WO2011039044A1 - Verfahren und steuergerät zum betreiben eines ventils - Google Patents

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WO2011039044A1
WO2011039044A1 PCT/EP2010/063312 EP2010063312W WO2011039044A1 WO 2011039044 A1 WO2011039044 A1 WO 2011039044A1 EP 2010063312 W EP2010063312 W EP 2010063312W WO 2011039044 A1 WO2011039044 A1 WO 2011039044A1
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valve
operating
drive current
actuator
drive
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Klaus Joos
Ruben Schlueter
Jens Neuberg
Helerson Kemmer
Holger Rapp
Haris Hamedovic
Joerg Koenig
Anh-Tuan Hoang
Bernd Wichert
Achim Hirchenhein
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Robert Bosch Gmbh
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    • F02D2041/2058—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils characterised by the control of the circuit using information of the actual current value

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a valve, in particular a fuel injection valve of an internal combustion engine of a motor vehicle, in which an electromagnetic actuator is acted upon by a drive current in order to drive a component of the valve, in particular a valve needle.
  • the invention further relates to a control device for operating such a valve as well as a computer program and a computer program product.
  • Electromagnetically actuated valves of the aforementioned type can be used quite generally for the metering of fluids, but are preferably also used in fuel systems of internal combustion engines for the injection of fuel into a combustion chamber of the internal combustion engine. Precise compliance with a given injection quantity is of crucial importance for the emission behavior of the internal combustion engine. The amount of fuel injected depends, inter alia, on an opening duration of the valve and thus, in particular, on an actual hydraulic system
  • Opening time of the valve which can differ significantly from an electric actuation start of the actuator with real valves. Only with knowledge of the electrical control start can therefore be a precise
  • Fluid metering usually does not take place.
  • Disclosure of the invention It is an object of the present invention to provide an improved method for determining operating states of a valve, in particular for the accurate detection of a hydraulic opening time of the valve. This object is achieved in the method of the type mentioned
  • the principle according to the invention enables a particularly precise determination of the occurrence of an operating state to be observed or a change in the operating state of the valve. In this way, under specification of corresponding characterizing features, in particular also an actual hydraulic opening time of the valve can be determined.
  • At least one parameter characterizing the drive current in particular an energization duration, for which the actuator is subjected to the drive current, is changed during successive test drives, thereby increasing the probability of determining the characterizing feature of interest.
  • Opening state is transferred to a closed state or vice versa, in particular, the Bestromungsdauer is chosen sufficiently short.
  • the amplitude and / or frequency of the drive current can also be selected such that the feature to be detected results as reliably as possible in the context of the test drive. It is obvious that the selection of suitable parameters for the drive current depending on the type of valve to be operated or its electrical, mechanical and
  • the step of evaluating comprises the following steps: forming the first time derivative of the drive current, finding a, in particular local, minimum of the first time derivative of the drive current, wherein common valve types, in particular electromagnetically actuated switching valves, from the occurrence of the minimum of the first time derivative of the drive current to an opening operation of the valve can be closed,
  • Injection valve are used.
  • the step of evaluating is carried out outside of an operating cycle of the valve, in particular in those time ranges which lie between successive operating cycles of the valve.
  • Control unit are available.
  • the method according to the invention can advantageously be carried out in "breaks" between different operating cycles, ie the injection breaks, in which a utilization of the control device controlling the internal combustion engine is usually lower.
  • test drives and their evaluation can temporally also fall apart further than just individual operating cycles of the valve, so that the method according to the invention can preferably be carried out in those operating states in which computing time and other required resources of the control device are largely unused anyway. It is u.U. even possible, the inventive method with deactivated
  • Claim 8 specified. Of particular importance is also the realization of the method according to the invention in the form of a computer program.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an internal combustion engine with a plurality of injection valves operated according to the invention
  • FIG. 2a is a diagrammatic representation of FIG. 1a
  • FIG. 2b schematically shows a detailed view of an injection valve from FIG. 1 in two different operating states
  • Figure 3 shows a time course of different operating variables of
  • FIG. 4 shows a flow chart of an embodiment of the method according to the invention.
  • An internal combustion engine carries in Figure 1 in total the reference numeral 10. It comprises a tank 12, from which a conveyor system 14 fuel in a
  • Distribution system 16 promotes, which is for example a common rail. To this several electromagnetically actuated injectors 18 are connected, which inject the fuel directly into them associated combustion chambers 20. The operation of the internal combustion engine 10 is controlled or regulated by a control and regulating device 22 which, among other things, also controls the injection valves 18.
  • FIGS. 2a, 2b schematically show the injection valve 18 according to FIG. 1 in two different operating states.
  • the injection valve 18 has an electromagnetic actuator which has a magnetic coil 26 and a magnet armature 30 interacting with the magnetic coil 26.
  • the magnet armature 30 is connected to a valve needle 28 of the injection valve 18 so that it can be moved relative to the valve needle 28 axially relative to a direction of movement of the valve needle 28 that is vertical in FIG. 2a with a non-vanishing mechanical clearance.
  • the axial play of the armature 30 is limited to the valve needle 28 by two stops 32 and 34.
  • at least the lower stop 34 in FIG. 2a could also be realized by a region of the housing of the injection valve 18.
  • valve needle 28 is acted upon by a valve spring 36 as shown in Figure 2a with a corresponding spring force against the valve seat 38 in the region of the housing.
  • valve spring 36 as shown in Figure 2a with a corresponding spring force against the valve seat 38 in the region of the housing.
  • the injection valve 18 is shown in its closed state, in which no fuel injection takes place.
  • the actuator 26, 30 is acted upon by a drive current over a predefinable drive duration.
  • the solenoid coil 26 of the armature 30 is moved in Figure 2b upwards so that it moves out of its valve seat 38 against the spring force by engaging in the stop 32, the valve needle 28.
  • fuel 42 can be injected from the injection valve 18 into the combustion chamber 20 (FIG. 1).
  • the valve needle 28 moves under the action of the valve spring 36
  • a test drive is carried out, during which the actuator 26, 30 (FIG. 2a) is subjected to a predefinable drive current I (FIG. 3).
  • the electromagnetic actuator 26, 30 in particular a temporal course of a voltage applied to the magnetic coil 26 of the actuator voltage and / or a time profile of the current flowing through the magnetic coil I are taken into account.
  • step 120 the detected time profiles are evaluated for the presence of a feature that characterizes a predefinable operating state and / or a predefinable operating state change of the valve 18.
  • a feature in the sense of the present invention can be in particular a local extremum and / or a sequence of several local extremes and / or another particular time profile of the operating variables current, voltage.
  • step 130 it is determined whether the characterizing feature of interest has been found during the evaluation of the previous step 120. If this is the case, the invention branches
  • step 130 branching is made to step 100, to at least one further test drive, a corresponding detection of the variables of interest as well
  • Testan Kunststoffmaschine or the lapse of a maximum test period and the like can be specified.
  • the method according to the invention can be used particularly advantageously for determining an actual hydraulic opening time of the valve 18 (FIG. 2 a).
  • the hydraulic opening time of the valve 18 is determined by the fact that the valve needle 28 lifts from its valve seat 38, so that a fuel injection can take place. According to the invention, it has been recognized that this lifting of the valve needle 28 from its valve seat 38 correlates with a specific time profile of the first time derivative of the drive current I through the magnet coil 26.
  • FIG. 3 shows a first time profile 11 of a drive current I with which the solenoid coil 26 is actuated, starting from the closed state of the valve 18 shown in FIG. 2a, in order to move the valve 18 into its open state (FIG. 2b).
  • a time profile h1 of the needle stroke h resulting during activation with the first drive current 11 is likewise shown in FIG.
  • Actuation of the actuator 26, 30 with the drive current 11 at the time T1 for the first time non-vanishing values for the stroke h1 occur, that means that a change in operating state of the valve 18 from its closed state ( Figure 2a) to its open state ( Figure 2b) towards the time T1 takes place.
  • step 10 at least the time profile of the drive current 11 is detected, and during the subsequent step 120 of the evaluation, the first time derivative d1 of the previously detected first drive current 11 is formed.
  • the first time derivative dl 1 of the first drive current 11 is further investigated for the occurrence of the local minimum Mini.
  • a subsequent operation of the valve 18 can be regulated, for example with regard to an equalization of the injection characteristic of a plurality of valves 18.
  • step 100 If the local minimum Mini is not already detected after the first test drive 100 has been carried out, it is possible, as already described, to branch again to step 100, and the method according to the invention is repeated until a predefinable termination condition has been reached.
  • FIG. 3 shows a time profile of a second drive current 12, as it results under control of the actuator 26, 30 with a slightly reduced drive voltage.
  • the actual hydraulic drive start i. Opening time
  • the time T2 are determined, in turn, with a local minimum Min2 in the first time derivative dl2 of the second
  • the first test drive 100 is used to determine the
  • Opening time T1, T2 of the valve 18 carried out such that the valve 18 is not already undergoing an operating state change due to the test drive, in particular is not transferred from its closed state to an open state.
  • Internal combustion engine 10 perform. In particular, that can be
  • the internal combustion engine 10 are executed, ie in the injection breaks. If the feature of interest Mini, Min2 can not already be found during a first test drive or evaluation 120, it is provided according to the invention to carry out further iterations of steps 100, 110, 120, preferably with simultaneous modification of at least one parameter characterizing the drive current I, in particular the energizing time takes place. This is advantageous
  • the reliability in finding the local minimum Mini, Min2 can be increased according to a further embodiment of the invention by performing a windowing of the time courses of the first time derivative dl1, dl2 of the drive current I to be evaluated, wherein a time window (not shown) is to be analyzed. is specified in the
  • Feature Mini, Min2 is located.
  • a particular advantage of the operating method according to the invention is that the evaluation 120 according to the invention can be performed outside such time ranges in which the valve 18 performs an operating cycle. As a result, the load on the control device 22 controlling the valve 18 (FIG. 1) can be reduced in the time ranges with usually increasingly occurring real-time requirements, and the evaluation according to the invention is only carried out if - due to a pause between
  • a width of the time window defining the data to be analyzed can be modified particularly advantageously in order to achieve an optimum between memory requirement and acquisition quality.
  • step 120 of the evaluation according to the invention can also be applied to several
  • control unit 22 has a relatively low utilization by other operating functions of the internal combustion engine 10.
  • a precise evaluation can also be carried out when the internal combustion engine 10 itself is deactivated. It has to be ensured for this alone that sufficient measured values for the performance of the evaluation 120 have previously been collected in step 1.
  • Measured values and / or evaluation results obtained in accordance with the invention can also be stored for further later use, in particular for plausibility and / or wear determination purposes.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Ventils (18), insbesondere eines Kraftstoffeinspritzventils einer Brennkraftmaschine (10) eines Kraftfahrzeugs, bei dem ein elektromagnetischer Aktor (26, 30) mit einem Ansteuerstrom (I) beaufschlagt wird, um eine Komponente (28) des Ventils (18), insbesondere eine Ventilnadel, anzutreiben. Erfindungsgemäß weist das Verfahren die folgenden Schritte auf: Durchführen (100) mindestens einer Testansteuerung, während der der Aktor (26, 30) mit einem vorgebbaren Ansteuerstrom (I) beaufschlagt wird, Erfassen (110) eines zeitlichen Verlaufs mindestens einer elektrischen Betriebsgröße des Aktors (26, 30) während der Testansteuerung, - Auswerten (120) des erfassten zeitlichen Verlaufs auf das Vorhandensein eines einen vorgebbaren Betriebszustand und/oder eine vorgebbare Betriebszustandsänderung des Ventils (18) charakterisierenden Merkmals (Min), gegebenenfalls Wiederholen der Schritte des Durchführens (100), Erfassens (110), Auswertens (120), sofern das einen vorgebbaren Betriebszustand und/oder eine vorgebbare Betriebszustandsänderung des Ventils (18) charakterisierende Merkmal (Min) nicht während des vorangehenden Schritts des Auswertens (120) aufgefunden worden ist.

Description

Beschreibung Titel
Verfahren und Steuergerät zum Betreiben eines Ventils Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Ventils, insbesondere eines Kraftstoffeinspritzventils einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, bei dem ein elektromagnetischer Aktor mit einem Ansteuerstrom beaufschlagt wird, um eine Komponente des Ventils, insbesondere eine Ventilnadel, anzutreiben.
Die Erfindung betrifft ferner ein Steuergerät zum Betreiben eines derartigen Ventils sowie ein Computerprogramm und ein Computerprogrammprodukt.
Elektromagnetisch betätigte Ventile der vorstehend genannten Art können ganz allgemein zur Zumessung von Fluids eingesetzt werden, werden bevorzugt jedoch auch in Kraftstoffsystemen von Brennkraftmaschinen zur Einspritzung von Kraftstoff in einen Brennraum der Brennkraftmaschine verwendet. Die präzise Einhaltung einer vorgegebenen Einspritzmenge ist für das Emissionsverhalten der Brennkraftmaschine von entscheidender Bedeutung. Die eingespritzte Kraftstoffmenge hängt unter anderem von einer Öffnungsdauer des Ventils und damit insbesondere auch von einem tatsächlichen hydraulischen
Öffnungszeitpunkt des Ventils ab, der sich bei realen Ventilen deutlich von einem elektrischen Ansteuerbeginn des Aktors unterscheiden kann. Allein unter Kenntnis des elektrischen Ansteuerbeginns kann daher eine präzise
Fluidzumessung in der Regel nicht erfolgen.
Offenbarung der Erfindung Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Ermittlung von Betriebszuständen eines Ventils anzugeben, insbesondere zur genauen Erkennung eines hydraulischen Öffnungszeitpunkts des Ventils. Diese Aufgabe wird beim Verfahren der eingangs genannten Art
erfindungsgemäß durch die folgenden Schritte gelöst:
Durchführen mindestens einer Testansteuerung, während der der Aktor mit einem vorgebbaren Ansteuerstrom beaufschlagt wird,
- Erfassen eines zeitlichen Verlaufs mindestens einer elektrischen
Betriebsgröße des Aktors während der Testansteuerung,
Auswerten des erfassten zeitlichen Verlaufs auf das Vorhandensein eines einen vorgebbaren Betriebszustand und/oder eine vorgebbare Betriebszustandsänderung des Ventils charakterisierenden Merkmals, - gegebenenfalls Wiederholen der Schritte des Durchführens, Erfassens,
Auswertens sofern das einen vorgebbaren Betriebszustand und/oder eine vorgebbare Betriebszustandsänderung des Ventils
charakterisierende Merkmal nicht während des vorangehenden Schritts des Auswertens aufgefunden worden ist.
Das erfindungsgemäße Prinzip ermöglicht im Rahmen der erfindungsgemäßen Testansteuerung beziehungsweise Testansteuerungen eine besonders präzise Feststellung des Auftretens eines zu beobachtenden Betriebszustands beziehungsweise einer Betriebszustandsänderung des Ventils. Auf diese Weise kann unter Vorgabe entsprechender charakterisierender Merkmale insbesondere auch ein tatsächlicher hydraulischer Öffnungszeitpunkt des Ventils ermittelt werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird mindestens ein den Ansteuerstrom charakterisierender Parameter, insbesondere eine Bestromungsdauer, für die der Aktor mit dem Ansteuerstrom beaufschlagt wird, während aufeinanderfolgender Testansteuerungen verändert, wodurch sich die Wahrscheinlichkeit erhöht, das interessierende charakterisierende Merkmal zu ermitteln. Bei einer weiteren sehr vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens ist vorgesehen, dass für die erste Testansteuerung der Ansteuerstrom so gewählt wird, dass das Ventil infolge der Testansteuerung keine Betriebszustandsänderung erfährt, insbesondere nicht von einem
Öffnungszustand in einen Schließzustand oder umgekehrt überführt wird, wobei insbesondere die Bestromungsdauer hinreichend kurz gewählt wird. Dadurch ist vorteilhaft die Möglichkeit gegeben, das erfindungsgemäße Verfahren, mithin die Testansteuerung beziehungsweise Testansteuerungen, während eines Betriebs einer das Ventil enthaltenden Brennkraftmaschine durchzuführen, ohne dass der Betrieb der Brennkraftmaschine durch unbeabsichtigte Einspritzvorgänge während der Testansteuerungen gestört wird.
Die Auswahl des Ansteuerstroms beziehungsweise von den Ansteuerstrom charakterisierenden Parametern kann ferner vorteilhaft derart erfolgen, dass eine Mehrzahl von Testansteuerungen durchgeführt werden kann, ohne bereits einen unerwünschten Betriebszustand beziehungsweise eine unerwünschte
Betriebszustandsänderung herbeizuführen.
Neben einer Ansteuerdauer, für die der Aktor mit einem vorggebaren
Ansteuerstrom bzw. Ansteuerstromverlauf, beaufschlagt wird, kann
erfindungsgemäß insbesondere auch die Amplitude und/oder Frequenz des Ansteuerstroms so gewählt werden, dass sich im Rahmen der Testansteuerung möglichst sicher das zu detektierende Merkmal ergibt. Es ist offensichtlich, dass die Auswahl geeigneter Parameter für den Ansteuerstrom in Abhängigkeit des zu betreibenden Ventiltyps bzw. seiner elektrischen, mechanischen und
hydraulischen Konfiguration erfolgt.
Einer weiteren sehr vorteilhaften Erfindungsvariante zufolge wird die
Bestromungsdauer für aufeinanderfolgende Testansteuerungen sukzessive erhöht, wodurch das systematische Auffinden des interessierenden
charakterisierenden Merkmals ermöglicht wird.
Noch einer weiteren vorteilhaften Erfindungsvariante zufolge ist vorgesehen, dass der Schritt des Auswertens die folgenden Schritte aufweist: Bilden der ersten zeitlichen Ableitung des Ansteuerstroms, Auffinden eines, insbesondere lokalen, Minimums der ersten zeitlichen Ableitung des Ansteuerstroms, wobei für gängige Ventiltypen, insbesondere elektromagnetisch betätigte Schaltventile, aus dem Auftreten des Minimums der ersten zeitlichen Ableitung des Ansteuerstroms auf einen Öffnungsvorgangs des Ventils geschlossen werden kann,
insbesondere wenn die Testansteuerung ausgehend von einem Schließzustand des Ventils ausgeführt wird. Das bedeutet, unter Auffinden des
charakterisierenden Merkmals des Minimums der ersten zeitlichen Ableitung des Ansteuerstroms kann vorteilhaft auf einen tatsächlichen hydraulischen
Öffnungszeitpunkt des Ventils geschlossen werden.
Diese Information kann für eine Präzise Regelung des Betriebs des
Einspritzventils herangezogen werden.
Bei einer weiteren sehr vorteilhaften Erfindungsvariante ist vorgesehen, dass der Schritt des Auswertens außerhalb eines Betriebszyklus des Ventils ausgeführt wird, insbesondere in solchen Zeitbereichen, die zwischen aufeinanderfolgenden Betriebszyklen des Ventils liegen. Im Falle eines Ventils einer
Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs werden dadurch vorteilhaft
Rechenzeitressourcen während des Betriebszyklus des Ventils geschont, die somit für andere Funktionen eines die Brennkraftmaschine steuernden
Steuergeräts zur Verfügung stehen. Das erfindungsgemäße Verfahren kann vorteilhaft in zwischen verschiedenen Betriebszyklen liegenden "Pausen", also den Einspritzpausen, durchgeführt werden, in denen eine Auslastung des die Brennkraftmaschine steuernden Steuergeräts üblicherweise geringer ist.
Die unterschiedlichen Testansteuerungen und deren Auswertung können zeitlich auch weiter auseinanderfallen als nur einzelne Betriebszyklen des Ventils, so dass das erfindungsgemäße Verfahren bevorzugt in solchen Betriebszuständen durchgeführt werden kann, in denen Rechenzeit- und weitere erforderliche Ressourcen des Steuergeräts ohnehin weitgehend ungenutzt sind. Es ist u.U. sogar möglich, das erfindungsgemäße Verfahren bei deaktivierter
Brennkraftmaschine durchzuführen, zumindest dann, wenn ein mit den tatsächlichen Betriebsverhältnissen korrespondierender Kraftstoffdruck vorherrscht, der das Betriebsverhalten des Ventils bekanntlich stark beeinflusst. Als ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Steuergerät gemäß
Patentanspruch 8 angegeben. Von besonderer Bedeutung ist ferner die Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens in Form eines Computerprogramms.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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 eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit mehreren erfindungsgemäß betriebenen Einspritzventilen,
Figur 2a,
2b schematisch eine Detailansicht eines Einspritzventils aus Figur 1 in zwei unterschiedlichen Betriebszuständen,
Figur 3 einen zeitlichen Verlauf verschiedener Betriebsgrößen des
erfindungsgemäß betriebenen Einspritzventils, und
Figur 4 ein Flussdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Eine Brennkraftmaschine trägt in Figur 1 insgesamt das Bezugszeichen 10. Sie umfasst einen Tank 12, aus dem ein Fördersystem 14 Kraftstoff in ein
Verteilsystem 16 fördert, bei dem es sich beispielsweise um ein Common Rail handelt. An dieses sind mehrere elektromagnetisch betätigte Einspritzventile 18 angeschlossen, die den Kraftstoff direkt in ihnen zugeordnete Brennräume 20 einspritzen. Der Betrieb der Brennkraftmaschine 10 wird von einer Steuer- und Regeleinrichtung 22 gesteuert beziehungsweise geregelt, die unter anderem auch die Einspritzventile 18 ansteuert. Die Figuren 2a, 2b zeigen schematisch das Einspritzventil 18 gemäß Figur 1 in zwei verschiedenen Betriebszuständen.
Das Einspritzventil 18 weist einen elektromagnetischen Aktor auf, der eine Magnetspule 26 und einen mit der Magnetspule 26 zusammenwirkenden Magnetanker 30 besitzt. Der Magnetanker 30 ist so mit einer Ventilnadel 28 des Einspritzventils 18 verbunden, dass er bezogen auf eine in Figur 2a vertikale Bewegungsrichtung der Ventilnadel 28 axial mit einem nichtverschwindenden mechanischen Spiel relativ zu der Ventilnadel 28 bewegbar ist.
Dadurch ergibt sich ein zweiteiliges Massensystem 28, 30, welches den Antrieb der Ventilnadel 28 durch den elektromagnetischen Aktor 26, 30 bewirkt. Durch diese zweiteilige Konfiguration wird die Montierbarkeit des Einspritzventils 18 verbessert und ein unerwünschtes Zurückprellen der Ventilnadel 28 bei dem Auftreffen in ihrem Ventilsitz 38 wird verringert.
Bei der vorliegend in Figur 2a veranschaulichten Konfiguration wird das axiale Spiel des Magnetankers 30 auf der Ventilnadel 28 durch zwei Anschläge 32 und 34 begrenzt. Zumindest der in Figur 2a untere Anschlag 34 könnte jedoch auch durch einen Bereich des Gehäuses des Einspritzventils 18 realisiert sein.
Die Ventilnadel 28 wird von einer Ventilfeder 36 wie in Figur 2a abgebildet mit einer entsprechenden Federkraft gegen den Ventilsitz 38 im Bereich des Gehäuses beaufschlagt. In Figur 2a ist das Einspritzventil 18 in seinem geschlossenen Zustand gezeigt, in dem keine Kraftstoffeinspritzung stattfindet.
Um eine Kraftstoffeinspritzung zu bewirken, wird der Aktor 26, 30 über eine vorgebbare Ansteuerdauer hinweg mit einem Ansteuerstrom beaufschlagt. Durch diese Bestromung der Magnetspule 26 wird der Magnetanker 30 in Figur 2b nach oben bewegt, so dass er unter Eingreifen in den Anschlag 32 die Ventilnadel 28 gegen die Federkraft aus ihrem Ventilsitz 38 herausbewegt. Dadurch kann Kraftstoff 42 von dem Einspritzventil 18 in den Brennraum 20 (Figur 1 ) eingespritzt werden. Sobald die Bestromung der Magnetspule 26 durch das Steuergerät 22 (Figur 1 ) am Ende der vorgegebenen Ansteuerdauer beendet wird, bewegt sich die Ventilnadel 28 unter Einwirkung der von der Ventilfeder 36 ausgeübten
Federkraft wieder auf ihren Ventilsitz 38 zu und nimmt den Magnetanker 30 mit. Eine Kraftübertragung von der Ventilnadel 28 auf den Magnetanker 30 erfolgt hierbei wiederum durch den oberen Anschlag 32.
Wenn die Ventilnadel 28 ihre Schließbewegung mit dem Auftreffen auf dem Ventilsitz 38 beendet, kann sich der Magnetanker 30 aufgrund des axialen Spiels in Figur 2b nach unten weiterbewegen, bis er an dem zweiten Anschlag 34 anliegt. Dies entspricht wieder dem in Figur 2a abgebildeten Schließzustand des Einspritzventils 18.
Erfindungsgemäß wird das nachstehend unter Bezugnahme auf das
Flussdiagramm gemäß Figur 4 näher beschriebene Betriebsverfahren durchgeführt, um Informationen über mindestens einen Betriebszustand bzw. eine Zustandsänderung des Ventils 18 zu erhalten.
In einem ersten Schritt 100 wird mindestens eine Testansteuerung durchgeführt, während der der Aktor 26, 30 (Figur 2a) mit einem vorgebbaren Ansteuerstrom I (Figur 3) beaufschlagt wird.
Bevorzugt zeitgleich zu der Durchführung 100 der Testansteuerung wird in Schritt 1 10 mindestens ein zeitlicher Verlauf mindestens einer elektrischen Betriebsgröße des Aktors 26, 30 während der Testansteuerung erfasst. Hierbei werden im Falle des elektromagnetischen Aktors 26, 30 insbesondere ein zeitlicher Verlauf einer an der Magnetspule 26 des Aktors anliegenden Spannung und/oder ein zeitlicher Verlauf des durch die Magnetspule fließenden Stroms I berücksichtigt.
Anschließend werden in dem Schritt 120 die erfassten Zeitverläufe ausgewertet auf das Vorhandensein eines einen vorgebbaren Betriebszustand und/oder eine vorgebbare Betriebszustandsänderung des Ventils 18 charakterisierenden Merkmals. Ein Merkmal im Sinne der vorliegenden Erfindung kann dabei insbesondere ein lokales Extremum und/oder ein Abfolge mehrere lokaler Extrema und/oder ein sonstiger besonderer zeitlicher Verlauf der Betriebsgrößen Strom, Spannung sein.
In dem Schritt 130 wird ermittelt, ob das interessierende charakterisierende Merkmal während der Auswertung des vorangehenden Schritts 120 aufgefunden worden ist. Sofern dies der Fall ist, verzweigt das erfindungsgemäße
Betriebsverfahren in den nachfolgenden Schritt 140, in dem die erfindungsgemäß gewonnenen Informationen über den Betriebszustand beziehungsweise den Betnebszustandswechsel weiter verwendet werden, beispielsweise zur Regelung eines zukünftigen Betriebs des Ventils 18.
Sofern in dem Schritt 120 des Auswertens nicht bereits das interessierende charakterisierende Merkmal aufgefunden worden ist, wird nach dem Schritt 130 verzweigt zu dem Schritt 100, um mindestens eine weitere Testansteuerung, eine entsprechende Erfassung der interessierenden Größen sowie eine
Auswertung 120 durchzuführen.
Neben dem vorstehend bereits erläuterten Abbruchkriterium des Auffindens des interessierenden charakterisierenden Merkmals kann einer weiteren vorteilhaften Erfindungsvariante zufolge auch ein anderes Abbruchkriterium wie
beispielsweise eine Maximalzahl von hintereinander durchzuführenden
Testansteuerungen oder das Verstreichen einer maximalen Testdauer und dergleichen vorgegeben werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann besonders vorteilhaft dazu eingesetzt werden, einen tatsächlichen hydraulischen Öffnungszeitpunkt des Ventils 18 (Figur 2a) zu ermitteln.
Wie bereits vorstehend beschrieben, ist der hydraulische Öffnungszeitpunkt des Ventils 18 dadurch bestimmt, dass die Ventilnadel 28 aus ihrem Ventilsitz 38 abhebt, so dass eine Kraftstoffeinspritzung erfolgen kann. Erfindungsgemäß ist erkannt worden, dass dieses Abheben der Ventilnadel 28 aus ihrem Ventilsitz 38 mit einem speziellen zeitlichen Verlauf der ersten zeitlichen Ableitung des Ansteuerstroms I durch die Magnetspule 26 korreliert.
Figur 3 zeigt hierzu einen ersten zeitlichen Verlauf 11 eines Ansteuerstroms I, mit dem die Magnetspule 26 - ausgehend von dem in Figur 2a abgebildeten Schließzustand des Ventils 18 - angesteuert wird, um das Ventil 18 in seinen Öffnungszustand (Figur 2b) zu versetzen.
Ein sich während der Ansteuerung mit dem ersten Ansteuerstrom 11 ergebender zeitlicher Verlauf h1 des Nadelhubs h ist ebenfalls in Figur 3 abgebildet.
Erfindungsgemäß ist erkannt worden, dass nach einem Beginn der
Beaufschlagung des Aktors 26, 30 mit dem Ansteuerstrom 11 zu dem Zeitpunkt T1 erstmals nichtverschwindende Werte für den Hubverlauf h1 auftreten, das bedeutet, dass eine Betriebszustandsänderung des Ventils 18 von seinem Schließzustand (Figur 2a) zu seinem Öffnungszustand (Figur 2b) hin zu dem Zeitpunkt T1 erfolgt.
Untersuchungen der Anmelderin zufolge korreliert diese
Betriebszustandsänderung zu dem Zeitpunkt T1 mit einem lokalen Minimum Mini in dem zeitlichen Verlauf dl 1 der ersten zeitlichen Ableitung dl/dt des ersten Ansteuerstroms 11 .
Demgemäß wird in dem Schritt 1 10 (Figur 4) des erfindungsgemäßen Verfahrens zumindest der zeitliche Verlauf des Ansteuerstroms 11 erfasst, und während des darauffolgenden Schritts 120 des Auswertens wird die erste zeitliche Ableitung dl1 des zuvor erfassten ersten Ansteuerstroms 11 gebildet.
Im Rahmen der Auswertung 120 wird die erste zeitliche Ableitung dl 1 des ersten Ansteuerstroms 11 weiter auf das Auftreten des lokalen Minimums Mini hin untersucht.
Sofern das lokale Minimum Mini bereits nach der Durchführung einer ersten Testansteuerung 100 detektiert werden kann, sind - wie bereits vorstehend beschrieben - keine weiteren Testansteuerungen erforderlich. Vielmehr kann - unter Kenntnis des erfindungsgemäß ermittelten Öffnungszeitpunkts T1 - ein nachfolgender Betrieb des Ventils 18 geregelt werden, beispielsweise im Hinblick auf eine Gleichstellung der Einspritzcharakteristik mehrerer Ventile 18.
Sofern das lokale Minimum Mini nicht bereits nach der Durchführung der ersten Testansteuerung 100 detektiert wird, kann wie bereits beschrieben ggf. erneut zu Schritt 100 verzweigt werden, und das erfindungsgemäße Verfahren wird wiederholt, bis eine vorgebbare Abbruchbedingung erreicht ist.
Figur 3 zeigt zusätzlich zu dem ersten Ansteuerstrom 11 auch einen zeitlichen Verlauf eines zweiten Ansteuerstroms 12, wie er sich unter Ansteuerung des Aktors 26, 30 mit einer geringfügig verminderten Ansteuerspannung ergibt.
Erwartungsgemäß erfolgt die den Übergang von dem Schließzustand in den Öffnungszustand charakterisierende Betriebszustandsänderung etwas später bezogen auf den Hubverlauf h1 , der sich bei der Ansteuerung mit einer größeren Ansteuerspannung ergibt.
Für den Ansteuervorgang unter Verwendung des zweiten Ansteuerstroms 12 kann als tatsächlicher hydraulischer Ansteuerbeginn, d.h. Öffnungszeitpunkt, erfindungsgemäß der Zeitpunkt T2 ermittelt werden, der wiederum mit einem lokalen Minimum Min2 in der ersten zeitlichen Ableitung dl2 des zweiten
Ansteuerstroms 12 korrespondiert.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens wird die erste Testansteuerung 100 zur Ermittlung des
Öffnungszeitpunkts T1 , T2 des Ventils 18 derart durchgeführt, dass das Ventil 18 in Folge der Testansteuerung nicht bereits eine Betriebszustandsänderung erfährt, insbesondere nicht von seinem Schließzustand in einen Öffnungszustand überführt wird. Dadurch ist es vorteilhaft möglich, das erfindungsgemäße
Betriebsverfahren auch während des regulären Betriebs des Ventils 18 in der
Brennkraftmaschine 10 durchzuführen. Insbesondere kann das
erfindungsgemäße Betriebsverfahren zwischen verschiedenen Betriebszyklen, das bedeutet Einspritzvorgängen, der Brennkraftmaschine 10 ausgeführt werden, d.h. in den Einspritzpausen. Sofern das interessierende Merkmal Mini , Min2 nicht bereits während einer ersten Testansteuerung beziehungsweise Auswertung 120 aufgefunden werden kann, ist erfindungsgemäß vorgesehen, weitere Iterationen der Schritte 100, 1 10, 120 durchzuführen, was vorzugsweise unter gleichzeitiger Modifikation mindestens eines den Ansteuerstrom I charakterisierenden Parameters, insbesondere der Bestromungsdauer, erfolgt. Dadurch ist vorteilhaft
sichergestellt, dass das interessierende charakterisierende Merkmal Mini , Min2 systematisch aufgefunden werden kann. Die Zuverlässigkeit bei dem Auffinden des lokalen Minimums Mini , Min2 kann einer weiteren Ausführungsform der Erfindung zufolge dadurch gesteigert werden, dass eine Fensterung der auszuwertenden Zeitverläufe der ersten zeitlichen Ableitung dl1 , dl2 des Ansteuerstroms I durchgeführt wird, wobei ein zu analysierendes Zeitfenster (nicht gezeigt) vorgegeben wird, in dem
erwartungsgemäß das die Betriebszustandsänderung charakterisierende
Merkmal Mini , Min2 liegt.
Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens liegt darin, dass die erfindungsgemäße Auswertung 120 außerhalb solcher Zeitbereiche vorgenommen werden kann, in denen das Ventil 18 einen Betriebszyklus vollführt. Dadurch kann die Belastung des das Ventil 18 steuernden Steuergeräts 22 (Figur 1 ) in den Zeitbereichen mit üblicherweise vermehrt auftretenden Echtzeitanforderungen reduziert werden, und die erfindungsgemäße Auswertung wird nur dann durchgeführt, wenn - aufgrund einer Pause zwischen
aufeinanderfolgenden Betriebszyklen des Einspritzventils 18 - üblicherweise geringere Ressourcenanforderungen an das Steuergerät 22 gestellt werden.
Besonders vorteilhaft kann einer weiteren Ausführungsform zufolge eine Breite des die zu analysierenden Daten definierenden Zeitfensters modifiziert werden, um ein Optimum zwischen Speicherbedarf und Erfassungsqualität zu erzielen.
Ferner ist es erfindungsgemäß auch möglich, vor und/oder nach der Bestromung im Rahmen der Testansteuerung auftretende Werte der Betriebsgrößen
(insbesondere Strom I, Spannung) zu erfassen und in die Auswertung 120 mit einzubeziehen. Durch die Erfindung ist eine effiziente Erkennung von charakteristischen Merkmalen der ventil- bzw. aktorspezifischen Betriebsgrößen möglich, die nur geringe Ressourcenanforderungen an das Steuergerät 22 stellt bzw. deren Ausführung flexibel vorgebbar ist.
Je nach Ventilkonfiguration können auch andere Betriebszustandsübergänge unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens aufgefunden werden, die mit erfindungsgemäß detektierbaren Merkmalen der Betriebsgrößen korrelieren.
Sofern die Auswertung 120 komplexere Rechenverfahren erfordern sollte, kann der Schritt 120 der Auswertung erfindungsgemäß auch auf mehrere
verschiedene Zeitbereiche verteilt werden, in denen das Steuergerät 22 eine verhältnismäßig geringe Auslastung durch andere Betriebsfunktionen der Brennkraftmaschine 10 aufweist. Beispielsweise kann eine präzise Auswertung auch dann durchgeführt werden, wenn die Brennkraftmaschine 10 selbst deaktiviert ist. Es ist hierfür allein sicherzustellen, dass zuvor in dem Schritt 1 10 genügend Messwerte für die Durchführung der Auswertung 120 gesammelt worden sind.
Erfindungsgemäß erhaltene Messwerte und/oder Auswertungsergebnisse können auch für eine weitere spätere Verwendung, insbesondere zu Zwecken der Plausibilisierung und/oder Verschleißermittlung, gespeichert werden.

Claims

Ansprüche
1 . Verfahren zum Betreiben eines Ventils (18), insbesondere eines
Kraftstoffeinspritzventils einer Brennkraftmaschine (10) eines Kraftfahrzeugs, bei dem ein elektromagnetischer Aktor (26, 30) mit einem Ansteuerstrom (I) beaufschlagt wird, um eine Komponente (28) des Ventils (18), insbesondere eine Ventilnadel, anzutreiben, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
Durchführen (100) mindestens einer Testansteuerung, während der der Aktor (26, 30) mit einem vorgebbaren Ansteuerstrom (I) beaufschlagt wird,
Erfassen (1 10) eines zeitlichen Verlaufs mindestens einer elektrischen Betriebsgröße des Aktors (26, 30) während der Testansteuerung,
Auswerten (120) des erfassten zeitlichen Verlaufs auf das
Vorhandensein eines einen vorgebbaren Betriebszustand und/oder eine vorgebbare Betriebszustandsänderung des Ventils (18) charakterisierenden Merkmals (Mini , Min2),
gegebenenfalls Wiederholen der Schritte des Durchführens (100), Erfassens (1 10), Auswertens (120), sofern das einen vorgebbaren Betriebszustand und/oder eine vorgebbare
Betriebszustandsänderung des Ventils (18) charakterisierende Merkmal (Mini , Min2) nicht während des vorangehenden Schritts des Auswertens (120) aufgefunden worden ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein den Ansteuerstrom (I) charakterisierender Parameter, insbesondere eine Bestromungsdauer, für die der Aktor (26, 30) mit dem Ansteuerstrom (I) beaufschlagt wird, während aufeinanderfolgender Testansteuerungen verändert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass für die erste Testansteuerung der Ansteuerstrom (I) so gewählt wird, dass das Ventil (18) infolge der Testansteuerung keine Betriebszustandsänderung erfährt, insbesondere nicht von einem Öffnungszustand in einen Schließzustand oder umgekehrt überführt wird, wobei insbesondere die Bestromungsdauer hinreichend kurz gewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die
Bestromungsdauer für aufeinanderfolgende Testansteuerungen sukzessive erhöht wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass der Schritt des Auswertens (120) die folgenden Schritte aufweist: Bilden der ersten zeitlichen Ableitung des Ansteuerstroms (I), Auffinden eines Minimums (Mini , Min2) der ersten zeitlichen Ableitung des Ansteuerstroms (I).
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Auffinden des Minimums (Mini , Min2) der ersten zeitlichen Ableitung des Ansteuerstroms (I) auf einen Öffnungsvorgang des Ventils (18) geschlossen wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass der Schritt des Auswertens (120) außerhalb eines Betriebszyklus des Ventils (18) ausgeführt wird, insbesondere in solchen Zeitbereichen, die zwischen aufeinanderfolgenden Betriebszyklen des Ventils (18) liegen.
Steuergerät (22) zum Betreiben eines mittels eines Aktors (26, 30) betätigten Ventils (18), insbesondere eines Kraftstoffeinspritzventils einer
Brennkraftmaschine (10) eines Kraftfahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass es zur Ausführung des Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche ausgebildet ist.
Computerprogramm mit Programmcodemitteln, um alle Schritte des
Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer entsprechenden Recheneinheit, insbesondere in einem Steuergerät (22) gemäß Anspruch 8, ausgeführt wird.
10. Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln, die auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sind, um alle Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer entsprechenden Recheneinheit, insbesondere in einem Steuergerät (22) gemäß Anspruch 8, ausgeführt wird.
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