WO1996003758A1 - Verfahren und vorrichtung zur ansteuerung eines elektromagnetischen verbrauchers - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur ansteuerung eines elektromagnetischen verbrauchers Download PDF

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Peter Schmitz
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Definitions

  • the invention relates to a method and a device for controlling an electromagnetic consumer according to the preambles of the independent claims.
  • a method and a device for controlling an electromagnetic consumer is known for example from DE-OS 34 26 799 (US-A 4,653,447).
  • the switching times and, starting therefrom, the switch-on and switch-off times of a solenoid valve are recorded.
  • the exact switching time of the solenoid valve is determined on the basis of the time course of the current through the solenoid valve.
  • Such solenoid valves are preferably used to control the injection of fuels in gasoline and / or diesel engines.
  • the switching time is of particular interest, at which the armature of the solenoid valve reaches one of its two end positions.
  • the procedure is such that the current profile and / or the voltage profile is evaluated in a time window within which the switching point usually occurs and the switching time is determined on the basis of its time profile.
  • the voltage applied to the solenoid valve or the current flowing through the solenoid valve is regulated to a certain value.
  • a constant solenoid valve voltage or current is therefore provided in order to generate a steady course of the solenoid valve current or voltage.
  • the object of the invention is to simplify the detection of the switching time in a method and a device for controlling an electromagnetic consumer of the type mentioned at the beginning.
  • FIG. 1 shows a block diagram of the device according to the invention
  • FIG. 2 shows various signals plotted over time.
  • the exemplary embodiment described is a device for controlling an electromagnetic consumer.
  • the described device and the described method can be used in connection with any electromagnetic consumer. It is not limited to the specific application.
  • a solenoid valve for controlling the metering of fuel into the internal combustion engine is used in a particularly advantageous manner.
  • BIP beginning of injection period
  • FIG. 1 essential elements of the device for controlling a solenoid valve-controlled fuel metering device are shown schematically.
  • An electromagnetic consumer 100, a current control means 110, and a current Measuring means 120 are connected in series between a supply voltage Ubat and ground.
  • An ohmic resistor is preferably used as the current measuring means 120.
  • a transistor in particular a field effect transistor, is preferably used as the current control means.
  • Consumer 100 is an inductive resistor, in particular a coil of a solenoid valve.
  • the two connections of the current measurement with els 120 are connected to a current detection 130.
  • the current detection 130 acts on a node 135 with the actual value I js t for the current.
  • the setpoint Igoll is provided by a controller 140.
  • a current regulator 150 in particular an analog regulator, is applied to the output signal of node 135.
  • the output signal UR, IR of the current regulator 150 reaches the control connection of the current control means 110 via a manipulated variable detection 160.
  • the control connection is the gate connection of the field effect transistor.
  • An ohmic resistor is preferably used as the manipulated variable detection 160.
  • the BIP detection 170 applies a signal to the controller 140.
  • BIP detection 170 is preferably designed as a comparator which evaluates the voltage drop across resistor 160. As soon as the differentiated output voltage U ⁇ becomes less than zero, the BIP detection 170 generates an output signal. Based on the differentiated control output voltage or In the direction of flow of the controller output current, the BIP detection detects the switching time.
  • a control signal U i n E is plotted against time T. This signal indicates whether the control unit 140 forwards a setpoint Igoll to the node 135.
  • the current I ⁇ v flowing through the solenoid valve is plotted in the second line.
  • the regulator voltage UR present at the output of the regulator 150 is plotted in the fourth line, the differentiated regulator output voltage or the regulator output current IR.
  • the output signal of the GDP detection 170 Ug j p is plotted.
  • the control device 140 does not emit a signal until the time T1.
  • the current control means 110 interrupts the flow of current through the consumer 100 and the solenoid valve is not activated.
  • control unit 140 specifies a setpoint. This means that the output signal U E i n assumes an increased value. Since the current flowing through the solenoid valve: 1 . has not yet reached its target value, this means that a value other than 0 is present at the output of node 135.
  • the controller 150 then outputs a corresponding manipulated variable UR which increases from 0 to a value. This means that the gate of the current control means is charged by means of a current. The current 1 ⁇ therefore rises very quickly.
  • the current control means 110 releases the current flow I ⁇ y and the current, I j fly increases over time.
  • the manipulated variable U R reaches its maximum value and the current I R drops.
  • the current I ⁇ r ⁇ j flowing through the solenoid valve reaches its target value Isoll.
  • the output variable U R of the controller 150 changes. It takes on a smaller value than before. This in turn causes the current I R to assume negative values for a short time. It changes its sign at time T2. This in turn causes the GDP detection 170 to output a signal at time T2 which indicates a change in the current direction.
  • the armature of the solenoid valve reaches its new end position at time T3. This in turn causes the inductance of the coil to change.
  • the change in the inductance of the coil causes a discontinuity in the output signal U R of the regulator 150, which results in a change of sign or a change in the current I R.
  • This change in the sign of the current I R in turn causes the BIP detection 170 to output a pulse signal to the controller 140 at the time T3.
  • the control device 140 recognizes the second pulse of the signal U ß ip as the switching time of the solenoid valve and evaluates this signal accordingly.
  • One embodiment of the invention provides that the GDP detection suppresses the first pulse at time T2.
  • the switching time (BIP) in a solenoid valve is obtained by evaluating the manipulated variable of a current regulator.
  • An analog regulator preferably serves as the current regulator.
  • a voltage regulation is provided.
  • Current flowing through the consumer regulates the voltage drop across the consumer to a setpoint.
  • the manipulated variable is evaluated accordingly.

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Abstract

Es wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ansteuerung eines elektromagnetischen Verbrauchers (100), insbesondere eines Magnetventils zur Beeinflussung der Kraftstoffzumessung bei einer Dieselbrennkraftmaschine, beschrieben. Der Verbraucher (100) ist in Reihe mit einem Stromsteuermittel (110) geschaltet, das mit einem Ansteuersignal beaufschlagbar ist. Das Ansteuersignal ist von einem Regelmittel (150) vorgebbar. Zur Ermittlung des Schaltzeitpunktes des elektromagnetischen Verbrauchers ist ein Ausgangssignal des Regelmittels (150) auswertbar.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Ansteuerung eines elektromagnetischen Verbrauchers
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und einen Vorrichtung zur Ansteuerung eines elektromagnetischen Verbrauchers gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.
Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ansteuerung eines elektromagnetischen Verbrauchers ist beispielsweise aus der DE-OS 34 26 799 (US-A 4,653,447) bekannt. Bei der dort be¬ schriebenen Einrichtung werden die Schaltzeitpunkte und da¬ von ausgehend die Einschaltzeiten und Ausschaltzeiten eines Magnetventils erfaßt. Ausgehend von dem zeitlichen Verlauf des Stroms durch das Magnetventil wird der genaue Schalt¬ zeitpunkt des Magnetventils bestimmt.
Solche Magnetventile werden vorzugsweise zur Steuerung der Einspritzung von Kraftstoffen in Benzin und/oder Dieselmoto¬ ren eingesetzt. Zur exakten Zumessung auch kleinster Ein¬ spritzmengen ist insbesondere der SchaltZeitpunkt von Inter¬ esse, bei dem der Anker des Magnetventils jeweils eine sei¬ ner beiden Endlagen erreicht. - 2
Bei bekannten Systemen wird derart vorgegangen, daß in einem Zeitfenster, innerhalb dem der SchaltZei punkt üblicherweise auftritt, der Stromverlauf und/oder der Spannungsverlauf ausgewertet wird und anhand dessen zeitlichen Verlaufs der SchaltZeitpunkt bestimmt wird. Dabei wird die am Magnetven¬ til anliegende Spannung bzw. der durch das Magnetventil fließende Strom auf einen bestimmten Wert eingeregelt. Es wird also eine konstante Magnetventilspannung bzw. Strom zur Erzeugung eines stetigen Verlaufs des Magnetventilstroms oder Spannung bereitgestellt.
Hierzu ist es erforderlich, daß eine spezielle Ansteuer¬ phase, die üblicherweise als BIP-Fenster bezeichnet wird, definiert wird, innerhalb der eine spezielle Ansteuerung er¬ folgen muß, damit eine Erkennung des Schaltzeitpunktes mög¬ lich ist. Ferner ist die Auswertung des Stromverlaufs sehr aufwendig.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Verfah¬ ren und einer Vorrichtung zur Ansteuerung eines elektro¬ magnetischen Verbrauchers, der eingangs genannten Art, die Erkennung des Schaltzeitpunktes zu vereinfachen.
Vorteile der Erfindung
Mittels des erfindungsgemäßen Verfahren und Vorrichtung er¬ gibt sich der Vorteil, daß der Aufwand zur Ermittlung des Schaltzeitpunktes minimiert werden kann. Desweiteren ist das Verfahren universell an verschiedene Magnetventiltypen an¬ paßbar. Der Aufwand an Schaltungsmitteln ist sehr gering. Zeichnung
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform erläutert. Es zeigt Figur 1 ein Blockdiagramm der erfindungsgemäßen Einrichtung, Figur 2 verschiedene über der Zeit aufgetragenen Signale.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine Einrichtung zur Ansteuerung eines elektromagnetischen Verbrauchers. Prinzipiell ist die beschriebene Vorrichtung und das beschriebene Verfahren im Zusammenhang mit jeglichen elektromagnetischen Verbrauchern einsetzbar. Sie ist nicht auf die spezielle Anwendung beschränkt. Besonders vorteil¬ haft ist es jedoch, die erfindungsgemäße Einrichtung und das erfindungsg äße Verfahren im Zusammenhang mit Brennkraftma¬ schinen einzusetzen, insbesondere bei der Zumessung von Kraftstoff in einen Brennraum einer selbstzündenden Brenn¬ kraftmaschine. Zu diesem Zweck wird in besonders vorteilhaf¬ ter Weise ein Magnetventil zur Steuerung der Zumessung von Kraftstoff in die Brennkraftmaschine verwendet.
Hierbei ist es insbesondere bei kleinen Lasten erforderlich, daß kleinste Einspritzmengen möglichst exakt zugemessen wer¬ den. Hierzu ist es wiederum erforderlich, daß der Zeitpunkt, zu dem der Anker des bestromten Magnetventils seine Endlage erreicht, bekannt ist. Dieser Zeitpunkt wird üblicherweise mit Beginn of injection period (BIP) bezeichnet.
In Figur 1 sind schematisch wesentliche Elemente der Ein¬ richtung zur Steuerung einer magnetventilgesteuerten Kraft¬ stoffzumeßeinrichtung dargestellt. Ein elektromagnetischer Verbraucher 100, ein Stromsteuermittel 110, und ein Strom- meßmittel 120 sind in Reihe zwischen einer VersorgungsSpan¬ nung Ubat und Masse geschaltet.
Als Strommeßmittel 120 wird vorzugsweise ein ohmscher Wider¬ stand verwendet. Als Stromsteuermittel dient vorzugsweise ein Transistor, insbesondere ein Feldeffekttransistor. Bei dem Verbraucher 100 handelt es sich um einen induktiven Widerstand, insbesondere eine Spule eines Magnetventils.
Die beiden Anschlüsse des Strommeßmit els 120 sind mit einer Stromerfassung 130 verbunden. Die Stromerfassung 130 beauf¬ schlagt einen Verknüpfungspunkt 135 mit dem Istwert Ij.st für den Strom. Am zweiten Eingang des Verknüpfungspunktes 135 liegt ein Sollwert Isoll ^ur ^en Strom an. Der Sollwert Igoll wird von einer Steuerung 140 bereitgestellt.
Mit dem Ausgangssignal des Verknüpfungspunktes 135 wird ein Stromregler 150, insbesondere einen Analogregler, beauf¬ schlagt. Das Ausgangssignal UR, IR des Stromreglers 150 ge¬ langt über eine Stellgrößenerfassung 160 zum Steueranschluß des Stromsteuermittels 110. Bei der Verwendung eines Feldeffekttransistors handelt es sich bei dem Steueranschluß um den Gate-Anschluß des Feldeffekttransistors.
Als Stellgrößenerfassung 160 wird vorzugsweise ein ohmscher Widerstand verwendet, dessen beiden Anschlüsse mit einer BIP-Erfassung 170 in .Kontakt stehen. Die BIP-Erfassung 170 beaufschlagt wiederum die Steuerung 140 mit einem Signal. Die BIP-Erfassung 170 ist vorzugsweise als Komparator ausge¬ bildet, der den Spannungsabfall an dem Widerstand 160 aus¬ wertet. Sobald die differenzierte Ausgangspannung U^ kleiner Null wird, erzeugt die BIP-Erfassung 170 ein Ausgangssignal. Ausgehend von der differenzierten RegelausgangsSpannung oder der Fließrichtung des Regelerausgangsstroms erkennt die BIP- Erfassung den SchaltZeitpunkt.
Die Funktionsweise dieser Einrichtung wird im folgenden an¬ hand der in der Figur 2 dargestellten Signale beschrieben. In der ersten Zeile ist ein Ansteuersignal UEin über der Zeit T aufgetragen. Dieses Signal gibt an, ob die Steuerein¬ heit 140 einen Sollwert Igoll an den Verknüpfungspunkt 135 weiterleitet.
In der zweiten Zeile ist der durch das Magnetventil flie¬ ßende Strom I^v aufgetragen. In der dritten Zeile ist die am Ausgang des Reglers 150 anliegende Reglerspannung UR in der vierten Zeile die differenzierte Reglerausgangsspannung bzw. der Reglerausgangsström IR aufgetragen. In der letzten Zeile ist das Ausgangssignal der BIP-Erfassung 170 Ugjp aufgetra¬ gen.
Bis zu dem Zeitpunkt Tl gibt die Steuereinrichtung 140 kein Signal ab. Dies hat zur Folge, daß das Stromsteuermittel 110 den Stromfluß durch den Verbraucher 100 unterbricht, und das Magnetventil nicht angesteuert wird. Ab dem Zeitpunkt Tl gibt die Steuereinheit 140 einen Sollwert vor. Dies bedeu¬ tet, daß das Ausgangssignal UEin einen erhöhten Wert an¬ nimmt. Da der durch das Magnetventil fließende Stro:1. seinen Sollwert noch nicht erreicht hat, hat dies zur Folge, daß an dem Ausgang des Verknüpfungspunktes 135 ein von 0 verschie¬ dener Wert anliegt. Daraufhin gibt der Regler 150 eine ent¬ sprechende Stellgröße UR ab, die von 0 auf einen Wert an¬ steigt. Dies bedeutet, daß das Gate des Stromsteuermittels mittels eines Stromes aufgeladen wird. Der Strom 1^ steigt daher sehr schnell an. Dies wiederum hat zur Folge, daß das Stromsteuermittel 110 den Stromfluß I^y freigibt und der Strom, Ijfly über der Zeit ansteigt. Nach kurzer Zeit erreicht die Stellgröße UR ihren maximalen Wert und der Strom IR fällt ab. Zum Zeitpunkt T2 erreicht der durch das Magnetventil fließende Strom I^r\j seinen Soll¬ wert Isoll- Dies hat zur Folge, daß sich die Ausgangsgröße UR des Reglers 150 ändert. Sie nimmt einen kleineren Wert als bisher an. Dies wiederum bewirkt, daß der Strom IR kurz¬ fristig negative Werte annimmt. Er ändert zum Zeitpunkt T2 sein Vorzeichen. Dieser wiederum bewirkt, daß die BIP-Erfassung 170 zum Zeitpunkt T2 ein Signal abgibt, das einen Änderung der Stromrichtung anzeig .
Im Zeitpunkt T3 erreicht der Anker des Magnetventils seine neue Endlage. Dies wiederum bewirkt, daß sich die Induktivi¬ tät der Spule ändert. Die Änderung der Induktivität der Spule bewirkt eine Diskontinuität des Ausgangssignals UR des Reglers 150, das ein Vorzeichenwechsel bzw. eine Änderung des Stroms IR zur Folge hat. Dieser Vorzeichenwechsel des Stroms IR wiederum bewirkt, daß die BIP-Erfassung 170 zum Zeitpunkt T3 ein Impulssignal an die Steuerung 140 abgibt.
Die Steuereinrichtung 140 erkennt den zweiten Impuls des Signals Ußip als SchaltZeitpunkt des Magnetventils und wer¬ tet dieses Signal entsprechend aus. Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die BIP-Erfassung den er¬ sten Impuls zum Zeitpunkt T2 unterdrückt.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß bei einem Magnetventil der SchaltZeitpunkt (BIP) durch Auswertung der Stellgröße eines Stromreglers gewonnen wird. Als Stromregler dient vor¬ zugsweise ein Analogregler.
Alternativ kann auch vorgesehen sein, daß eine Spannungsre¬ gelung vorgesehen ist. In diesem Fall wird alternativ zum Strom, der durch den Verbraucher fließt, die am Verbraucher abfallende Spannung auf einen Sollwert eingeregelt. Die Aus¬ wertung der Stellgröße erfolgt entsprechend.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Ansteuerung eines elektromagnetischen Ver¬ brauchers (100) , insbesondere eines Magnetventils zur Beein¬ flussung der Kraftstoffzumessung bei einer Dieselbrennkraft¬ maschine, wobei der Verbraucher (100) in Reihe mit einem Stromsteuermittel (110) geschaltet ist, und das Stromsteuer¬ mittel (110) mit einem Ansteuersignal beaufschlagbar ist, wobei das Ansteuersignal von einem Regelmittel (150) vorgeb¬ bar ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung des Schaltzeitpunktes des elektromagnetischen Verbrauchers ein Ausgangssignal des Regelmittels (150) auswertbar ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß ei¬ ne ReglerausgangsSpannung (UR) ausgewertet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der SchaltZeitpunkt erkannt wird, wenn die Ableitung der Reglerausgangsspannung (UR) einen Vorzeichenwechsel auf¬ weist.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß ein Reglerausgangsstrom (IR) ausgewertet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltzeitpunkt erkannt wird, wenn sich die Fließrich¬ tung des Reglerausgangsstroms (IR) ändert.
6. Vorrichtung zur Ansteuerung eines elektromagnetischen Verbrauchers (100) , insbesondere eines Magnetventils zur Be¬ einflussung der Kraftstoffzumessung bei einer Dieselbrenn- kraftmaschine, wobei der Verbraucher (100) in Reihe mit ei¬ nem Stromsteuermittel (110) geschaltet ist, und das Strom¬ steuermittel (110) mit einem Ansteuersignal beaufschlagbar ist, wobei das Ansteuersignal von einem Regelmittel (150) vorgebbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, die zur Ermittlung des Schaltzeitpunktes des elektro¬ magnetischen Verbrauchers ein Ausgangssignal des Regelmit¬ tels (150) auswerten.
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