100 of FIG
  • the fuel injection valve 100 has an electromagnetic actuator 10 which drives at least one component, not shown here, of the fuel injection valve 100, for example a valve needle, in order to effect fuel injections.
  • the electromagnetic actuator 10 is driven by a control unit 20 assigned to it.
  • the control unit 20 has a known manner via a
  • FIG. 2 shows a simplified equivalent circuit diagram of a magnetic circuit 11 of a typical electromagnetic actuator 10 (FIG. 1).
  • the equivalent circuit diagram has a resistor R_c, which represents the ohmic resistance of a primary coil of the electromagnetic actuator 10. Connected in series with the ohmic resistor R_c is a main inductance L_h, which is a
  • a series circuit Parallel to the main inductance L_h, a series circuit is provided which has a leakage inductance L_ ⁇ and a further ohmic resistor R_w * .
  • the further ohmic resistance R_w * is an eddy current resistance of the electromagnetic actuator 10 which is translated to the side of the magnetic coil.
  • the actuation of the electromagnetic actuator 10 or of the magnetic circuit 11 produced by it with a drive voltage u results according to the circuit topology described above a coil current i_c.
  • the coil current i_c branches as shown in Figure 2 apparent between the
  • Main flow path M and an eddy current path l_w are distinguished, wherein the vortex Ström pf ad l_w on the leakage inductance L_ ⁇ extends.
  • FIG. 3 shows a time profile of the currents described above through the magnetic circuit according to FIG. 2.
  • an operating state of the electromagnetic actuator 10 is assumed, which is characterized in that no energy in the form of magnetic fields is stored in the inductances L_h, L_ ⁇ at the beginning t_0 of a drive process.
  • This statement is synonymous with the fact that both the magnetization current i_m and the eddy current i_w * have a value of zero at the time t_0, compare FIG. 3.
  • Drive voltage u is set to a lower value.
  • Magnetizing current i_m occur, there is a deviating from the above explained with reference to Figure 3 scenario.
  • magnetization currents i_m may be due to a preceding activation process has been terminated in time so shortly before the beginning of t_0, that not already the entire magnetic field of the leakage inductance L_ ⁇ has subsided.
  • a non-vanishing eddy current i_w * results in the
  • the first of the three operating scenarios illustrated in FIG. 4 is characterized in that
  • the eddy-current curve i_w * 2 that occurs in this case is likewise illustrated in FIG.
  • Magnetizing current i_m3 at the control start time t_0 also have an even greater value than that in the magnetization current profile i_m2 is the case.
  • the reason for this can be, for example, a particularly short pause time between two successive drive operations of the electromagnetic actuator 10, so that relatively relatively much energy is still stored in the magnetic field of the leakage inductance L_ ⁇ at the actuation start time t_0 of the drive process considered here.
  • the coil current i_c3 accordingly reaches earliest the predefinable desired value l_boos.
  • the corresponding eddy current profile is illustrated by the reference symbol i_w * 3.
  • the magnetization characteristic can advantageously be used directly to modify the activation of the electromagnetic actuator 10, that is to say in particular the drive voltage u.
  • the time profile of the drive voltage u in so
  • Time t_0 always the same performance of the electromagnetic actuator 10 and thus, for example, the same injection quantity in the operation of the fuel injection valve 100 ( Figure 1) results.
  • the magnetization parameter can be determined particularly efficiently as a function of a time profile of the coil current i_c flowing through the magnet coil of the electromagnetic actuator 10. Particularly easy this can be accomplished by a
  • Time interval t_mess is determined between the beginning t_0 of the drive operation and the time t_1, at which the coil current i_d reaches the predetermined setpoint l_mess.
  • the magnetization characteristic used for modifying the drive quantity u can finally be formed as a function of the determined time interval t_mess. It is particularly advantageous to select the desired value l_mess equal to the desired value l_boos, since then the end of the
  • Boost phase with constant voltage u-boos also marks the time t_1.
  • the state of the magnetic circuit 1 1 is determined model-based as a function of at least one control variable for the electromagnetic actuator 10.
  • model 200 shown in FIG. 5 can be used which, for example, can be used by a corresponding computer program in one
  • Arithmetic unit of the controller 20 ( Figure 1) is implemented.
  • the model 200 input quantities E1, E2 supplied.
  • the input variables E1, E2 may be, for example, parameters of the last fuel injection present in the control unit 20. Furthermore, the input quantities E1, E2 may also include desired characteristics of the following injection.
  • the model 200 according to the invention determines therefrom parameters for the
  • Control of the subsequent injection which may be, for example, a time course of the drive voltage u ( Figure 2).
  • the model 200 according to the invention can be provided by the provision
  • the metrologically recorded variables M may be, for example, the drive voltage u, the drive current I, from which further variables can be determined, for example, an opening time and / or a closing time and / or a duration of flight of a movable component of the fuel injection valve 100 during the activation of the
  • Fuel injection valve performs a ballistic trajectory.
  • the model 200 according to the invention forms from the supplied to him
  • electromagnetic actuator 10 which may be, for example, the timing of the drive voltage u.
  • Control variables for the subsequent control process is taken into account.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines elektromagnetischen Aktors, insbesondere eines Kraftstoffeinspritzventils einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, bei dem der elektromagnetische Aktor während eines Ansteuervorgangs angesteuert wird, um einen Betriebszustand des Aktors zu beeinflussen. Erfindungsgemäß wird ein, insbesondere zu Beginn des Ansteuervorgangs vorliegender, Zustand eines magnetischen Kreises (11) des elektromagnetischen Aktors bei der Ansteuerung des elektromagnetischen Aktors berücksichtigt.

Description

Beschreibung
Titel
Verfahren und Steuergerät zum Betreiben eines elektromagnetischen Aktors Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines elektromagnetischen Aktors, insbesondere eines Kraftstoffeinspritzventils einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, bei dem der elektromagnetische Aktor während eines Ansteuervorgangs angesteuert wird, um einen Betriebszustand des Aktors zu beeinflussen.
Die Erfindung betrifft ferner ein Steuergerät zur Durchführung eines derartigen Betriebsverfahrens.
Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist bereits aus der DE 101 38 483 A1 bekannt. Zur Steigerung der Präzision bei der Ansteuerung des
elektromagnetischen Aktors sieht das bekannte Verfahren vor, den
elektromagnetischen Aktor vor einer Ansteuerung mit einem Stromimpuls zu beaufschlagen, und ausgehend von einer Größe, die die Dauer des
Stromimpulses charakterisiert, die Ansteuerung zu korrigieren. Dadurch wird erreicht, dass eine Ansteuerdauer für mehrere Ansteuervorgänge mit unterschiedlichen Versorgungsspannungen konstant ist. Nachteilig an dem bekannten Verfahren ist das Erfordernis, vor der eigentlichen
Ansteuerung des elektromagnetischen Aktors einen gesonderten Stromimpuls vorsehen zu müssen. Dadurch ergeben sich insbesondere Restriktionen hinsichtlich der minimalen zeitlichen Abstände aufeinanderfolgender
Ansteuervorgänge. Darüberhinaus erhöhen die selbst nicht zu der Ansteuerung gehörigen Stromimpulse den elektrischen Energiebedarf einer entsprechenden
Schaltung. Offenbarung der Erfindung Demgemäß ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und ein
Steuergerät der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass eine gesteigerte Präzision bei der Ansteuerung des elektromagnetischen Aktors gegeben ist, ohne zusätzliche Stromimpulse zu erfordern, die nicht Bestandteil der Ansteuervorgänge sind.
Diese Aufgabe wird bei dem Verfahren der eingangs genannten Art
erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein, insbesondere zu Beginn des
Ansteuervorgangs vorliegender, Zustand eines magnetischen Kreises des elektromagnetischen Aktors bei der Ansteuerung des elektromagnetischen Aktors berücksichtigt wird.
Dadurch ist erfindungsgemäß vorteilhaft eine besonders präzise Ansteuerung des elektromagnetischen Aktors möglich, weil ein das Betriebsverhalten des elektromagnetischen Aktors beeinflussendes Restmagnetfeld, das beispielsweise aus vorherigen Ansteuervorgängen resultiert, berücksichtigt und insbesondere seine Auswirkungen auf eine zukünftige Ansteuerung kompensiert werden können.
Erfindungsgemäß ist erkannt worden, dass insbesondere ein
Magnetisierungsstrom, der zu Beginn des Ansteuervorgangs durch eine
Primärinduktivität des magnetischen Kreises des elektromagnetischen Aktors fließt, das Betriebsverhalten des elektromagnetischen Aktors wesentlich beeinflusst. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens ist daher vorgeschlagen, dass die Ansteuerung des elektromagnetischen Aktors in Abhängigkeit einer
Magnetisierungskenngröße erfolgt, die den Magnetisierungsstrom charakterisiert.
Die Magnetisierungskenngröße kann erfindungsgemäß beispielsweise in
Abhängigkeit eines zeitlichen Verlaufs eines durch eine Magnetspule des elektromagnetischen Aktors fließenden Spulenstroms ermittelt werden.
Insbesondere ist es vorteilhaft möglich, ein Zeitintervall zwischen dem Beginn des Ansteuervorgangs und dem Zeitpunkt zu ermitteln, zu dem der Spulenstrom einen vorgebbaren Sollwert erreicht, und die Magnetisierungskenngröße in Abhängigkeit des ermittelten Zeitintervalls zu bilden. Diese Erfindungsvariante zeichnet sich durch ihre geringe Komplexität aus und erlaubt die Ermittlung der erfindungsgemäß betrachteten Magnetisierungskenngröße durch eine einfache
Zeitmessung.
Erfindungsgemäß kann sowohl die Ansteuerdauer für den aktuellen
Ansteuervorgang und/oder ein Ansteuerbeginn in Abhängigkeit des Zustande des magnetischen Kreises und/oder der Magnetisierungskenngröße vorgegeben werden.
Bei einer weiteren sehr vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass eine an der Magnetspule anliegende
Spulenspannung zu einem definierten Zeitpunkt vor Beginn des
Ansteuervorgangs ermittelt wird, und dass die Magnetisierungskenngröße in Abhängigkeit dieses ermittelten Spannungswerts gebildet wird. Eine Bildung der Magnetisierungskenngröße in Abhängigkeit mehrerer der vorstehend genannten Größen (Spulenstrom, Zeitintervall, Spulenspannung) ist ebenfalls denkbar.
Bei einer weiteren sehr vorteilhaften Variante des erfindungsgemäßen
Betriebsverfahrens ist vorgesehen, dass der Zustand des magnetischen Kreises modellbasiert in Abhängigkeit mindestens einer Ansteuergröße für den elektromagnetischen Aktor ermittelt wird.
Durch die Verwendung eines den elektromagnetischen Aktor repräsentierenden Modells kann in Abhängigkeit mindestens einer Ansteuergröße für den elektromagnetischen Aktor besonders präzise ein Zustand des magnetischen Kreises des elektromagnetischen Aktors ermittelt werden. Insbesondere kann unter Verwendung des erfindungsgemäßen Modells der Zustand des
magnetischen Kreises des elektromagnetischen Aktors nicht nur zu Beginn eines jeweiligen Ansteuervorgangs, sondern auch zu weiteren Betriebszeiten des elektromagnetischen Aktors ermittelt werden. Unter Verwendung des erfindungsgemäßen Modells kann der Zustand des magnetischen Kreises besonders vorteilhaft in Abhängigkeit von einem oder mehreren vorangehenden Ansteuervorgängen ermittelt werden, wodurch sich eine gesteigerte Präzision hinsichtlich der den Zustand des magnetischen Kreises charakterisierenden Informationen ergibt. Als eine weitere Lösung der Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein
Steuergerät gemäß Patentanspruch 8 angegeben.
Von besonderer Bedeutung ist die Realisierung des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens in Form eines Computerprogramms, das auf einem elektronischen oder optischen Speichermedium abgespeichert sein kann, und das von einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung z.B. für eine
Brennkraftmaschine ausführbar ist.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der
nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. In der Zeichnung zeigt:
Figur 1 Schematisch ein Kraftstoffeinspritzventil einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs mit einem erfindungsgemäß betriebenen
elektromagnetischen Aktor,
Figur 2 ein vereinfachtes Ersatzschaltbild eines magnetischen Kreises des elektromagnetischen Aktors aus Figur 1 ,
Figur 3 und 4 jeweils einen zeitlichen Verlauf verschiedener Betriebsgrößen des elektromagnetischen Aktors, und
Figur 5 ein Funktionsdiagramm einer weiteren Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens. Figur 1 zeigt schematisch ein Kraftstoffeinspritzventil 100 einer
Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs. Das Kraftstoffeinspritzventil 100 verfügt über einen elektromagnetischen Aktor 10, der mindestens eine vorliegend nicht abgebildete Komponente des Kraftstoffeinspritzventils 100, beispielsweise eine Ventilnadel, antreibt, um Kraftstoffeinspritzungen zu bewirken. Der elektromagnetische Aktor 10 wird durch ein ihm zugeordnetes Steuergerät 20 angesteuert. Das Steuergerät 20 verfügt in an sich bekannter Weise über eine
Recheneinheit wie beispielsweise einen Mikrocontroller oder einen digitalen Signalprozessor (DSP), die dazu geeignet sind, ein das erfindungsgemäße Verfahren repräsentierendes Computerprogramm auszuführen. Figur 2 zeigt ein vereinfachtes Ersatzschaltbild eines magnetischen Kreises 1 1 eines typischen elektromagnetischen Aktors 10 (Figur 1 ).
Das Ersatzschaltbild weist einen Widerstand R_c auf, der den Ohmwiderstand einer Primärspule des elektromagnetischen Aktors 10 repräsentiert. In Serie zu dem Ohmwiderstand R_c ist eine Hauptinduktivität L_h geschaltet, die eine
Induktivität der Magnetspule des elektromagnetischen Aktors 10 repräsentiert.
Parallel zu der Hauptinduktivität L_h ist eine Serienschaltung vorgesehen, die eine Streuinduktivität L_σ und einen weiteren Ohmwiderstand R_w* aufweist.
Bei dem weiteren Ohmwiderstand R_w* handelt es sich um einen auf die Seite der Magnetspule übersetzten Wirbelstromwiderstand des elektromagnetischen Aktors 10. Bei der Beaufschlagung des elektromagnetischen Aktors 10 beziehungsweise des durch ihn realisierten magnetischen Kreises 1 1 mit einer Ansteuerspannung u ergibt sich entsprechend der vorstehend beschriebenen Schaltungstopologie ein Spulenstrom i_c. Der Spulenstrom i_c verzweigt sich wie aus Figur 2 ersichtlich zwischen der
Hauptinduktivität L_h und der Streuinduktivität L_σ zu einem
Magnetisierungsstrom i_m und einem Wirbelstrom i_w* gemäß der Knotenregel:
Von den vorstehend beschriebenen Strömen ist nur der Magnetisierungsstrom i_m maßgeblich für die Erzeugung einer Magnetkraft des elektromagnetischen Aktors 10, die zur Bewegung der Ventilnadel des Kraftstoffeinspritzventils 100 verwendet wird. Der Wirbelstrom i_w* trägt in an sich bekannter Weise zu der elektrischen Verlustleistung des elektromagnetischen Aktors 10 bei. Insgesamt kann in dem Ersatzschaltbild gemäß Figur 2 zwischen einem
Hauptstrompfad M und einem Wirbelstrompfad l_w unterschieden werden, wobei sich der Wirbel ström pf ad l_w über die Streuinduktivität L_σ erstreckt.
Figur 3 zeigt einen zeitlichen Verlauf der vorstehend beschriebenen Ströme durch den magnetischen Kreis gemäß Figur 2.
Hierbei wird von einem Betriebszustand des elektromagnetischen Aktors 10 ausgegangen, der dadurch gekennzeichnet ist, dass zu dem Beginn t_0 eines Ansteuervorgangs keine Energie in Form von Magnetfeldern in den Induktivitäten L_h, L_σ gespeichert ist. Diese Aussage ist gleichbedeutend damit, dass sowohl der Magnetisierungsstrom i_m wie auch der Wirbelstrom i_w* zu dem Zeitpunkt t_0 einen Wert von Null aufweist, vergleiche Figur 3.
Zu Beginn t_0 der Ansteuerung gemäß Figur 3 wird durch das Steuergerät 20 (Figur 1 ) eine konstante Ansteuerspannung u (Figur 2), bei der es sich beispielsweise um eine sog. Boostspannung u = u_boost handeln kann, an die Klemmen des elektromagnetischen Aktors 10 angelegt, bis der Spulenstrom i_c einen vorgebbaren Sollwert l_boos erreicht hat. Anschließend wird die
Ansteuerspannung u auf einen geringeren Wert eingestellt.
Bei dem vorstehend beschriebenen Ansteuermuster durch die
Ansteuerspannung u ergeben sich die zeitlichen Verläufe der Ströme i_c, i_m, i_w* wie sie in Figur 3 abgebildet sind. Sobald jedoch - einem weiteren möglichen Betriebsszenario entsprechend - zu dem Ansteuerbeginn t_0 nichtverschwindende Werte für den
Magnetisierungsstrom i_m auftreten, ergibt sich ein von dem vorstehend unter Bezugnahme auf Figur 3 erläuterten Szenario abweichender Verlauf. Das Auftreten von zu dem Beginn t_0 der Ansteuerung nichtverschwindenden
Magnetisierungsströmen i_m kann beispielsweise daher rühren, dass ein vorangehender Ansteuervorgang zeitlich so kurz vor dem Beginn t_0 beendet worden ist, dass nicht bereits das gesamte Magnetfeld der Streuinduktivität L_σ abgeklungen ist. In diesem Fall ergibt sich ein nicht verschwindender Wirbelstrom i_w* in dem
Wirbelstrompfad l_w und ein entsprechender, ebenfalls nicht verschwindender, Magnetisierungsstrom i_m durch die Hauptinduktivität L_h (Figur 2), der magnetkraftbildend wirkt. Die in Figur 4 abgebildeten Stromverläufe i_c1 , i_m1 , i_w*1 ergeben sich hierbei in einem Betriebsszenario des elektromagnetischen Aktors 10, das zu dem in Figur 3 veranschaulichten Betriebsszenario vergleichbar ist. Das bedeutet, die Stromverläufe i_Cl , i_m1 , i_w*1 stellen sich dann ein, wenn zu dem Zeitpunkt t_0 ein in Ruhe befindlicher elektromagnetischer Aktor 10 mit einer konstanten Ansteuerspannung u beaufschlagt wird, bis der Spulenstrom i_c1 den
vorgebbaren Sollwert l_boos erreicht. Anschließend ergibt sich wie bereits beschrieben ein Abklingen der betreffenden Ströme.
Das erste der insgesamt drei in Figur 4 veranschaulichten Betriebsszenarien ist wie bereits vorstehend beschrieben dadurch gekennzeichnet, dass zu dem
Zeitpunkt t_0 kein Magnetisierungsstrom i_m1 fließt, das heißt i_m1 = 0.
Sofern jedoch - einem weiteren Betriebsszenario folgend - bereits zu dem Ansteuerbeginnzeitpunkt t_0 ein nichtverschwindender Magnetisierungsstrom durch die Hauptinduktivität L_h (Figur 2) fließt, vergleiche den Stromverlauf i_m2, ist Untersuchungen der Anmelderin zufolge festzustellen, dass der
entsprechende Spulenstromverlauf i_c2 bereits zu einem früheren Zeitpunkt t < t_1 den vorgebbaren Sollwert l_boos erreicht verglichen zu dem
Spulenstromverlauf i_c1 .
Der sich hierbei einstellende Wirbelstromverlauf i_w*2 ist ebenfalls in Figur 4 veranschaulicht.
Einem weiteren möglichen Betriebsszenario entsprechend kann der
Magnetisierungsstrom i_m3 zu dem Ansteuerbeginnzeitpunkt t_0 auch einen noch größeren Wert aufweisen, als dies bei dem Magnetisierungsstromverlauf i_m2 der Fall ist. Ursache hierfür kann beispielsweise eine besonders kurze Pausenzeit zwischen zwei aufeinanderfolgenden Ansteuervorgängen des elektromagnetischen Aktors 10 sein, so dass zu dem Ansteuerbeginnzeitpunkt t_0 des vorliegend betrachteten Ansteuervorgangs noch verhältnismäßig viel Energie in dem Magnetfeld der Streuinduktivität L_σ gespeichert ist.
Bei diesem Betriebsszenario erreicht der Spulenstrom i_c3 dementsprechend am frühesten den vorgebbaren Sollwert l_boos. Der entsprechende Wirbelstromverlauf ist durch das Bezugszeichen i_w*3 verdeutlicht.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, einen Zustand des magnetischen Kreises 1 1 (Figur 2) des elektromagnetischen Aktors 10 bei der Ansteuerung des elektromagnetischen Aktors 10 zu berücksichtigen, wodurch eine präzise
Ansteuerung des elektromagnetischen Aktors 10 insbesondere auch in solchen Betriebszuständen möglich ist, in denen zu dem Ansteuerbeginnzeitpunkt t_0 ein nichtverschwindender Magnetisierungsstrom i_m2, i_m3 (Figur 4) vorherrscht. Eine besonders einfache und effiziente Möglichkeit, Informationen über den
Zustand des magnetischen Kreises 1 1 des elektromagnetischen Aktors 10 zu erhalten, besteht erfindungsgemäß darin, eine Magnetisierungskenngröße zu ermitteln, die einen Magnetisierungsstrom i_m charakterisiert, der zu Beginn t_0 des Ansteuervorgangs durch die Primärinduktivität L_h fließt. Diese
Magnetisierungskenngröße kann erfindungsgemäß vorteilhaft direkt dazu verwendet werden, die Ansteuerung des elektromagnetischen Aktors 10, das heißt insbesondere die Ansteuerspannung u, zu modifizieren. Beispielsweise kann ganz allgemein der zeitliche Verlauf der Ansteuerspannung u so in
Abhängigkeit der Magnetisierungskenngröße modifiziert werden, dass sich ungeachtet des tatsächlichen Werts des Magnetisierungsstroms i_m zu dem
Zeitpunkt t_0 stets dasselbe Betriebsverhalten des elektromagnetischen Aktors 10 und damit beispielsweise dieselbe Einspritzmenge bei dem Betrieb des Kraftstoffeinspritzventils 100 (Figur 1 ) ergibt. Besonders effizient kann die Magnetisierungskenngröße in Abhängigkeit eines zeitlichen Verlaufs des durch die Magnetspule des elektromagnetischen Aktors 10 fließenden Spulenstroms i_c ermittelt werden. Besonders einfach kann dies dadurch bewerkstelligt werden, dass ein
Zeitintervall t_mess zwischen dem Beginn t_0 des Ansteuervorgangs und dem Zeitpunkt t_1 ermittelt wird, zu dem der Spulenstrom i_d den vorgebbaren Sollwert l_mess erreicht. Die zur Modifizierung der Ansteuergröße u verwendete Magnetisierungskenngröße kann schließlich in Abhängigkeit des ermittelten Zeitintervalls t_mess gebildet werden. Besonders vorteilhaft ist es, den Sollwert l_mess gleich dem Sollwert l_boos zu wählen, da dann das Ende der
Boostphase mit konstanter Spannung u-boos auch den Zeitpunkt t_1 markiert.
Entsprechend den vorstehend unter Bezugnahme auf Figur 4 beschriebenen Abhängigkeiten zwischen dem Zeitpunkt t_1 des Erreichens des Sollwerts l_boos für den Spulenstrom i_c und dem zugehörigen Wert des Magnetisierungsstroms i_m zu dem Zeitpunkt t_0 werden für die verschiedenen Betriebsszenarien gemäß Figur 4 unterschiedliche Zeitintervalle t_mess erhalten. Beispielsweise erreicht der Spulenstrom i_c3 am frühesten ab dem Ansteuerzeitpunkt t_0 den vorgebbaren Sollwert l_boos, weil zu dem Zeitpunkt t_0 bereits ein
verhältnismäßig großer Magnetisierungsstrom i_m3 geflossen ist.
Dementsprechend ergibt sich für dieses dritte Betriebsszenario das kleinste Zeitintervall. Aus dem vorstehend beschriebenen zeitlichen Verhalten des Spulenstroms i_c, der beispielsweise durch das Steuergerät 20 (Figur 1 ) in an sich bekannter Weise messtechnisch erfasst werden kann, kann erfindungsgemäß ein
Vorgabewert für die Ansteuerdauer für den aktuellen Ansteuervorgang und/oder einen Ansteuerbeginn beispielsweise einer zukünftigen Ansteuerung in
Abhängigkeit des Zustande des magnetischen Kreises vorgegeben werden.
Eine weitere vorteilhafte Methode, den Zustand des magnetischen Kreises zu Beginn der Ansteuerung zu bestimmen, besteht darin, die Spannung u unmittelbar vor Anlegen der Boostspannung zu ermitteln. Dies funktioniert besonders gut dann, wenn vor Beginn der Ansteuerung der Spulenstrom i_c = 0 ist. In diesem Fall gilt gemäß des Kirchhoff'schen Gesetzes i_m = i_w*. Daraus folgt aber sofort, dass gilt:
di m _. * .
—— = -R w - i m
dt L σ + L h
Für die Spannung u gilt dann:
. . di m _, . ''-c=0 . . di m „ * . L h u = L h— =— + R C i C = L h— =— = - R w ι m - dt ~ ~ dt ~ L_σ + L_h u ist also proportional zu i_m.
Bei einer weiteren sehr vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens wird der Zustand des magnetischen Kreises 1 1 modellbasiert in Abhängigkeit mindestens einer Ansteuergröße für den elektromagnetischen Aktor 10 ermittelt.
Hierzu kann das in Figur 5 abgebildete Modell 200 verwendet werden, das beispielsweise durch ein entsprechendes Computerprogramm in einer
Recheneinheit des Steuergeräts 20 (Figur 1 ) implementiert ist.
Dem Modell 200 werden erfindungsgemäß Eingangsgrößen E1 , E2 zugeführt. Bei den Eingangsgrößen E1 , E2 kann es sich beispielsweise um Parameter der letzten Kraftstoffeinspritzung handeln, die in dem Steuergerät 20 vorliegen. Ferner können die Eingangsgrößen E1 , E2 auch gewünschte Eigenschaften der folgenden Einspritzung umfassen.
Das erfindungsgemäße Modell 200 ermittelt hieraus Parameter für die
Ansteuerung der nachfolgenden Einspritzung, bei denen es sich beispielsweise um einen zeitlichen Verlauf der Ansteuerspannung u (Figur 2) handeln kann. Das erfindungsgemäße Modell 200 kann durch die Zurverfügungstellung
messtechnisch erfasster Betriebsparameter des elektromagnetischen Aktors 10, die in Figur 5 durch das Bezugszeichen M symbolisiert sind, während seines Betriebs adaptiert werden. Damit kann das erfindungsgemäße Modell 200 individuell an das spezielle Kraftstoffeinspritzventil 100 (Figur 1 ) angepasst werden.
Bei den messtechnisch erfassten Größen M kann es sich beispielsweise um die Ansteuerspannung u, den Ansteuerstrom I handeln, aus denen weitere Größen ermittelt werden können, beispielsweise ein Öffnungszeitpunkt und/oder ein Schließzeitpunkt und/oder eine Flugdauer einer beweglichen Komponente des Kraftstoffeinspritzventils 100, die während der Ansteuerung des
Kraftstoffeinspritzventils eine ballistische Trajektorie vollführt.
Das erfindungsgemäße Modell 200 bildet aus dem ihm zugeführten
Eingangsgrößen E1 , E2, M Ausgangsgrößen A zur Ansteuerung des
elektromagnetischen Aktors 10, bei denen es sich beispielsweise um den zeitlichen Verlauf der Ansteuerspannung u handeln kann.
Durch die erfindungsgemäße Berücksichtigung des Magnetisierungsstroms zu dem Beginn t_0 des Ansteuervorgangs ist eine besonders präzise Ansteuerung des elektromagnetischen Aktors 10 realisierbar. Beispielsweise kann dadurch vorteilhaft eine Ansteuerung des elektromagnetischen Aktors 10 realisiert werden, bei der in kurzer Folge verschiedene Ansteuervorgänge durchgeführt werden. Die Pausenzeiten zwischen den benachbarten Ansteuervorgängen sind dabei so gering, dass sich das Magnetfeld der Streuinduktivität L_σ nicht bereits wieder vollständig abgebaut hat, bis ein nachfolgender Ansteuervorgang beginnt. Dementsprechend ergibt sich ein nichtverschwindender Magnetisierungsstrom l_m zu dem Zeitpunkt t_0, der erfindungsgemäß vorteilhaft bei der Bildung der
Ansteuergrößen für den nachfolgenden Ansteuervorgang berücksichtigt wird.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Betreiben eines elektromagnetischen Aktors (10),
insbesondere eines Kraftstoffeinspritzventils (100) einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, bei dem der elektromagnetische Aktor (10) während eines Ansteuervorgangs angesteuert wird, um einen Betriebszustand des
Aktors (10) zu beeinflussen, dadurch gekennzeichnet, dass ein,
insbesondere zu Beginn des Ansteuervorgangs vorliegender, Zustand eines magnetischen Kreises (1 1 ) des elektromagnetischen Aktors (10) bei der Ansteuerung des elektromagnetischen Aktors (10) berücksichtigt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerung in Abhängigkeit einer Magnetisierungskenngröße erfolgt, die einen
Magnetisierungsstrom (i_m) charakterisiert, der zu Beginn (t_0) des Ansteuervorgangs durch eine Primärinduktivität (L_h) des magnetischen Kreises (1 1 ) des elektromagnetischen Aktors (10) fließt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die
Magnetisierungskenngröße in Abhängigkeit eines zeitlichen Verlaufs eines durch eine Magnetspule des elektromagnetischen Aktors (10) fließenden Spulenstroms (i_c) ermittelt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zeitintervall (t_mess) zwischen dem Beginn (t_0) des Ansteuervorgangs und dem Zeitpunkt (t_1 ) ermittelt wird, zu dem der Spulenstrom (i_c) einen vorgebbaren Sollwert (l_mess) erreicht, und dass die
Magnetisierungskenngröße in Abhängigkeit des ermittelten Zeitintervalls (t_mess) gebildet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die
Magnetisierungskenngröße in Abhängigkeit von der Spulenspannung gebildet wird, die zu einem Zeitpunkt mit einem definierten Zeitabstand vor Beginn der Ansteuerung vorliegt
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass eine Ansteuerdauer für den aktuellen
Ansteuervorgang und/oder ein Ansteuerbeginn in Abhängigkeit des
Zustande des magnetischen Kreises (1 1 ) und/oder der
Magnetisierungskenngröße vorgegeben wird.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass der Zustand des magnetischen Kreises (1 1 ) modellbasiert in Abhängigkeit mindestens einer Ansteuergröße für den elektromagnetischen Aktor (10) ermittelt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Zustand des magnetischen Kreises (1 1 ) zu Beginn eines zukünftigen Ansteuervorgangs in Abhängigkeit von einem oder mehreren vorangehenden
Ansteuervorgängen ermittelt wird.
9. Steuergerät (20) zum Betreiben eines elektromagnetischen Aktors (10), insbesondere eines Kraftstoffeinspritzventils (100) einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, bei dem der elektromagnetische Aktor (10) während eines Ansteuervorgangs ansteuerbar ist, um einen Betriebszustand des Aktors (10) zu beeinflussen, dadurch gekennzeichnet, dass ein,
insbesondere zu Beginn des Ansteuervorgangs vorliegender, Zustand eines magnetischen Kreises (1 1 ) des elektromagnetischen Aktors (10) bei der Ansteuerung des elektromagnetischen Aktors (10) berücksichtigbar ist.
10. Computerprogramm mit Programmcodemitteln, um alle Schritte des
Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 durchzuführen, wenn das
Computerprogramm auf einem Computer oder einer entsprechenden Recheneinheit, insbesondere in einem Steuergerät (20) gemäß Anspruch 9, ausgeführt wird.
1 1 . Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln, die auf einem
computerlesbaren Datenträger gespeichert sind, um alle Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer entsprechenden Recheneinheit, insbesondere in einem Steuergerät (20) gemäß Anspruch 9, ausgeführt wird.
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