EP3954888A1 - Verfahren zum bestimmen eines ereignisses und prüfanlage zur prüfung eines bauteils - Google Patents

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EP3954888A1
EP3954888A1 EP20190678.1A EP20190678A EP3954888A1 EP 3954888 A1 EP3954888 A1 EP 3954888A1 EP 20190678 A EP20190678 A EP 20190678A EP 3954888 A1 EP3954888 A1 EP 3954888A1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
curve
measurement
time
measurement curve
averaged
Prior art date
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Pending
Application number
EP20190678.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Martin SANTL
Claus BIEDERER
Simon ULLRICH
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sonplas GmbH
Original Assignee
Sonplas GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sonplas GmbH filed Critical Sonplas GmbH
Priority to EP20190678.1A priority Critical patent/EP3954888A1/de
Publication of EP3954888A1 publication Critical patent/EP3954888A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/24—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents characterised by the use of digital means
    • F02D41/2406—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents characterised by the use of digital means using essentially read only memories
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    • F02D41/2429—Methods of calibrating or learning
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    • F02D41/2464—Characteristics of actuators
    • F02D41/2467—Characteristics of actuators for injectors
    • F02D41/247—Behaviour for small quantities
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    • F02D2041/202—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils characterised by the control of the circuit
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    • F02D2200/00—Input parameters for engine control
    • F02D2200/02—Input parameters for engine control the parameters being related to the engine
    • F02D2200/06—Fuel or fuel supply system parameters
    • F02D2200/063—Lift of the valve needle

Definitions

  • the invention relates to a method for determining an event using a reference curve and a measurement curve, each of which represents values versus time, the reference curve being arithmetically linked to the measurement curve to form a linked curve, and the result being determined by detecting a local maximum or local minimum in the linked curve is determined.
  • the invention relates to a testing system for testing a component from which measured values can be taken in a measuring curve.
  • the amount of fuel is injected into a cylinder of an engine via an injection valve, which is also referred to as an injector.
  • an injection valve which is also referred to as an injector.
  • the amount of fuel to be injected is measured in such a way that there is an optimum value for lambda, the ratio between the amount of air and the amount of fuel, for after-treatment of the exhaust gases in the catalytic converter. For this it is necessary to be able to precisely regulate the injection quantity of the fuel.
  • Injectors usually have a coil drive to open and close the valve. Assuming constant fuel pressure, the quantity of fuel injected is essentially determined over the period of time during which the injection valve is open. In average injection quantity ranges is a linear relationship between fuel pressure and opening time. However, if the opening time is greatly reduced, the linear range is left and manufacturing tolerances and the exact design of the injection valve contribute a greater part to the dimensioning of the injected fuel quantity. Other effects here are, for example, the inertia of the injector system, the time course of the build-up and decay of the magnetic field of the coil of the injector, which actuates the valve needle of the injector.
  • a voltage profile of a reference curve 100 is shown.
  • the voltage profile of a measurement curve 200 is also shown.
  • the difference 300 between the reference curve 100 and the measurement curve 200 is shown, with this being drawn in on a different scale.
  • the current profile 400 for the measurement curve 200 is also shown. In this case, the voltage profile of the reference curve 100 is shifted to the right on the time axis, so that it begins at the zener point 101, which will be explained in more detail later.
  • the measured curve profile 200 is the voltage profile of a coil drive of an injection valve with a moving armature, the energization of the coil armature being at least so far that it has left its rest position.
  • the detection method on which the invention is based is based on the following physical effects which occur when the current supply to an injection valve is switched off. In this case, both the course of the measurement curve 200 and the corresponding current course 400 are considered.
  • the induced voltage is limited by the so-called recuperation voltage. Due to the design, the recuperation voltage comes from the activation of the injection valve and the necessary amplification of the board voltage of a vehicle of 12 V. As long as the induced voltage exceeds the recuperation voltage, a current flow occurs in the coil, which is indicated by the current curve 400. At the same time, the magnetic field in the coil is reduced.
  • the magnet armature and thus also the valve needle reach their maximum speed immediately before the valve needle impacts the valve seat. Due to the movement of the armature, a voltage induction is triggered in the coil.
  • the maximum induction voltage occurring here indicates the maximum speed of the magnet armature. In other words, the valve needle closes at this point in time.
  • a bouncing process typically occurs when the valve needle closes, as a result of which it is deflected from the closed position at least once, often several times. In 2 these bouncing processes occur in the areas 201 and 202. However, due to the spring tension and the applied fuel pressure, the valve needle is pushed back into the valve seat. The consequences of the bouncing process are indicated in area III.
  • the voltage profile of the measurement curve 200 thus consists of a superimposition of induction effects due to the decaying eddy currents and the movement of the gas tanker, with only the induction effect due to the movement of the gas tanker into its rest position being relevant for determining the time of firing.
  • the voltage profile of the reference curve 100 is also used to determine the closing time. This is a voltage profile that was ideally determined with the same coil as the measurement curve 200. In contrast to the course of the measurement curve, however, the maximum current flow was selected in such a way that the armature still does not move. This means that it has not yet left the resting position. Accordingly, only induction effects occur here due to the decaying eddy currents.
  • the closing time 301 at which the valve is closed for the first time, can now be determined by analyzing the difference between the reference curve 100 and the measurement curve 200.
  • the corresponding difference curve 300 shows the difference between the induced voltages with and without a moving armature.
  • the higher this induced voltage the greater the movement speed of the armature, since the induction effects due to the decaying eddy currents, which are present in both voltage curves, are no longer present due to the subtraction in the difference curve 300.
  • the maximum speed of the armature occurs immediately before it reaches the rest position or before it reaches an impact-damping device. This is also where the highest induced voltage occurs. In other words, this one will Area characterized by the local maximum of the difference curve 300. In this way, the closing time can be determined.
  • the invention is therefore based on the object of specifying a method and a test system which can determine the closing time simply and efficiently.
  • this object is achieved by a method having the features of claim 1 and a test system having the features of claim 13 .
  • one or more reference curves are recorded, that when recording several reference curves, the reference curves are averaged to form an averaged reference curve and the averaged reference curve is used for arithmetic linking with the measurement curve.
  • the course of the measurement curve is sampled and digitized in real time.
  • the arithmetic linking of the one reference curve or the averaged reference curve and the measurement curve takes place, in particular immediately after the sampling and digitizing of the measurement curve for each individual sampling time, before the entire sampling and digitizing of the measurement curve has been completed.
  • the local maximum or local minimum of the linked curve profile is then determined at the first possible point in time before the end of the entire sampling and digitizing of the measurement curve profile.
  • the invention is based on the basic idea of dispensing with the complex, complete recording of the course of the measurement curve before its evaluation and of carrying out the evaluation and analysis for existing partial areas, ideally for each value individually. It is therefore proposed according to the invention that the measurement curve be sampled and digitized beforehand. Then the arithmetic combination of one or the averaged reference curve progression carried out immediately with the respective sampling value of the measurement curve. This has the advantage that individual values of the linked curve are available immediately after the measurement curve has been digitized and can be evaluated accordingly. On the one hand, the corresponding result, ie the detection of the local maximum or local minimum, is therefore available earlier, and on the other hand, little storage space has to be provided for this. In this way, the entire process can be carried out more efficiently.
  • recording several reference customer profiles does not necessarily mean that they also have to be stored completely. This can essentially only be understood to mean that these are recorded and further processed, so that it is not necessary, for example, for an averaged reference customer history to first save and then evaluate all reference customer history, as will be explained in more detail later.
  • the one or more reference curves are sampled and digitized and the one or the averaged reference curve is further processed in digital form.
  • the reference curve profiles or the averaged reference curve profile are also available in digital form. It is thus relatively easy to arithmetically link individual sampled values of the averaged reference curve with individual sampled values of the measurement curve, for example subtracting these from one another. This can be done individually for each value before the entire history is available.
  • the reference curves can be averaged in any way.
  • One possibility for averaging the reference curves is to calculate each sampled and digitized value for a sampling time, in particular immediately after sampling and digitizing, with a previously calculated mean value for this sampling time.
  • an arithmetic mean is determined according to the formula for each sampling time of the reference curve profiles.
  • v n ⁇ ⁇ n ⁇ 1 v n ⁇ 1 ⁇ + v n n ; n > 1 v 1 ; otherwise
  • a reference point in particular a reference point in time, can be determined from the one or the averaged reference curve using a value or a characteristic of the reference curve. This reference point in time is particularly suitable for synchronizing the averaged reference curve profile with the measurement curve profile.
  • a measurement of the closing time of an injection valve can involve, for example, the so-called zener point, which defines the start of the voltage rise.
  • one or the averaged reference curve can be arithmetically linked to the measurement curve in any way. To determine the closing time, it is even sufficient if the measurement curve is only subtracted from one reference curve or from the averaged reference curve. The consequence of this is that the linked curve progression determined in this way has a positive value.
  • the linked curve profile is filtered before the event is detected.
  • a low-pass filter for example in the form of a moving average filter, can be used for this purpose.
  • the filter is used here to eliminate interference from the useful signal, which could falsify the detection of the result.
  • the values, ie the amplitude, of the corresponding point and/or also the point in time of the corresponding value can be determined for the result found.
  • An error detection can then be carried out based on this point in time or on the value, so that conclusions can be drawn about the quality of the injection valve. In principle, however, an error detection based on the entire linked curve profile can also be carried out.
  • a suitable selection of the zener voltage and the delay time from which the comparison with the zener voltage begins can be used to detect faulty measurements such as a short circuit on the injector. In this case, none or very little Energy stored in the magnetic field. The injector voltage rises correspondingly quickly in the direction of 0 volts, so that no point of intersection with the zener voltage is found after the delay time has elapsed.
  • Another error case that can be recognized is when the maximum of the difference curve coincides with the end of the recording period.
  • the amplitude of the maximum is too low, it can also indicate that the supply pressure is too low, which is caused, for example, by leaks or by a stiff armature.
  • the procedure described here can be used for various checks. It is particularly well suited for determining the closing time, with a closing mechanism of an injection valve being examined and both the reference curve and the measurement curve being a voltage curve on the coil of the closing mechanism. In this case, the coil for generating the reference curve is energized in such a way that the armature is just not moving.
  • the invention relates to a test system for testing a component from which measured values can be taken in a measurement curve, the test system being designed to carry out the method according to the invention.
  • the component to be examined can be a closing mechanism of an injection valve and the measurement curve can be the voltage curve of a coil of the closing mechanism.
  • the invention can be applied to a moving armature in a magnetic field, with prominent points being able to be determined by analyzing the speed of the armature via the induced voltage.
  • test system 10 for carrying out the method according to the invention is described.
  • the testing facility 10 has two inputs. A single reference curve 150 or an averaged reference curve 150 can be applied to one of these. A current measurement curve 200 is applied to the other. The individual or the averaged reference curve 150 is already available in digital form. The measurement curve 200 is fed to an analog/digital conversion during or before the input, and the values of the measurement curve 200 are further processed digitally and individually. The individual values are subtracted in a subtractor 13 from the respective corresponding value of the individual or the averaged reference curve 150 .
  • the result of the subtraction is fed to the filter 17 via an optionally interposed buffer, which is not shown here.
  • the filter 17 can generally be a low-pass filter, which can be designed as a sliding average filter. Since there is a linear relationship between the averaged reference curve 150 and the respective measurement curve 200, it is sufficient to merely filter the difference. Separate filtering of the individual curves is therefore not necessary.
  • the corresponding closing value can be determined, for example by means of a closing value determination 22, in which a local maximum is determined in the linked reference curve. Both the amplitude and the associated point in time can be determined here. It is also possible in parallel to carry out error detection in a corresponding device 20 . Parts or even the entire testing system 10 can be implemented as a computing unit, for example by an FPGA or a microcontroller. The analog/digital conversion can also be carried out by the processing unit. The same also applies to the averaging of the reference curves.
  • the testing system 10 which carries out the method according to the invention, can be configured using various parameters, some of which are listed below as examples.
  • the number of reference curves to be determined can be predetermined. It is also possible to specify the number of closing time curves to be evaluated in order to be able to ignore faulty measurements. Since the closing time of each closing time curve is determined in real time and saved immediately, the number of Closing time is only limited by the memory of the evaluation system used or by the memory of the higher-level controller, provided the determined closing times are transmitted in real time.
  • the delay time for the start of the closing time evaluation can also be set, since everything that happened before the negative zener voltage was exceeded is of no interest for determining the closing time.
  • the evaluation period can be set after the start of the analysis of the measurement curve, so that the maximum difference between the measurement curve and the reference curve can be reliably detected and the closing time can thus be determined.
  • the value of the zener voltage can also be specified.
  • the negative zener voltage can be determined in real time both in the averaged reference curve and in the measurement curve. When the voltage is exceeded for the first time, this can be seen as the local temporal zero point of the averaged reference curve. The first time the zener voltage of the measurement curve is exceeded can be used as the start time for determining the linked curve.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen eines Ereignisses mittels eines Referenzkurvenverlaufs und eines Messkurvenverlaufs, wobei der Referenzkurvenverlauf mit dem Messkurvenverlauf zu einem verknüpften Kurvenverlauf arithmetisch verknüpft wird und aus dem Ergebnis ein Ereignis durch Detektion eines lokalen Maximums ermittelt wird. Entsprechend der Erfindung werden mehrere Referenzkurvenverläufe aufgezeichnet, welche zu einem gemittelten Referenzkurvenverlauf gemittelt werden. Der Messkurvenverlauf wird in Echtzeit abgetastet und digitalisiert, wobei die arithmetische Verknüpfung sofort nach jedem Abtasten und Digitalisieren des Messkurvenverlaufs für jeden einzelnen Abtastzeitpunkt vor Abschluss des gesamten Abtastens und Digitalisierens der Messkurve durchgeführt wird und das lokale Maximum des arithmetisch verknüpften Kurvenverlaufs vor Beenden des Abtastens und des Digitalisieren des Messkurvenverlaufs ermittelt wird. Ferner betrifft die Erfindung eine Prüfanlage zur Prüfung eines Bauteils.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen eines Ereignisses mittels eines Referenzkurvenverlaufes und eines Messkurvenverlaufes, welche jeweils Werte gegen die Zeit darstellen, wobei der Referenzkurvenverlauf mit dem Messkurvenverlauf zu einem verknüpften Kurvenverlauf arithmetisch verknüpft wird und wobei das Ergebnis durch Detektion eines lokalen Maximums oder lokalen Minimums im verknüpften Kurvenverlauf ermittelt wird.
  • Ferner betrifft die Erfindung eine Prüfanlage zum Prüfen eines Bauteils, von dem Messwerte in einem Messkurvenverlauf abnehmbar sind.
  • Bei modernen Verbrennungsmotoren stellt das Einhalten strenger Emissionsgrenzwerte ein wesentliches Erfordernis dar. Dies wird über eine entsprechende Motorsteuerung realisiert, über die das gewünschte Verhältnis zwischen Luftmenge und Kraftstoffmenge eingestellt wird. Die Kraftstoffmenge wird über ein Einspritzventil, welches auch als Injektor bezeichnet wird, in einen Zylinder eines Motors eingespritzt. Hierbei wird unter anderem die einzuspritzende Kraftstoffmenge so bemessen, dass für eine Nachbehandlung der Abgase im Katalysator ein optimaler Wert für Lambda, das Verhältnis zwischen Luftmenge und Kraftstoffmenge, vorliegt. Hierfür ist es notwendig, die Einspritzmenge des Kraftstoffes exakt regeln zu können.
  • Einspritzventile weisen meist einen Spulenantrieb auf, um das Ventil öffnen und schließen zu können. Einen konstanten Kraftstoffdruck vorausgesetzt, wird die Menge des eingespritzten Kraftstoffes im Wesentlichen über die Zeitspanne der Öffnung des Einspritzventils bestimmt. In durchschnittlichen Einspritzmengenbereichen liegt ein lineares Verhältnis zwischen Kraftstoffdruck und der Öffnungszeit vor. Verringert sich jedoch die Öffnungszeit sehr stark, so wird der lineare Bereich verlassen und Fertigungstoleranzen sowie der exakte Aufbau des Einspritzventils tragen einen größeren Teil für die Bemessung der eingespritzten Kraftstoffmenge bei. Weitere Effekte sind hierbei beispielsweise die Trägheit des Injektorsystems, der zeitliche Verlauf von Auf- und Abbau des Magnetfeldes der Spule des Injektors, welche die Ventilnadel des Einspritzventils betätigt.
  • Um dennoch ausreichend genaue Aussagen über die Öffnungszeit und damit die Kraftstoffmenge zu tätigen, ist es essentiell, den exakten Schließzeitpunkt eines Einspritzventils zu bestimmen. Verschiedene Verfahren sind hierzu beispielsweise aus DE 10 2009 032 521 B1 der EP 3 575 584 A1 bekannt.
  • Die theoretischen Grundlagen zum Bestimmend des Schließzeitpunktes werden nun unter Bezugnahme auf Fig. 2 näher erläutert. Hierbei wird auch auf die grundsätzliche Ansteuerung eines Einspritzventils eingegangen.
  • In Fig. 2 ist zum einen ein Spannungsverlauf einer Referenzkurve 100 dargestellt. Ferner ist der Spannungsverlauf einer Messkurve 200 gezeigt. Zusätzlich ist die Differenz 300 zwischen der Referenzkurve 100 und der Messkurve 200 dargestellt, wobei diese in einem anderen Maßstab eingezeichnet ist. Abschließend ist noch der Stromverlauf 400 zur Messkurve 200 gezeigt. Hierbei ist der Spannungsverlauf der Referenzkurve 100 auf der Zeitachse nach rechts verschoben, so dass diese am Zenerpunkt 101, welcher später genauer erläutert wird beginnt.
  • Hierbei ist der Messkurvenverlauf 200 der Spannungsverlauf eines Spulenantriebes eines Einspritzventils mit bewegtem Anker wobei die Bestromung des Spulenankers mindestens so weit ist, dass dieser seine Ruhelage verlassen hat.
  • Zum Zeitpunkt Tspannung aus wird die Bestromung der Spule beendet, wodurch der Anker sich zurück in seine Ruhelage bewegt. Es ist anzumerken, dass sowohl der Spannungsverlauf der Referenzkurve 100 als auch der Spannungsverlauf der Vergleichskurve 200 vom Negativen in Richtung 0 verlaufen, wobei der 0-Bereich in Fig. 2 nach oben verschoben dargestellt ist.
  • Das der Erfindung zugrundeliegende Detektionsverfahren beruht auf folgenden physikalischen Effekten, die beim Abschalten der Bestromung eines Einspritzventils auftreten. Hierbei wird nun sowohl der Verlauf der Messkurve 200 als auch der entsprechende Stromverlauf 400 betrachtet.
  • Im Bereich I auf Fig. 2 führt das Abschalten des Stroms zum Zeitpunkt TSpannung aus an der Spule des Einspritzventils zu einer Selbstinduktion. Hierbei ist die induzierte Spannung durch die sogenannte Rekuperationsspannung begrenzt. Die Rekuperationsspannung stammt konstruktionsbedingt aus der Ansteuerung des Einspritzventils und dem notwendigen Verstärken der Boardspannung eines KFZs von 12 V. Solange die induzierte Spannung die Rekuperationsspannung übersteigt, entsteht ein Stromfluss in der Spule, der vom Stromverlauf 400 angezeigt ist. Zeitgleich wird das Magnetfeld in Spule abgebaut.
  • Während des Abklingens des Spulenstroms kommt es naturgemäß zu einer Verminderung der Magnetkraft. Sobald die Federvorspannung und/oder die hydraulische Kraft aufgrund des Drucks des einzuspritzenden Kraftstoffes größer wird als die abnehmende Magnetkraft, entsteht eine Kraft, welche den Anker zusammen mit der Ventilnadel zurück in den Sitz beschleunigt.
  • Sobald die induzierte Spannung die Rekuperationsspannung nicht mehr übersteigt, fließt kein Strom mehr durch die Spule. Dies ist im Bereich II in Fig. 2 dargestellt. Der Beginn wird als Zenerpunkt 101 bezeichnet. Dies bedeutet, dass in der Spule auch kein Magnetfeld mehr angeregt wird. Durch die im System vorhandenen Widerstände klingen nun auch die beim Magnetfeldabbau entstehenden Wirbelströme, welche in der Spule vorhanden sind, ab. Die Abnahme der Wirbelströme führt zu einer Feldänderung in der Spule, wodurch wiederum eine Induktion einer Spannung stattfindet. Dies führt dazu, dass der Spannungswert beginnend vom Wert der Rekuperationsspannung auf 0 Volt ansteigt.
  • Beim Schließen des Einspritzventils erreicht der Magnetanker und damit auch die Ventilnadel ihre maximale Geschwindigkeit unmittelbar vor dem Aufschlag der Ventilnadel in den Ventilsitz. Aufgrund der Bewegung des Magnetankers wird eine Spannungsinduktion in der Spule ausgelöst. Die hierbei auftretende maximale Induktionsspannung kennzeichnet die maximale Geschwindigkeit des Magnetankers. Anders ausgedrückt schließt zu diesem Zeitpunkt die Ventilnadel.
  • Durch die hohe Geschwindigkeit erfolgt typischerweise ein Prellvorgang beim Schließen der Ventilnadel, wodurch diese mindestens einmal, oft mehrmals aus der Schließposition ausgelenkt wird. In Fig. 2 treten diese Prellvorgänge im den Bereichen 201 und 202 auf. Aufgrund der Federspannung und des anliegenden Kraftstoffdrucks wird die Ventilnadel jedoch wieder in den Ventilsitz gedrückt. Die Folgen des Prellvorgangs sind im Bereich III angedeutet.
  • Der Spannungsverlauf der Messkurve 200 besteht also aus einer Überlagerung Induktionseffekte durch die abklingenden Wirbelströme sowie der Bewegung des Magentankers, wobei nur der Induktionseffekt durch das Bewegen der Magentankers in seine Ruheposition zum Ermitteln des Schießzeitpunktes relevant ist.
  • Daher wird zum Ermitteln des Schließzeitpunktes zusätzlich der Spannungsverlauf der Referenzkurve 100 herangezogen. Bei diesem handelt es sich um einen Spannungsverlauf, welcher idealerweise mit der gleichen Spule wie die Messkurve 200 ermittelt wurde. Im Unterschied zum Messkurvenverlauf wurde jedoch die maximale Bestromung so gewählt, bei noch keine Bewegung des Ankers stattfindet. Das heißt, dass dieser die Ruhelage noch nicht verlässt. Demnach treten hier nur Induktionseffekte durch die abklingenden Wirbelströme auf.
  • So kann der Schließzeitpunkt 301, an dem das Ventil zum ersten Mal geschlossen ist, nun durch eine Analyse der Differenz zwischen der Referenzkurve 100 und der Messkurve 200 ermittelt werden. Hier zeigt die entsprechende Differenzkurve 300 die Differenz zwischen den induzierten Spannungen mit und ohne bewegtem Anker. Je höher diese induzierte Spannung ist, desto größer ist die Bewegungsgeschwindigkeit des Ankers, da die Induktionseffekte durch die abklingenden Wirbelströme, die in beiden Spannungsverläufen vorhanden sind, durch die Subtraktion in der Differenzkurve 300 nicht mehr vorhanden sind. Die höchste Geschwindigkeit des Ankers tritt in dem hier vorhandenen federbelasteten System unmittelbar vor dem Erreichen der Ruhelage, beziehungsweise vor dem Erreichen einer den Aufprall dämpfenden Einrichtung auf. Hier entsteht auch die höchste induzierte Spannung. Anders ausgedrückt wird dieser Bereich durch das lokale Maximum der Differenzkurve 300 gekennzeichnet. So kann der Schließzeitpunkt bestimmt werden.
  • Die aus dem bekannten Stand der Technik beschriebenen Verfahren ermöglichen eine derartige Auswertung. Sie ist jedoch kompliziert beziehungsweise benötigen einen hohen Hardwareaufwand.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Prüfanlage anzugeben, welche einfach und effizient den Schließzeitpunkt ermitteln können.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie einer Prüfanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst.
  • Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, in der Beschreibung sowie in den Figuren und deren Erläuterungen angegeben.
  • Entsprechend der Erfindung ist vorgesehen, dass einer oder mehrere Referenzkurvenverläufe aufgezeichnet werden, dass bei der Aufzeichnung von mehreren Referenzkurvenverläufen die Referenzkurvenverläufe zu einem gemittelten Referenzkurvenverlauf gemittelt werden und der gemittelte Referenzkurvenverlauf zur arithmetischen Verknüpfung mit dem Messkurvenverlauf verwendet wird. Hierbei wird der Messkurvenverlauf in Echtzeit abgetastet und digitalisiert. Die arithmetische Verknüpfung des einen Referenzkurvenverlaufes oder des gemittelten Referenzkurvenverlaufs und des Messkurvenverlaufs erfolgt, insbesondere sofort, nach dem Abtasten und Digitalisieren des Messkurvenverlaufs für jeden einzelnen Abtastzeitpunkt vor Abschluss des gesamten Abtastens und Digitalisieren des Messkurvenverlaufes. Anschließend wird das lokale Maximum oder lokale Minimum des verknüpften Kurvenverlaufs zum erstmöglichen Zeitpunkt vor Beenden des gesamten Abtastens und Digitalisierens des Messkurvenverlaufes ermittelt.
  • Der Erfindung liegt der Grundgedanke zugrunde, auf die aufwändige komplette Aufzeichnung des Messkurvenverlaufs vor seiner Auswertung zu verzichten und die Auswertung und Analyse bereits für vorhandene Teilbereiche, im Idealfall für jeden Wert einzeln, durchzuführen. Daher wird entsprechend der Erfindung vorgeschlagen, dass der Messkurvenverlauf vorher abgetastet und digitalisiert wird. Anschließend wird die arithmetische Verknüpfung des einen oder des gemittelten Referenzkurvenverlaufes mit dem jeweiligen Abtastwert des Messkurvenverlaufes sofort durchgeführt. Dies hat den Vorteil, dass einzelne Werte des verknüpften Kurvenverlaufs sofort nach der Digitalisierung des Messkurvenverlaufs vorliegen und entsprechend ausgewertet werden können. Zum einen liegt das entsprechende Ergebnis, also die Detektion des lokalen Maximums oder lokalen Minimums somit früher vor, zum anderen muss wenig Speicherplatz hierfür vorgesehen werden. So kann das gesamte Verfahren effizienter durchgeführt werden.
  • Grundsätzlich ist es nicht zwingend notwendig, dass mehrere Referenzkundenverläufe aufgezeichnet werden und die arithmetische Verknüpfung mit dem Messkurvenverlauf basierend auf einem gemittelten Referenzkurvenverlauf durchgeführt wird. Die Verwendung eines mittelten Referenzkurvenverlaufes, also die Mittelung mehrerer Referenzkurvenverläufe verbessert jedoch die Genauigkeit beim Bestimmen des Ereignisses.
  • Im Rahmen der Erfindung, bedeutet ein Aufzeichnen von mehreren Referenzkundenverläufen nicht zwingend, dass diese auch komplett abgespeichert werden müssen. Hierunter kann im Wesentlichen auch lediglich verstanden werden, dass diese aufgenommen und weiterverarbeitet werden, sodass es beispielsweise für einen gemittelten Referenzkundenverlauf nicht notwendig ist zuerst alle Referenzkundenverläufe abzuspeichern und dann auszuwerten, wie später noch näher erläutert.
  • So ist es mit dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich ein Ereignis in Echtzeit, also vor dem Zeitpunkt zu ermitteln, zu dem der gesamte Verlauf der Messkurve bekannt ist. Das Ereignis liegt also zum frühestmöglichen Zeitpunkt unter berücksichtig der notwendigen Berechnungszeit beziehungsweise Aufbereitungszeit der Werte vor.
  • Bevorzugt ist es, wenn der eine oder die Referenzkurvenverläufe abgetastet und digitalisiert werden und der eine oder der gemittelte Referenzkurvenverlauf in digitaler Form weiterverarbeitet wird. Anders ausgedrückt liegen auch die Referenzkurvenverläufe beziehungsweise der gemittelte Referenzkurvenverlauf in digitaler Form vor. Somit ist es relativ einfach möglich, einzelne Abtastwerte des gemittelten Referenzkurvenverlaufes mit einzelnen Abtastwerten des Messkurvenverlaufes arithmetisch zu verknüpfen, beispielsweise diese voneinander zu subtrahieren. Dies kann für jeden Wert einzeln bereits durchgeführt werden, bevor der gesamte Verlauf vorliegt.
  • Hierdurch wird eine einzelne Speicherung der Werte des Messkurvenverlaufes überflüssig und es muss im Zweifelsfall nur der verknüpfte Kurvenverlauf gespeichert werden.
  • Sofern entsprechend der Erfindung vorgeschlagen wird, ein lokales Maximum beziehungsweise ein lokales Minimum bereits vor dem kompletten Ende der Aufzeichnung des Messkurvenverlaufes zu ermitteln, kann dies insbesondere durch eine digitale Verarbeitung des verknüpften Kurvenverlaufes erfolgen.
  • Das Mitteln der Referenzkurvenverläufe kann beliebig erfolgen. Eine Möglichkeit ist es, zum Mitteln der Referenzkurvenverläufe jeden abgetasteten und digitalisierten Wert für einen Abtastzeitpunkt, insbesondere unmittelbar nach dem Abtasten und Digitalisieren, mit einem zuvor berechneten Mittelwert für diesen Abtastzeitpunkt zu verrechnen. Anders ausgedrückt wird für jeden Abtastzeitpunkt der Referenzkurvenverläufe ein arithmetischer Mittelwert entsprechend der Formel ermittelt. v ‾ = 1 n ∑ i = 1 n v i
    Figure imgb0001
     wobei v der Mittelwert zu einem bestimmten Abtastzeitpunkt, n die Anzahl der Referenzkurven und i die entsprechende Referenzkurve bezeichnet.
  • So ist es beispielsweise möglich zum Bestimmen des Mittelwertes zu einem bestimmten Abtastzeitpunkt, die Abtastwerte aller Referenzkurven zu dem bestimmten Abtastzeitpunkt jeweils nach dem Abtasten aufzuaddieren und nach der letzten Referenzkurve durch die Anzahl der Referenzkurven zu dividieren.
  • Eine andere Möglichkeit ist es, hierbei miteinfließen zu lassen, wie viele Referenzkurvenverläufe bereits ausgewertet wurden und so einen genaueren Mittelwert zu errechnen. v n ‾ = { n − 1 v n − 1 ‾ + v n n ; n > 1 v 1 ; sonst
    Figure imgb0002
  • Unabhängig von der exakten Ausführung ergibt sich jedoch der Vorteil, dass es entsprechend dieser Ausführungsform nicht notwendig ist, zuerst alle Referenzkurvenverläufe aufzuzeichnen und anschließend zu mitteln, sondern dies praktisch in Echtzeit, also parallel, erfolgen kann, wodurch wiederum Speicherplatz reduziert werden kann.
  • Aus dem einen oder dem gemittelten Referenzkurvenverlauf kann ein Referenzpunkt, insbesondere eine Referenzzeitpunkt, mittels eines Wertes oder einer Charakteristik des Referenzkurvenverlaufs bestimmt werden. Dieser Referenzzeitpunkt eignet sich insbesondere zu Synchronisation des gemittelten Referenzkurvenverlaufs mit dem Messkurvenverlauf. Bei einer Schließzeitmessung eines Einspritzventils kann es sich beispielsweise um den sogenannten Zenerpunkt handeln, welcher den Beginn des Spannungsanstiegs definiert.
  • Grundsätzlich kann der eine oder der gemittelte Referenzkurvenverlauf in beliebiger Weise arithmetisch mit dem Messkurvenverlauf verknüpft werden. Für eine Schließzeitpunktbestimmung ist es sogar ausreichend, wenn der Messkurvenverlauf lediglich von dem einen oder dem gemittelten Referenzkurvenverlauf subtrahiert wird. Dies hat die Folge, dass der so ermittelte verknüpfte Kurvenverlauf einen positiven Wert hat.
  • Bevorzugt ist es, wenn der verknüpfte Kurvenverlauf vor der Detektion des Ereignisses gefiltert wird. Hierfür kann beispielsweise ein Tiefpassfilter, zum Beispiel in Form eines gleitenden Mittelwertfilters verwendet werden. Der Filter dient hierbei zur Eliminierung von Störungen aus dem Nutzsignal, welche die Detektion des Ergebnisses verfälschen könnten.
  • Zu dem aufgefundenen Ergebnis können die Werte, das heißt die Amplitude, des entsprechenden Punktes und/oder auch der Zeitpunkt des entsprechenden Wertes bestimmt werden. Anschließend kann basierend auf diesem Zeitpunkt beziehungsweise auf dem Wert eine Fehlererkennung durchgeführt werden, so dass Rückschlüsse über die Qualität des Einspritzventils geschlossen werden können. Grundsätzlich kann jedoch auch eine Fehlererkennung basierend auf dem gesamten verknüpften Kurvenverlauf durchgeführt werden.
  • So kann durch eine geeignete Wahl der Zenerspannung und der Verzögerungszeit, ab welcher der Vergleich mit der Zenerspannung beginnt, Fehlmessungen wie bei einem Kurzschluss am Injektor erkannt werden. In diesem Fall wird keine oder nur sehr wenig Energie im Magnetfeld gespeichert. Dementsprechend schnell steigt die Injektorspannung in Richtung 0 Volt an, so dass kein Schnittpunkt mit der Zenerspannung nach Ablauf der Verzögerungszeit gefunden wird.
  • Ein weiterer Fehlerfall, der erkannt werden kann ist, wenn das Maximum der Differenzkurve mit dem Ende der Aufzeichnungsdauer zusammenfällt.
  • Auch kann eine zu geringe Amplitude des Maximums auf ein zu geringen Versorgungsdruck hinweisen, der zum Beispiel durch Leckagen verursacht wird oder durch einen schwergängigen Anker.
  • Das hier beschriebene Verfahren kann für verschiedene Überprüfungen verwendet werden. Besonders gut ist es für die Ermittlung des Schließzeitpunktes geeignet, wobei ein Schließmechanismus eines Einspritzventils untersucht wird und sowohl der Referenzkurvenverlauf als auch der Messkurvenverlauf einen Spannungsverlauf an der Spule des Schließmechanismus ist. Hierbei wird die Spule zum Erzeugen des Referenzkurvenverlaufs derart bestromt, dass sich der Anker gerade nicht bewegt.
  • Ferner betrifft die Erfindung eine Prüfanlage zum Prüfen eines Bauteiles, von dem Messwerte in einem Messkurvenverlauf abnehmbar sind, wobei die Prüfanlage ausgestaltet ist, das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen. Hierbei kann das zu untersuchende Bauteil einen Schließmechanismus eines Einspritzventils und der Messkurvenverlauf der Spannungsverlauf einer Spule des Schließmechanismuses sein. Verallgemeinert kann die Erfindung auf einen bewegten Anker in einem Magnetfeld angewendet werden, wobei sich mittels der Analyse der Geschwindigkeit des Ankers über die induzierte Spannung markante Punkte ermitteln lassen.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines schematischen Ausführungsbeispiels und unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Hierbei zeigen:
    • Fig. 1
    eine schematische Ansicht des Aufbaus einer erfindungsgemäßen Prüfanlage, sowie
    Fig. 2
    eine Skizze zum Ablauf der verschiedenen Spannungskurven.
  • Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf Fig. 1 ein exemplarischer Aufbau einer Prüfanlage 10 zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben.
  • Die Prüfanlage 10 weist zwei Eingänge auf. An einem davon kann eine einzelne oder eine gemittelte Referenzkurve 150 angelegt werden. An dem anderen wird eine aktuelle Messkurve 200 angelegt. Die einzelne oder die gemittelte Referenzkurve 150 liegt bereits in digitaler Form vor. Die Messkurve 200 wird bei oder vor der Eingabe einer Analog/Digitalwandlung zugeführt und die Werte der Messwertkurve 200 werden digital und einzeln weiterverarbeitet. Die einzelnen Werte werden in einem Subtrahierer 13 von dem jeweiligen entsprechenden Wert der einzelnen oder der gemittelten Referenzkurve 150 subtrahiert.
  • Über einem fakultativ zwischengeschalteten Puffer, welcher hier nicht dargestellt ist, wird das Ergebnis der Subtraktion an den Filter 17 zugeführt. Bei dem Filter 17 kann es sich allgemein um einen Tiefpassfilter handeln, der als gleitender Mittelwertfilter ausgeführt sein kann. Da ein linearer Zusammenhang zwischen der gemittelten Referenzkurve 150 und der jeweiligen Messkurve 200 besteht, ist es ausreichend, lediglich die Differenz zu filtern. Das separate Filtern der Einzelkurven ist demnach nicht erforderlich.
  • Anschließend an den Filter 17 kann beispielsweise mittels einer Schließwertermittlung 22 der entsprechende Schließwert ermittelt werden, in dem ein lokales Maximum in der verknüpften Referenzkurve ermittelt wird. Hierbei kann sowohl die Amplitude als auch der zugehörige Zeitpunkt selbst bestimmt werden. Ebenfalls ist parallel möglich, eine Fehlerdetektion in einer entsprechenden Einrichtung 20 durchzuführen. Teile oder auch die gesamte Prüfanlage 10 können als Recheneinheit beispielsweise durch einen FPGA oder einen Mikrocontroller realisiert werden. Auch die Analog/Digitalwandlung kann von der Recheneinheit ausgeführt werden. Dasselbe gilt auch für das Mitteln der Referenzkurven.
  • Die Prüfanlage 10 welche das erfindungsgemäße Verfahren ausführt, kann über verschiedenen Parameter konfiguriert werden, von denen im Folgenden einige exemplarisch aufgeführt sind.
  • So kann die Anzahl der zu ermittelnden Referenzkurven vorbestimmt werden. Es ist auch möglich die Anzahl der auszuwertenden Schließzeitkurven festzulegen, um Fehlmessungen vernachlässigen zu können. Da der Schließzeitpunkt jeder Schließzeitkurve in Echtzeit ermittelt und sofort gespeichert wird, ist die Anzahl der Schließzeitpunkt nur durch den Speicher des verwendeten Auswertesystems limitiert beziehungsweise durch den Speicher der übergeordneten Steuerung, sofern die ermittelten Schließzeitpunkte in Echtzeit übertragen werden.
  • Auch kann die Verzögerungszeit für Beginn der Schließzeitauswertung eingestellt werden, da alles was vor Überschreiten der negativen Zenerspannung passiert ist für die Bestimmung des Schließzeitpunktes nicht von Interesse ist.
  • Ebenso kann die Auswertedauer nach Beginn der Analyse der Messkurve eingestellt werden, sodass die maximale Differenz zwischen Messkurve und Referenzkurve sicher detektiert werden kann und somit der Schließzeitpunkt bestimmt werden kann.
  • Auch der Wert der Zenerspannung kann vorgegeben werden. Die negative Zenerspannung kann sowohl in der gemittelten Referenzkurve als auch in der Messkurve in Echtzeit ermittelt werden. Das Erstmalige überschreiten der Spannung kann als lokaler zeitlicher Nullpunkt der gemittelten Referenzkuve gesehen werden. Das erstmalige Überschreiten der Zenerspannung der Messkurve kann als Startzeit zum Ermitteln der verknüpften Kurve verwendet werden.
  • Ferner ist es möglich den verwendeten Filter 17 mittels entsprechender Parameter weiter zu definieren.
  • Auch ist es entsprechend der Erfindung möglich mehrere lokale Maxima und/oder Minima im verknüpften Kurvenverlauf zu ermitteln. Dies kann auch in unterschiedlichen Zeitbereichen erfolgen.
  • Somit ist es mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Prüfanlage möglich, den Schließzeitpunkt eines Einspritzventils einfach und effizient zu ermitteln.

Claims (14)

  1. Verfahren zum Bestimmen eines Ereignisses mittels eines Referenzkurvenverlaufes (100) und eines Messkurvenverlaufes (200), welche jeweils Werte gegen die Zeit darstellen,
    wobei der Referenzkurvenverlauf (100) mit dem Messkurvenverlauf (200) zu einem verknüpften Kurvenverlauf (300) arithmetisch verknüpft werden, und
    wobei das Ereignis durch Detektion eines lokalen Maximums (301) oder lokalen Minimums im verknüpften Kurvenverlauf (300) ermittelt wird,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass ein oder mehrere Referenzkurvenverläufe (100) aufgezeichnet werden,
    dass bei der Aufzeichnung von mehreren Referenzkurvenverläufen (100), die Referenzkurvenverläufe (100) zu einem gemittelten Referenzkurvenverlauf gemittelte werden und der gemittelte Referenzkurvenverlauf zur arithmetischen Verknüpfung mit dem Messkurvenverlauf (200) verwendet wird,
    dass der Messkurvenverlauf (200) in Echtzeit abgetastet und digitalisiert wird,
    dass die arithmetische Verknüpfung des einen Referenzkurvenverlaufes (100) oder des gemittelten Referenzkurvenverlaufes und des Messkurvenverlaufes (200) nach dem Abtasten und Digitalisieren des Messkurvenverlaufes (200) für jeden einzelnen Abtastzeitpunkt zum erstmöglichen Zeitpunkt vor Abschluss des gesamten Abtastens und Digitalisierens des Messkurvenverlauf (200) durchgeführt wird, und
    dass das lokale Maximum (301) oder lokale Minimum des verknüpften Kurvenverlauf (300) vor Beenden des Abtastens und des Digitalisierens des Messkurvenverlaufes (200) ermittelt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der eine oder die mehreren Referenzkurvenverläufe (100) abgetastet und digitalisiert werden und der eine Referenzkurvenverlauf oder der gemittelte Referenzkurvenverlauf in digitaler Form weiterverarbeitet wird.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass zum Mitteln der Referenzkurvenverläufe (100) jeder abgetastete und digitalisierte Wert für einen Abtastzeitpunkt, insbesondere unmittelbar nach dem Abtasten und Digitalisieren, mit einem zuvor berechneten Mittelwert für diesen Abtastzeitpunkt verrechnet wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass aus dem einen oder dem gemittelten Referenzkurvenverlauf ein Referenzzeitpunkt (101) mittels eines Wertes oder einer Charakteristik des gemittelten Referenzkurvenverlaufes bestimmt wird.
  5. Verfahren nach Ansprüche 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Referenzzeitpunkt (101) zur Synchronisation des gemittelten Referenzkurvenverlaufes (200) mit dem Messkurvenverlauf verwendet wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die arithmetische Verknüpfung des einen oder des gemittelten Referenzkurvenverlaufes und des Messkurvenverlaufes (200) durch Subtrahieren des Messkurvenverlaufes (200) von dem einen oder dem gemittelten Referenzkurvenverlauf durchgeführt wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der verknüpfte Kurvenverlauf (300) vor der Detektion des Ereignisses gefiltert wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass zu dem Ereignis der Wert und/oder der Zeitpunkt bestimmt wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass mittels des verknüpften Kurvenverlaufs (300) eine Fehlererkennung durchgeführt wird.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass ein Schließmechanismus eines Einspritzventils untersucht wird und
    dass der Referenzkurvenverlauf (100) und der Messkurvenverlauf (200) ein Spannungsverlauf einer Spule des Schließmechanismus ist.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Ereignis der Schließzeitpunkt eines Einspritzventils ist.
  12. Prüfanlage zum Prüfen eines Bauteiles, von dem Messwerte in einem Messkurvenverlauf (200) abnehmbar sind,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Prüfanlage ausgestaltet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12 durchzuführen.
  13. Prüfanlage nach Anspruch 12 ,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Bauteil ein Schließmechanismus eines Einspritzventils und der Messkurvenverlauf (200) ein Spannungsverlauf einer Spule des Schließmechanismus ist.
  14. Prüfanlage nach Anspruch 12 oder 13 ,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Bauteil einen bewegten Anker in einem Magnetfeld aufweist und der Messkurvenverlauf (200) ein Spannungsverlauf einer Spule ist.
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