WO2016166144A1 - Bestimmung eines hubes eines magnetventils - Google Patents

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Gerd RÖSEL
Christian Hauser
Markus Stutika
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Continental Automotive Gmbh
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Definitions

  • the present invention relates to a method and apparatus for determining a stroke of an armature of a solenoid valve, which is used in particular in an automobile for the injection of fuel. Furthermore, the present invention relates to a method for driving a solenoid valve, wherein the control is based on an inventively determined stroke of an armature of the solenoid valve.
  • a solenoid valve or a brine noise injector For injecting fuel into a combustion chamber, such as a cylinder, a solenoid valve or a brine noise injector can be used. Such a solenoid injector
  • the solenoid valve or the So ⁇ lenoid-Inj ector a so-called idle stroke between the armature and the nozzle needle or between the armature and closure element, a displacement of the armature does not directly lead also to a displacement of the closure element or of the nozzle needle, but only after a Displacement of the armature has been completed by the amount of idle stroke.
  • Polschuhs pole piece moves.
  • a mechanical coupling eg, a mechanical contact
  • the armature and nozzle needle or closure element continue to move until the armature abuts or abuts the pole piece.
  • the distance between the Stop of the armature to a driver of the closure element or the nozzle needle and the stop of the armature to the Poelschuh is also referred to as Nadelhub or working stroke.
  • the excitation voltage applied to the coil is switched off and the coil is short-circuited so that the magnetic force is reduced.
  • the coil short circuit causes a reversal of the voltage due to the degradation of the magnetic field stored in the coil.
  • the amount of voltage is limited by a diode.
  • Due to a restoring force, which is provided for example by a spring the nozzle needle or closure element including the armature are moved into the closed position.
  • the idle stroke and the needle stroke are reversed.
  • the timing of the start of the needle movement when opening the solenoid valve is dependent on the size of the idle stroke.
  • the timing of the stop of the needle or the armature on the pole piece depends on the size of the needle stroke or working stroke.
  • idle strokes and power strokes will currently set me ⁇ mechanically during the injector assembly and valve assembly and measured. It has been found, however, that the idle stroke and / or the armature stroke of a solenoid valve during the lifetime or during treatment ⁇ operating time by running-in process or wear, can, for example, set of components, change. This may lead to uncontrolled unidentified or unmonitored changes in a desired injection quantity or a temporal behavior of a combustion process. Conventionally, a determination of the stroke values or the change of the stroke values during the injector lifetime was not carried out.
  • Embodiments of the present invention provide methods for detecting idle stroke and / or needle lift travel.
  • the sizes of the idle stroke, needle lift or power stroke can be used to determine the injection behavior, e.g. as a parameter for a model-based calculation of the injection behavior.
  • injector concepts without idle stroke merely determine the needle stroke or working stroke.
  • a method for determining a stroke of an armature is a solenoid valve is provided having a coil and the slidable by magnetic force anchor (by means of which via a controllable closure ⁇ element fuel into a Combustion chamber is injectable) is provided.
  • the method comprises providing at least one (or more) reference data set containing a magnitude of a current through the coil and a magnitude of the magnetic flux at a known magnitude of the stroke, generating a current flow through the coil of the solenoid valve to generate a magnetic field for generating a magnetic force on the armature which shifts the armature in the direction of opening the closure element, determining a magnitude of the magnetic flux when the armature abuts a driver of the closure element and determining the magnitude of the stroke based on the determined size of the closure element magnetic flux and the reference data set.
  • the method can be carried out in a workshop, in a manufacturing plant or even in a vehicle which is in an operating state.
  • the reference data set may be determined from training data or by measurements on the solenoid valve at a known size of the stroke and in particular at various known strokes.
  • one and the same solenoid valve can be deliberately adjusted with respect to, for example, a position of a pole piece, so as to obtain different strokes or idle strokes.
  • the strokes can be optically or mechanically measured to create the reference data set.
  • the magnetic flux may e.g. enforce the anchor and e.g. Parts of the pole piece and also parts of the closure element or a driver, in particular annular driver, of the closure element.
  • the current flow can be generated by applying a certain voltage, in particular according to a certain voltage profile, in which the voltage changes over time.
  • the likes ⁇ genetic flow can eg computationally 'see resistance of the coil are determined, in particular from the current flowing through the coil, the voltage applied to the coil voltage and Ohm' of current, voltage and ohms see resistance of the coil.
  • the magnetic flux can be obtained by integration over the difference of the voltage and the current multiplied by the ohmic resistance. If the determined magnetic flux equals the magnetic flux observed in the reference data set at the same current, it can be concluded that the magnitude of the stroke equals the known magnitude of the stroke (the reference data set).
  • a relative determination of the size of the stroke can be made by a stroke change is made to the known size of the stroke in the reference data set which is proportional to the deviation of the determined magnitude of the magnetic flux from the magnitude of the magnetic flux in the reference data set.
  • the reference data set can thus describe a change in the stroke when the magnetic flux changes, which can be expressed by a slope (of a characteristic field).
  • a relative stroke determination can be carried out. Without knowing the absolute stroke from a previous measurement, it is possible to determine at least the change in the stroke (drift) and to respond to the stroke change.
  • the reference data set allows for absolute stroke determination.
  • the reference data set may, for example, be representative of a curve (two-dimensional curve) in a coordinate system in which on one axis (eg the X-axis) the current flowing through the coil and on the other axis (eg the Y-axis) magnetic flux (as it was calculated, for example) is plotted.
  • the curve may include, for example, all phases during the movement of the armature or the closure element during an opening and / or closing or in particular only during the opening of the solenoid valve.
  • the curve comprises only a portion of a curve representing the entire movement sequence, in particular a partial area during the movement of the armature on the pole piece, in which, however, the closure element remains fixed, ie unmoved, the anchor thus the closure element or a Driver of Ver ⁇ closing element does not move, but this contacted.
  • a scope of the reference data set can be kept low and the reference data set can be created more conveniently and in a faster manner. This allows the procedure without opening the Solenoid valve to be performed, for example, to avoid emissions.
  • the method may further comprise determining a deviation of the determined magnitude of the magnetic flux from a magnitude of the magnetic flux of the reference data set associated with the same current value. Further, the method may use a prior art sensitivity (calculated as a derivative quotient) of the magnitude of the magnetic flux depending on the magnitude of the stroke (e.g.
  • Idle stroke or stroke or a prior art sensitivity of the size of the stroke depending on the magnitude of the magnetic flux to determine the size of the stroke. This could be e.g. a relative stroke size determination can be performed.
  • the method can thus be carried out in a simple manner, since only the deviation and the sensitivity for determining the size of the stroke may be required.
  • the size of the magnetic flux can, for example before reaching a first state in which the armature begins to move the closure element ⁇ be determined. This can be avoided that the solenoid valve opens, which could, for example, undesirable emissions result. Thus, the solenoid valve needs neither open nor closed afterwards. Thus, the process can be carried out in a simple and timely manner.
  • the magnitude of the magnetic flux can be determined after reaching a further state (but before reaching the first state), from which an idle stroke of the armature is overcome and thus the armature on a driver of the
  • Closing element is present.
  • the magnetic force increases, the closing element is however not initially moved because the displacement of the closure element a counter force must be overcome, which, for example by a Return spring can be generated.
  • the tracking of the magnetic flux during this static state, in the rests of the anchor on the driver of the closure element and the magnetic force is increased, however, can advantageously ⁇ legally conclusions about the hub or power stroke of the Mag ⁇ netventils allow.
  • the change of the magnetic flux in this state can be effected as the current through the coil changes in response to the stroke such that the change in the magnetic flux can be attributed to the stroke.
  • pairs of a magnitude of a current and a magnitude of the magnetic flux may be considered (in particular plotted in a graph) which (in particular when a voltage according to a drive profile is applied to the coil) Conditionstraj ektorie the closure element or the anchor during a flow of the solenoid valve can correspond.
  • the first state can be associated with a pair in which, along the state law ectorie, a sign of a slope changes.
  • the first state can be detected in a simple and reliable manner.
  • the curve may have a pole.
  • the reference data can be obtained by measuring on the (same) solenoid valve at various set pole shoe positions to obtain reference data for different strokes.
  • the reference data can be easily obtained.
  • the use of one and the same solenoid valve ensures that inaccuracies due to possibly different materials or slightly different geometries of two non-identical solenoid valves are avoided.
  • a specific stroke (or idle stroke) can be set and then optionally measured mechanically or optically. Then, a voltage according to a voltage profile can be applied to the coil and voltage and current can be measured over the course of the voltage profile.
  • the magnetic flux can be calculated from current, voltage and the resistance of the coil. Current and the magnetic flux can then be displayed in a graph or listed in tables. To determine the stroke (in particular working stroke and / or idle stroke), only the part of the curve in the graph which lies before the first state needs to be used.
  • An unknown stroke during a lifetime of the Mag ⁇ netventils can then be obtained by recording at least a portion of a Statestraj ektorie the anchor or the closure element, the Statestraj ektorie or the part of the Statestraj ektorie is compared with that of the reference data. Deviations of the state law ectorie in particular before the first state or until reaching the first state, of the reference Statestraj ektorie indicates a ⁇ n ⁇ tion of the stroke.
  • the change can be calculated from a difference of the magnetic flux and a sensitivity (eg, stroke depending on the magnetic flux).
  • a boost voltage eg rectangular
  • a holding voltage in particular between 6V and 14V are applied.
  • Voltage profile can e.g. be between 1 ms and 3 ms, wherein the duration of the application of the boost voltage may be for example between 0.2 and 0.7 ms. Other parameters are possible.
  • the armature may comprise a slotted ferromagnetic material and / or electrically insulated layers of ferromagnetic material to reduce eddy currents.
  • relatively high boost voltages can be supported to perform a stroke determination. If the anchor has no slotted ferromagnetic material and no electrically insulated layers, the
  • Boost voltage can be set to smaller values, eg between 3V and 18V, in particular to about 3V, 6V, 12V or 18V. In order to an identification of the first state in particular can be facilitated.
  • a method for driving a solenoid valve is further provided which comprises a coil and an armature displaceable by magnetic force, with the aid of which via a controllable shutter ⁇ element fuel is injected into a combustion chamber.
  • the method comprises performing a method for determining a stroke of an armature of the solenoid valve according to one of the preceding embodiments and further driving the coil of the solenoid valve based on the specific stroke (in particular working stroke and / or idle stroke).
  • a duration between the application of a boost voltage for opening the solenoid valve and the application of a voltage for closing the solenoid valve can be changed, in particular reduced or increased, if it is determined that the working stroke and / or or idle stroke has increased or decreased compared to a previous stroke. In this way, a desired injection quantity or a desired injection ratio of fuel can be ensured or achieved even when the stroke is changing during the lifetime.
  • a method for determining a stroke of an armature of a Mag ⁇ netventils have been described, provided or applied individually or in any combination applicable to a device for determining a stroke of an armature of a solenoid valve, according to embodiments of the present invention, and vice versa.
  • a third aspect of the present invention is also a device for determining a stroke of an armature of a solenoid valve having a coil and the ver by magnetic force ⁇ slidable anchor provided.
  • the device has a memory for providing at least one reference data set, which is a size of a current through the coil and a magnitude of the magnetic flux at a known magnitude of the stroke includes a driver for generating a current flow through the coil of the solenoid valve to generate a magnetic field to generate a magnetic force on the armature that causes the armature to open the closure member shifts and a determination module that is configured to determine a size of the like ⁇ netic flux upon application of the anchor to a driver of the closure element and for determining the magnitude of the stroke ba ⁇ sierend on the determined amount of magnetic flux and the reference data set.
  • the device may e.g. a special workshop device, assembly workshop device or manufacturing factory device or can be integrated, for example, in a motor control, so that a method can also be carried out during operation of a vehicle.
  • the reference data set could also be made available to the device via an input / output interface, so that the memory does not necessarily have to be required.
  • the determination module may e.g. an arithmetic / logical unit e.g. comprise a processor.
  • the device may in particular be programmable. Thus, changes in a method for determining a stroke of an anchor can be easily introduced or implemented.
  • the magnetic flux may pass through the armature and partially a pole piece that is fixed relative to the coil.
  • the method may be performed within a particular operating mode during normal driving of an automobile.
  • the method can be carried out during idling of the automobile, wherein a special clamping ⁇ voltage profile, in particular having lower boost voltages than in the normal driving operation of the vehicle, can be used.
  • the strokes can be adjusted in injector assembly or Magnetven ⁇ til-mounting.
  • a first determination of the absolute strokes and a determination of a reference curve can be carried out.
  • a determination of the further strokes from changes in the ⁇ - ⁇ curves can be determined for reference with the stroke sensitivity. This can be achieved as an advantage that an electronic stroke determination is faster than a mechanical stroke determination, ie an increase in cycle time in production is possible.
  • Another advantage is an increase in the accuracy of the stroke adjustment.
  • the stroke determination can also be performed during the injector life, ie the life of the solenoid valve.
  • the determination of the drift changes can be determined during the lifetime by changes to the reference curve with the help of the stroke sensitivity.
  • the reference curve or reference data or reference curves can injector-individually (ie individually for the respective solenoid valve) measured during vehicle commissioning and ge ⁇ saves. If the initial values (from measurement during production) of the strokes are known in the control unit (injector coding or equalization of the strokes during assembly), then the absolute stroke can be determined from initial values and drift.
  • a determination of geometric quantities is performed by measuring the chained magnetic flux during injector assembly and / or during injector life on the vehicle. Furthermore, a measurement of Generalbe ⁇ rich the curve without Inj ector-opening (ie without opening the solenoid valve) can be performed.
  • An absolute injector stroke determination can be performed by a combined absolute measurement and relative measurement method.
  • Stroke resizing can be done by a relative method in which the change in the size of the stroke is determined from the change of the magnetic flux, for example.
  • Hub changes e.g. by pressing the pole piece can then be determined by the change of the ⁇ - ⁇ curve to the reference or to the reference data.
  • the assembly can be done faster because the electrical measurement can be shorter in time.
  • the use of the method can be used during the injector life to determine strokes.
  • geometrical variables can be determined by the stroke measurement according to embodiments of the present invention.
  • additional or alternative variables for determining the injector behavior in addition to temporal variables
  • further (geometric) parameters can be provided for model-based injector characterization for needle motion and injection characterization.
  • an improved quantity accuracy of the injected fuel ⁇ material can be achieved.
  • the determination of lift quantities during the injector life when installed on the vehicle can also provide benefits.
  • Measuring method in an existing engine control unit needs only a small additional effort (hardware adjustment, software extension) may be required.
  • the measurability of the ⁇ - ⁇ curves with the standard control can be facilitated by using eddy current reduced injectors.
  • Fig. 1 illustrates in a schematic sectional view of a solenoid valve whose stroke according to a method for
  • Determination of a stroke e.g. can be determined using a device for determining a stroke according to embodiments of the present invention
  • FIG. 2 illustrates graphs of reference data or status data of a solenoid valve with a stroke to be determined according to embodiments of the present invention
  • FIG. 3 illustrates graphs of reference data or status data of a solenoid valve with a stroke to be determined according to embodiments of the present invention
  • Fig. 4 illustrates graphs of state paths obtained at different strokes
  • Fig. 5 illustrates graphs ofGoodstraj ektorien he ⁇ are hold by various drive voltage profiles
  • FIG. 6 illustrates graphs of reference data and measured data of a solenoid valve with a stroke to be determined according to embodiments of the present invention.
  • the illustrated in Figure 1 in a schematic sectional view of the solenoid valve 1 has a coil 3, to which a voltage can be applied, so that a current flow through the coil 3 takes place in order to build up a magnetic field.
  • the magnetic field essentially points in a longitudinal direction 5 of a guide cylinder 7.
  • the magnetic field acts on a ferromagnetic armature 9, which is displaceable within the guide cylinder 7.
  • a nozzle needle 11 or a closure element of the solenoid valve 1 can be displaced in the longitudinal direction 5, in particular by contacting the armature 9 with an annular driver 13 which is fixedly connected to the closure element 11.
  • a locking ball 15 of a conical seat is subjected Retired ⁇ 17, so that fuel 19 in the seat can pass for combustion through an opening 21 into a combustion chamber 23.
  • the armature 9 bears against a pole shoe 27, and thus can not be displaced further upwards.
  • FIG. 1 illustrates a device 2 for determining a stroke of the armature 9 of the solenoid valve 1 according to an embodiment of the present invention.
  • the device 2 in this case comprises a memory 6 in which, for example, a reference data record can be stored which contains a magnitude of a current through the coil and a magnitude of the magnetic flux at a known magnitude of the stroke.
  • the device 2 comprises a driver 4, which is designed to generate a current flow through the coil 3.
  • the device 2 comprises a determination module 8, for determining a magnitude of the magnetic ⁇ tables flow during a concern of the armature 9 to the driver 13 and the closure element, and determining the size of the stroke based on the determined amount of magnetic flux and the reference data set is trained.
  • the determination of idle stroke and / or armature stroke can be carried out by means of the measurement and analysis of the chained magnetic flux ⁇ .
  • the concatenated magnetic flux ⁇ can be calculated from the current flowing through the coil 3, the voltage applied to the coil 3, and the ohmic resistance of the coil 3.
  • the measured voltage u (t) consists of an ohmic component (i (t) * R) and an inductive component (ui n t (t)).
  • the inductive voltage is calculated from the time derivative of the chained magnetic flux, where ⁇ is dependent on the current change i (t) and the air gap x (t).
  • u (t) i (t) R + u h ind
  • the mechanical part of the induction through the armature movement then describes the strokes (idle stroke and / or working stroke) of the solenoid valve.
  • Fig. 2 illustrates a graph 29 with a state law ectorie 31 during a suit (i.e., during an opening operation) and a trajectory 33 during a fall (i.e., during a closing operation) of the solenoid valve 1 (here, in the case of idle stroke).
  • the current i flowing through the coil 3 is plotted on an abscissa 30 and the magnetic flux berechn calculated according to the above equation is plotted on the ordinate 32.
  • trajectory 31 may be determined during a method of determining a stroke of the solenoid valve, such as by measuring current, voltage, and magnetic flux calculation as discussed above.
  • the working stroke or idle stroke can be determined from a comparison with reference data or reference trajectories (not illustrated in FIG. 2).
  • reference data or reference trajectories not illustrated in FIG. 2.
  • the idle stroke of 134 ym to 90 ym, ie the suit of the armature 9 in the idle stroke.
  • the working stroke of 90 ym to 0 ym ie the suit of the armature 9 in the working stroke.
  • the armature takes the nozzle needle with it and thus stops for a short time, lying on the driver
  • FIG. 3 illustrates a graph 35 illustrating trajectories 37 and 39 during a pull-on and -out, respectively, of the armature 9 of the solenoid valve 1, in the case where the solenoid valve 1 has no idle stroke. Since the idle stroke is absent in the illustrated in Fig. 3 trajectory 37 which characteris ⁇ tables missing dots ⁇ ⁇ and II which are illustrated in Fig. 2. Between points I and II, the working stroke is from 50 ym to 0 ym. In this case, the trajectory 37 at the point I has a kink in which a positive slope is reversed into a negative slope. In this embodiment of the present invention, a stroke is determined from a portion of the trajectory 37 prior to the point I. FIG.
  • FIG. 4 illustrates a graph 41 illustrating, according to embodiments of the present invention, reference data (or measurement data) measured by one and the same solenoid valve at different strokes (especially strokes). From the abscissa 30, in turn, the current flowing through the coil 3 and current on the ordinate 32 is calculated according to the above equations magnetic flux PSI ⁇ applied.
  • the trajectory or curve 42 has a working stroke of 86 ym
  • the curve 44 has a working stroke of 70 ym
  • the curve 46 has a working stroke of 52 ym.
  • the state I is assigned to different magnetic fluxes or currents.
  • the in Fig. 4 Illustrated trajectories 42, 44 and 46 are measured on a solenoid valve 1, which has no idle stroke. Trajectories 42, 44, 46 may be used as reference data to determine an unknown stroke of the same solenoid valve at a later time of operation or lifetime. For example, a sensitivity ⁇ / AHub can be calculated for this purpose.
  • the difference in the magnetic flux can be multiplied by the sensitivity or a reciprocal of the sensitivity to a change in the stroke compared to the stroke of the corresponding reference curve determine.
  • the strokes are recognizable from the changes in the magnetic fluxes of the trajectories 42, 44 and 46.
  • the mechanical strokes are overcome, ie the mechanical stroke is equal to zero.
  • the magnetic gaps can be unequal to zero, since magnetically non-conductive materials (for example, chromium coatings on the individual components) can remain a magnetic gap (despite the fact that they are not electrically conductive)
  • the magnetic column (different coating thicknesses (typical coating thickness per component 8 ... 15 ym ym) or parasitic air gaps) and coil parameters and other properties are jector In ⁇ injector individually and thus lead to increased imprecision of the stroke measurement from the ⁇ - ⁇ curves, if not reference curves 42, 44, 46 of FIG. 4, for example, further used to determine the stroke or strokes.
  • the control of the coil 3 can take place with a much slower current build-up than e.g. during a propulsion state of a vehicle.
  • a slower current build-up can e.g. by a relatively lower boost voltage (e.g., between 3 and 18V instead of 65V as in the propulsion state).
  • boost voltage e.g., between 3 and 18V instead of 65V as in the propulsion state.
  • high eddy currents can arise within the armature 9, which can act as an electromagnetic damping and the flux structure or the flow can affect the magnetic circuit.
  • the proportion of induction by anchor motion is indeed present even with strong excitement, but decreases with increasing excitation compared to the eddy currents. That is, with increasing excitation voltage (e.g.
  • the absolute stroke measurement can be done for the first time during injector assembly (eg mechanical (probe), optical (laser).) Now measure a ⁇ - ⁇ curve with known anchor / needle strokes (such as the trajectories 42, 44, 46, which 4), these can be used as reference curves If deviations from this reference curve are now measured during injector assembly (press-in of pole shoe to limit the needle stroke) or injector service life (vehicle operation), the stroke sensitivity (eg ⁇ change / changing stroke) again inferred or be converted to absolute (mechanical) hub.
  • the Hubsensitterrorism, during the In ⁇ jector assembly are determined injector-individually or it is used an average value for all injectors.
  • the stroke sensitivity can be determined. In the case of FIG. 6 this amounts, for example, to 14 yWb / ym.
  • the various needle strokes can be obtained, for example, in the injector assembly through different positions of the pole piece.
  • injector assembly can also be a gradual pressing in of the pole piece and a mechanical measurement (button) for setting a defined Nadelhubs done.
  • FIG. 6 shows a graph 55 with trajectories 57, 59, 61, 63 which have working strokes of 77 ⁇ m, 72 ⁇ m, 65 ⁇ m and 59 ⁇ m, respectively. Again, states I and II are indicated in the different trajectories.
  • the trajectories 57, 59, 61 and 63 can in turn be used as reference data or reference curves and also to eg the sensitivity or sensitivity (eg ⁇ / AHub or a reciprocal thereof) to calculate. Changes in the curve at different needle strokes can be used to determine the stroke sensitivity. In the case of FIG. 6 this amounts, for example, to 14 yWb / ym.
  • the various needle strokes can be obtained, for example, in the injector assembly through different positions of the pole piece. When injector assembly can also be a gradual pressing in of the pole piece and a mechanical measurement (button) for setting a defined Nadelhubs done.
  • the highest accuracy of the method can be achieved when the eddy currents within the armature (and other like ⁇ netic ferromagnetic components) are minimized.
  • a relatively slow drive ie, relatively low boost voltage
  • voltage or current forms, for example sinusoidal or sawtooth-like or rectangular.
  • an injector is proposed in which no or
  • the stroke determination is possible even without a complete measurement of a trajectory or curve in a ⁇ - ⁇ coordinate system. Assuming that the parasitic air gaps remain approximately the same, it is sufficient to evaluate the curve only up to state I (for an injector without idle stroke) or between the points ⁇ ⁇ and I (for an injector with idle stroke) to eat. It may be advantageous in each case that the stroke determination without opening the injector (Injection) can take place. This means that the measurement can be carried out without any influence on emissions.
  • the lift values determined in accordance with embodiments of the present invention may be used in a variety of ways.
  • the stroke values may be further processed as input to a model-based determination of injector behavior.
  • a combination with e.g. temporal variables is also possible.
  • the determination and correction of a quantity deviation with the stroke data is also possible.
  • the measurement of curves or trajectories can be carried out in normal vehicle operation if the driving behavior (in particular spray formation) is not significantly changed by the activation (emissions).
  • the drive is e.g. even before the vehicle starts at reduced fuel pressure possible (no or least
  • the use of the standard drive profile during normal vehicle operation can be used to measure the stroke.
  • the correction of the determined stroke values e.g. over temperature, fuel pressure, etc. is possible.
  • the control and evaluation can be done with a special measuring device.
  • the method is performed with the existing (modified) engine controller.
  • the frequency of the measurement can be adapted to the expected change in strokes, e.g. in defined km intervals and / or time steps and / or depending on the load of the injectors (driving behavior).

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Abstract

Bereitgestellt ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung eines Hubes eines Ankers (9) eines Magnetventils (1), das eine Spule (3) und den durch Magnetkraft verschiebbaren Anker (9) aufweist, wobei das Verfahren aufweist: Bereitstellen mindestens eines Referenzdatensatzes (42, 44, 46, 57, 59, 61, 63), der eine Größe eines Stroms (I) durch die Spule und eine Größe des magnetischen Flusses (ψ) bei einer bekannten Größe des Hubes enthält; Erzeugen eines Stromflusses durch die Spule (3) des Magnetventils (1), um ein Magnetfeld zu erzeugen, um eine Magnetkraft auf den Anker (9) zu erzeugen, die den Anker (9) in Richtung zum Öffnen eines Verschlusselements (11) verschiebt; Bestimmen einer Größe des magnetischen Flusses (ψ) bei Anliegen des Ankers (9) an einen Mitnehmer (13) des Verschlusselements (11); und Bestimmen der Größe des Hubes basierend auf der bestimmten Größe des magnetischen Flusses und dem Referenzdatensatz.

Description

Beschreibung
Bestimmung eines Hubes eines Magnetventils Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen eines Hubes eines Ankers eines Magnetventils, welches insbesondere in einem Automobil zur Einspritzung von Kraftstoff verwendet wird. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Ansteuern eines Mag- netventils, wobei die Ansteuerung auf einem erfindungsgemäß bestimmten Hub eines Ankers des Magnetventils basiert.
Zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Verbrennungsraum, wie etwa einen Zylinder, kann ein Magnetventil bzw. ein Sole- noid-Inj ektor verwendet werden. Solch ein Solenoid-Inj ektor
(auch Spulen-Injektor genannt) weist eine Spule auf, welche bei Stromfluss durch die Spule ein Magnetfeld erzeugt, wodurch eine Magnetkraft auf einen Anker ausgeübt wird, so dass sich der Anker verschiebt, um ein Öffnen bzw. Schließen einer Düsennadel bzw. eines Verschlusselements zum Öffnen bzw. Schließen des Mag¬ netventils zu bewirken. Weist das Magnetventil bzw. der So¬ lenoid-Inj ektor einen sogenannten Leerhub zwischen Anker und Düsennadel bzw. zwischen Anker und Verschlusselement auf, so führt eine Verschiebung des Ankers nicht unmittelbar auch zu einer Verschiebung des Verschlusselements bzw. der Düsennadel, sondern erst nachdem eine Verschiebung des Ankers um die Größe des Leerhubs vollzogen worden ist.
Beim Anlegen einer Spannung an die Spule des Magnetventils wird durch elektromagnetische Kräfte der Anker in Richtung eines
Polschuhs (pole piece) bewegt. Durch eine mechanische Kopplung (z.B. einen mechanischen Kontakt) bewegt sich nach Überwinden des Leerhubs ebenfalls die Düsennadel bzw. das Verschlusselement und gibt, bei entsprechender Verschiebung, Einspritzlöcher zur Kraftstoffzufuhr in den Verbrennungsraum frei. Wenn weiter Stromfluss durch die Spule herrscht, bewegen sich Anker und Düsennadel bzw. Verschlusselement weiter, bis der Anker an den Polschuh anlangt bzw. anschlägt. Die Distanz zwischen dem Anschlag des Ankers an einen Mitnehmer des Verschlusselements bzw. der Düsennadel und dem Anschlag des Ankers an den Poelschuh wird auch als Nadelhub bzw. Arbeitshub bezeichnet. Um das Ventil zu schließen, wird die an die Spule angelegte Erregerspannung abgeschaltet und die Spule kurz geschlossen, so dass sich die magnetische Kraft abbaut. Der Spulenkurzschluss verursacht aufgrund des Abbaus des in der Spule gespeicherten magnetischen Feldes eine Umpolung der Spannung. Die Höhe der Spannung wird mit einer Diode begrenzt. Aufgrund einer Rückstellkraft, welche beispielsweise durch eine Feder bereitgestellt ist, werden die Düsennadel bzw. Verschlusselement einschließlich Anker in die Schließposition bewegt. Dabei werden der Leerhub und der Nadelhub in umgekehrter Reihenfolge durchlaufen. Der Zeitpunkt des Beginns der Nadelbewegung beim Öffnen des Magnetventils ist von der Größe des Leerhubs abhängig. Der Zeitpunkt des Anschlags der Nadel bzw. des Ankers am Polschuh ist abhängig von der Größe des Nadelhubs bzw. Arbeitshubs. Die Injektor-individuellen zeitlichen Variationen des Beginns der Nadelbewegung (Öffnen) und des Endes der Nadelbewegung
(Schließen) können bei identischer elektrischer Ansteuerung unterschiedliche Einspritzmengen ergeben.
Gemäß dem Stand der Technik werden Leerhübe und Arbeitshübe derzeit während der Injektor-Montage bzw. Ventil-Montage me¬ chanisch eingestellt und gemessen. Es ist jedoch festgestellt worden, dass sich der Leerhub und/oder der Ankerhub eines Magnetventils während der Lebensdauer bzw. während der Be¬ triebsdauer durch EinlaufVorgänge bzw. Verschleiß, z.B. Setzen von Bauteilen, verändern können. Dadurch kann es zu unkontrollierten nicht-identifizierten oder nicht-überwachten Änderungen einer gewünschten Einspritzmenge bzw. eines zeitlichen Verhaltens eines Verbrennungsprozesses kommen. Konventionell wurde eine Bestimmung der Hub-Werte bzw. der Änderung der Hub-Werte während der Injektor-Lebensdauer nicht durchgeführt.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung eines Hubes eines Ankers eines Magnetventils bereitzustellen, welches eine hohe Zuverlässigkeit und Genauigkeit aufweist, so dass basierend auf dem bestimmten Hub (insbesondere Leerhub und/oder Arbeitshub) weiterhin eine Ansteuerung des Magnetventils vorgenommen werden kann, um eine gewünschte Einspritzmenge und ein gewünschtes zeitliches Verhalten der Einspritzung des Kraftstoffes zu gewährleisten bzw. zu erreichen.
Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die abhängigen Ansprüche spezifizieren besondere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung schlagen Verfahren zur Erkennung der Wege des Leerhubs und/oder des Nadelhubs vor. Dabei können die Größen des Leerhubs, Nadelhubs bzw. Arbeitshubs zur Bestimmung des Einspritzverhaltens genutzt werden, z.B. als Parameter für eine Modell-basierte Berechnung des Einspritzverhaltens. Ferner wird bei Injektor-Konzepten ohne Leerhub lediglich der Nadelhub bzw. Arbeitshub bestimmt.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Bestimmung eines Hubes eines Ankers (Leerhub und/oder Arbeitshub) eines Magnetventils bereitgestellt, das eine Spule und den durch Magnetkraft verschiebbaren Anker aufweist ( mit Hilfe dessen über ein steuerbares Verschluss¬ element Kraftstoff in einen Verbrennungsraum einspritzbar ist) bereitgestellt. Dabei weist das Verfahren auf Bereitstellen mindestens eines (oder mehrerer) Referenzdatensatzes, der eine Größe eines Stroms durch die Spule und eine Größe des magnetischen Flusses bei einer bekannten Größe des Hubes enthält, Erzeugen eines Stromflusses durch die Spule des Magnetventils, um ein Magnetfeld zu erzeugen, um eine Magnetkraft auf den Anker zu erzeugen, die den Anker in Richtung zum Öffnen des Verschlusselements verschiebt, Bestimmen einer Größe des magne- tischen Flusses bei Anliegen des Ankers an einen Mitnehmer des Verschlusselements und Bestimmen der Größe des Hubes basierend auf der bestimmten Größe des magnetischen Flusses und dem Referenzdatensatz . Das Verfahren kann in einer Werkstatt, in einem Herstellungswerk oder auch in einem Fahrzeug, welches in einem Betriebszustand befindlich ist, durchgeführt werden. Es können ein Leerhub und/oder ein Arbeitshub bestimmt werden. Der Referenzdatensatz kann aus Trainings-Daten bestimmt sein bzw. durch Messungen an dem Magnetventil bei bekannter Größe des Hubes und insbesondere bei verschiedenen bekannten Hüben. Dabei kann z.B. ein- und dasselbe Magnetventil absichtlich hinsichtlich z.B. einer Position eines Polschuhs verstellt werden, um so verschiedene Arbeitshübe bzw. Leerhübe zu erhalten. Die Hübe können zur Erstellung des Referenzdatensatzes optisch oder mechanisch vermessen werden.
Der magnetische Fluss kann z.B. den Anker durchsetzen und z.B. Teile des Polschuhs und auch Teile des Verschlusselements bzw. eines Mitnehmers, insbesondere ringförmigen Mitnehmers, des Verschlusselements .
Der Stromfluss kann durch Anlegen einer bestimmten Spannung, insbesondere gemäß einem bestimmten Spannungsprofil, in dem sich die Spannung über die Zeit ändert, erzeugt werden. Der mag¬ netische Fluss kann dabei z.B. rechnerisch aus Strom, Spannung und einem Ohm' sehen Widerstand der Spule bestimmt werden, insbesondere aus dem durch die Spule fließenden Strom, der an die Spule angelegten Spannung und dem Ohm' sehen Widerstand der Spule . Der magnetische Fluss kann dabei durch eine Integration über die Differenz der Spannung und dem Strom multipliziert mit dem Ohm' sehen Widerstand erhalten werden. Falls der bestimmte magnetische Fluss dem magnetischen Fluss gleicht, welcher in dem Referenzdatensatz bei gleichem Strom beobachtet wurde, so kann geschlossen werden, dass die Größe des Hubes der bekannten Größe des Hubes (des Referenzdatensatzes) gleicht. Falls die bestimmte Größe des magnetischen Flusses von einer Größe eines magnetischen Flusses bei gleicher Stromstärke in dem Referenzdatensatz abweicht, so kann geschlossen werden, dass sich die Größe des Hubes verändert hat. Eine relative Bestimmung der Größe des Hubes kann durchgeführt werden, indem auf die bekannte Größe des Hubes in dem Referenzdatensatz eine Hubänderung aufgeschlagen wird, welche proportional zu der Abweichung der bestimmten Größe des magnetischen Flusses von der Größe des magnetischen Flusses in dem Referenzdatensatz ist. Der Referenzdatensatz kann somit eine Änderung des Hubes bei Änderung des magnetischen Flusses beschreiben, was durch eine Steigung (eines Kennlinienfeldes) ausgedrückt sein kann. Dadurch kann eine relative Hubbestimmung durchgeführt werden. Ohne Kenntnis des absoluten Hubs aus einer vorhergehenden Messung ist es möglich, zumindest die Änderung des Hubs (Drift) zu bestimmen und auf die Hubänderung zu reagieren.
In anderen Ausführungsformen erlaubt der Referenzdatensatz eine absolute Hubbestimmung.
Durch Verwendung des Referenzdatensatzes kann eine Bestimmung der Größe des Hubes in zuverlässiger und genauerer Weise erfolgen, als es aus dem Stand der Technik bekannt ist. Der Referenzdatensatz kann z.B. repräsentativ für eine Kurve (zweidimensionale Kurve) in einem Koordinaten-System sein, in dem auf einer Achse (z.B. der X-Achse) der durch die Spule fließende Strom und auf der anderen Achse (z.B. der Y-Achse) der magnetische Fluss (wie er z.B. berechnet wurde) aufgetragen ist. Die Kurve kann dabei z.B. alle Phasen während der Bewegung des Ankers bzw. des Verschlusselements während eines Öffnens und/oder Schließens oder insbesondere nur während des Öffnens des Magnetventils umfassen. In anderen Ausführungsformen umfasst die Kurve lediglich einen Teilbereich einer Kurve, die den gesamten Bewegungsablauf repräsentiert, insbesondere einen Teilbereich während der Bewegung des Ankers auf den Polschuh zu, bei der j edoch das Verschlusselement fix, d.h. unbewegt bleibt, der Anker somit das Verschlusselement oder einen Mitnehmer des Ver¬ schlusselements nicht verschiebt, diesen aber kontaktiert . Damit kann ein Umfang des Referenzdatensatzes gering gehalten werden und der Referenzdatensatz kann bequemer und in schneller Weise erstellt werden. Damit kann der Verfahren ohne Öffnen des Magnetventils durchgeführt werden, um z.B. Emissionen zu vermeiden .
Das Verfahren kann ferner ein Bestimmen einer Abweichung der bestimmten Größe des magnetischen Flusses von einer Größe des magnetischen Flusses des Referenzdatensatzes, welche demselben Stromwert zugeordnet ist, umfassen. Ferner kann das Verfahren Verwenden einer vorbekannten Empfindlichkeit (berechnet als eine Ableitung bzw. als ein Differenzenquotient) der Größe des magnetischen Flusses abhängig von der Größe des Hubes (z.B.
Leerhub oder Arbeitshub) oder einer vorbekannten Empfindlichkeit der Größe des Hubes abhängig von der Größe des magnetischen Flusses aufweisen, um die Größe des Hubes zu bestimmen. Damit könnte z.B. eine relative Hubgrößen-Bestimmung durchgeführt werden. Das Verfahren kann somit in einfacher Weise durchgeführt werden, da lediglich die Abweichung und die Empfindlichkeit zur Bestimmung der Größe des Hubes erforderlich sein können.
Die Größe des magnetischen Flusses kann z.B. vor Erreichen eines ersten Zustandes, bei dem der Anker beginnt, das Verschluss¬ element zu verschieben, bestimmt werden. Damit kann vermieden werden, dass das Magnetventil öffnet, was z.B. unerwünschte Emissionen zur Folge haben könnte. Somit braucht das Magnetventil weder geöffnet noch danach geschlossen werden. Damit kann das Verfahren in einfacher und zügiger Weise durchgeführt werden.
Insbesondere kann die Größe des magnetischen Flusses nach Erreichen eines weiteren Zustandes (aber vor Erreichen des ersten Zustandes) bestimmt werden, ab dem ein Leerhub des Ankers überwunden ist und somit der Anker an einem Mitnehmer des
Verschlusselements anliegt. Wird der Strom durch die Spule bei Anliegen des Ankers an dem Mitnehmer des Verschlusselements weiter erhöht, so steigt die magnetische Kraft an, das Ver¬ schlusselement wird jedoch zunächst nicht verschoben, da zur Verschiebung des Verschlusselementes eine Gegenkraft überwunden werden muss, welche z.B. durch eine Rückstellfeder erzeugt werden kann. Das Verfolgen bzw. Aufzeichnen bzw. Messen bzw. Berechnen des magnetischen Flusses während dieses statischen Zustandes, in dem der Anker an dem Mitnehmer des Verschlusselements anliegt und die magnetische Kraft erhöht wird, kann jedoch vorteilhaft¬ erweise Rückschlüsse über dem Hub bzw. Arbeitshub des Mag¬ netventils, erlauben. Insbesondere kann die Änderung des magnetischen Flusses in diesem Zustand bei Änderung des Stromes durch die Spule in Abhängigkeit von dem Hub derart erfolgen, dass aus der Änderung des magnetischen Flusses auf den Hub zurückgeschlossen werden kann. Gemäß einer Option in dem Verfahren können Paare einer Größe eines Stromes und einer Größe des magnetischen Flusses, insbesondere in einem Graphen, betrachtet werden (insbesondere in einem Graphen aufgetragen werden) , die (insbesondere bei Anlegen einer Spannung gemäß einem Ansteuerungsprofil an die Spule) einer Zustandstraj ektorie des Verschlusselements bzw. des Ankers während eines Fließvorganges des Magnetventils entsprechen können. Dabei kann der erste Zustand mit einem Paar assoziiert sein, bei dem sich, entlang der Zustandstraj ektorie, ein Vorzeichen einer Steigung ändert. Damit kann der erste Zustand auf einfache und zuverlässige Weise detektiert werden. Bei dem ersten Zustand kann die Kurve einen Pol aufweisen.
Die Referenz-Daten können durch eine Messung an dem (selben) Magnetventil bei verschiedenen eingestellten Pol- schuh-Positionen durchgeführt werden, um Referenz-Daten für verschiedene Hübe zu ermitteln. Damit können die Referenz-Daten auf einfache Weise erhalten werden. Die Verwendung ein- und desselben Magnetventils stellt sicher, dass Ungenauigkeiten aufgrund von möglicherweise verschiedenen Materialien bzw. leicht unterschiedlichen Geometrien zweier nicht-identischer Magnetventile vermieden werden.
Durch Verstellung der Polschuh-Position kann z.B. ein bestimmter Arbeitshub (bzw. Leerhub) eingestellt werden und danach optional auch mechanisch oder optisch vermessen werden. Daraufhin kann an die Spule eine Spannung gemäß einem Spannungsprofil angelegt werden und Spannung und Strom können über den Verlauf des Spannungsprofils gemessen werden. Durch Algebra kann der magnetische Fluss aus Strom, Spannung und dem Widerstand der Spule berechnet werden. Strom und der magnetische Fluss können sodann in einem Graphen dargestellt oder auch in Tabellen gelistet werden. Zur Bestimmung des Hubes (insbesondere Ar- beitshub und/oder Leerhub) braucht nur der Teil der Kurve in dem Graphen verwendet werden, welcher vor dem ersten Zustand liegt.
Ein unbekannter Hub während eines Lebenszeitpunktes des Mag¬ netventils kann dann durch Aufnahme zumindest eines Teils einer Zustandstraj ektorie des Ankers bzw. des Verschlusselements erhalten werden, wobei die Zustandstraj ektorie bzw. der Teil der Zustandstraj ektorie mit derjenigen der Referenz-Daten verglichen wird. Abweichungen der Zustandstraj ektorie insbesondere vor dem ersten Zustand oder bis zum Erreichen des ersten Zu- Standes, von der Referenz-Zustandstraj ektorie zeigt eine Än¬ derung des Hubes an. Die Änderung kann aus einer Differenz des magnetischen Flusses und einer Empfindlichkeit (z.B. Hub in Abhängigkeit des magnetischen Flusses) berechnet werden. Zum Erzeugen des Stromflusses durch die Spule kann zunächst eine Boost-Spannung (z.B. rechteckförmig) , insbesondere zwischen 3V und 65V, und danach eine Haltespannung, insbesondere zwischen 6V und 14V angelegt werden. Eine Gesamtdauer eines solchen
Spannungsprofils kann z.B. zwischen 1 ms und 3 ms betragen, wobei die Dauer des Anlegens der Boost-Spannung beispielsweise zwischen 0,2 und 0,7 ms betragen kann. Andere Parameter sind möglich .
Der Anker kann insbesondere ein geschlitztes ferromagnetisches Material und/oder voneinander elektrisch isolierte Schichten von ferromagnetischem Material umfassen, um Wirbelströme zu reduzieren. Damit können auch relativ hohe Boost-Spannungen unterstützt werden, um eine Hubbestimmung durchzuführen. Falls der Anker kein geschlitztes ferromagnetisches Material und keine elektrisch isolierten Schichten aufweist, kann die
Boost-Spannung z.B. auf kleinere Werte, z.B. zwischen 3V und 18V, insbesondere auf etwa 3V, 6V, 12V oder 18V gesetzt werden. Damit kann eine Identifikation insbesondere des ersten Zustandes erleichtert werden.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ferner ein Verfahren zum Ansteuern eines Magnetventils bereitgestellt, das eine Spule und einen durch Magnetkraft verschiebbaren Anker aufweist, mit dessen Hilfe über ein steuerbares Verschluss¬ element Kraftstoff in einen Verbrennungsraum einspritzbar ist. Das Verfahren weist dabei Durchführen eines Verfahrens zur Bestimmung eines Hubes eines Ankers des Magnetventils gemäß einer der vorangehenden Ausführungsformen auf und ferner ein Ansteuern der Spule des Magnetventils basierend auf den bestimmten Hub (insbesondere Arbeitshub und/oder Leerhub) . In Abhängigkeit von dem bestimmten Hub kann z.B. eine Dauer zwischen dem Anlegen einer Boost-Spannung zum Öffnen des Magnetventils und dem Anlegen einer Spannung zum Schließen des Magnetventils verändert werden, insbesondere vermindert bzw. vergrößert werden, wenn bestimmt ist, dass sich der Arbeitshub und/oder Leerhub gegenüber einem vorherigen Hub vergrößert bzw. verkleinert hat. Damit kann eine gewünschte Einspritzmenge bzw. ein gewünschtes Einspritzver¬ halten von Kraftstoff auch bei sich während der Lebenszeit änderndem Hub sichergestellt werden bzw. erreicht werden.
Es sollte verstanden werden, dass Merkmale, welche individuell oder in irgendeiner Kombination im Zusammenhang mit einem
Verfahren zum Bestimmen eines Hubes eines Ankers eines Mag¬ netventils beschrieben, bereitgestellt oder angewendet worden sind, individuell oder in irgendeiner Kombination auch auf eine Vorrichtung zur Bestimmung eines Hubes eines Ankers eines Magnetventils anwendbar sind, gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, und umgekehrt.
Gemäß eines dritten Aspekts der vorliegenden Erfindung ist ferner eine Vorrichtung zur Bestimmung eines Hubes eines Ankers eines Magnetventils, das eine Spule und den durch Magnetkraft ver¬ schiebbaren Anker aufweist, bereitgestellt. Dabei weist die Vorrichtung einen Speicher zum Bereitstellen mindestens eines Referenzdatensatzes, der eine Größe eines Stroms durch die Spule und eine Größe des magnetischen Flusses bei einer bekannten Größe des Hubes enthält, einen Treiber zum Erzeugen eines Stromflusses durch die Spule des Magnetventils, um ein Magnetfeld zu erzeugen, um eine Magnetkraft auf den Anker zu erzeugen, die den Anker in Richtung zum Öffnen des Verschlusselements verschiebt und ein Bestimmungsmodul auf, das zum Bestimmen einer Größe des mag¬ netischen Flusses bei Anliegen des Ankers an einem Mitnehmer des Verschlusselements und zum Bestimmen der Größe des Hubes ba¬ sierend auf der bestimmten Größe des magnetischen Flusses und dem Referenzdatensatz ausgebildet ist.
Die Vorrichtung kann z.B. eine spezielle Werkstattvorrichtung, Montage-Werkstattvorrichtung oder Herstellungsfabrik-Vorrichtung sein oder kann beispielsweise in einer Mo- torsteuerung integriert sein, so dass ein Verfahren auch während eines Betriebs eines Fahrzeuges durchgeführt werden kann.
Alternativ zu einem Speicher könnte der Referenzdatensatz auch über eine Eingabe/Ausgabe-Schnittstelle der Vorrichtung zur Verfügung gestellt werden, so dass der Speicher nicht not- wendigerweise erforderlich sein muss. Das Bestimmungsmodul kann z.B. eine arithmetisch/logische Einheit z.B. einen Prozessor umfassen. Die Vorrichtung kann insbesondere programmierbar sein. Damit können Änderungen eines Verfahrens zur Bestimmung eines Hubes eines Ankers leicht eingebracht bzw. implementiert werden.
Der magnetische Fluss kann den Anker und teilweise einen Polschuh, der fix relativ zu der Spule ist, durchsetzen. Das Verfahren kann innerhalb eines bestimmten Betriebsmodus jedoch während eines normalen Fahrbetriebs eines Automobils durch- geführt werden. Zum Beispiel kann das Verfahren im Leerlauf des Automobils durchgeführt werden, wobei ein spezielles Span¬ nungsprofil, welches insbesondere geringere Boost-Spannungen aufweist als im normalen Vortriebsbetrieb des Fahrzeugs, zur Anwendung kommen kann.
Folgende Anwendungen des Verfahrens können vorgenommen werden: 1. Die Hübe können bei Injektor-Montage bzw. Magnetven¬ til-Montage eingestellt werden. Dabei kann ein erstmaliges Bestimmen der absoluten Hübe und ein Ermitteln einer Referenzkurve durchgeführt werden. Ferner kann eine Bestimmung der weiteren Hübe aus Änderungen der Ψ-Ι-Kurven zur Referenz mit der Hubsensitivität bestimmt werden. Damit kann als Vorteil erreicht werden, dass eine elektronische Hubbestimmung schneller als eine mechanische Hubbestimmung ist, d.h. eine Taktzeiterhöhung in der Fertigung möglich ist.
Ein weiterer Vorteil ist eine Erhöhung der Genauigkeit der Hubeinstellung .
2. Die Hubbestimmung kann auch während der Injektor-Lebensdauer, d.h. der Lebensdauer des Magnetventils durchgeführt werden. Die Bestimmung der Hubänderungen (Drift) kann während der Lebensdauer durch Änderungen zur Referenzkurve unter Zuhilfenahme der Hubsensitivität bestimmt werden. Die Referenzkurve bzw. Referenzdaten oder Referenzkurven können Injektor-individuell (d.h. individuell für das betreffende Magnetventil) bei Fahrzeug-Inbetriebnahme gemessen und ge¬ speichert werden. Wenn im Steuergerät die Initialwerte (aus Messung bei der Fertigung) der Hübe bekannt sind (Injektor-Kodierung oder Gleichstellen der Hübe bei Montage) , dann kann aus Initialwerten und Drift der absolute Hub bestimmt werden.
Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird eine Bestimmung von geometrischen Größen (Leer- und/oder Ankerhub) mittels Messung des verketteten magnetischen Flusses während der Injektor-Montage und/oder während der Injektor-Lebensdauer am Fahrzeug durchgeführt. Ferner kann eine Messung von Teilbe¬ reichen der Kurve ohne Inj ektor-Öffnen (d.h. ohne Öffnen des Magnetventils) durchgeführt werden.
Eine absolute Injektor-Hubbestimmung kann durch ein kombiniertes Verfahren aus absoluter Messung und relativer Messung durchgeführt werden. Eine Bestimmung der Hub-Drift (bzw.
Hub-Größenänderung) kann durch ein relatives Verfahren durchgeführt werden, bei dem die Änderung der Größe des Hubs aus der Änderung des magnetischen Flusses z.B. bestimmt wird.
Bei Benutzung des Verfahrens während der Injektor-Montage kann ein einmaliges mechanisches Messen des Hubes ausreichen.
Hub-Änderungen, z.B. durch Einpressen des Polschuhs, können dann anhand der Änderung der Ψ-Ι-Kurve zur Referenz- bzw. zu den Referenzdaten bestimmt werden. Durch Verzicht auf mechanische Messung kann die Montage schneller erfolgen, da die elektrische Messung zeitlich kürzer sein kann. Die Benutzung des Verfahrens kann während der Injektor-Lebensdauer zur Bestimmung von Hüben verwendet werden.
Die Benutzung eines Injektors mit kleinen/geringen Wirbelströmen (durch Schichtaufbau des Ankers bzw. durch geschlitzten Anker) kann vorteilhaft sein, damit die Ψ-Ι-Kurven bei Standardansteuerung (z.B. Boost-Spannung etwa 65V) bestimmt werden können.
Vorteilhafterweise können durch die Hubmessung gemäß Ausfüh- rungsformen der vorliegenden Erfindung geometrische Größen bestimmbar werden. Dadurch sind zusätzliche bzw. alternative Größen zur Bestimmung des Injektor-Verhaltens (neben zeitlichen Größen) ermittelbar. Ferner können weitere (geometrische) Parameter für Modell-basierte Injektor-Charakterisierung zur Nadelbewegung bzw. Verschlusselement-Bewegung und zur Ein- spritz-Charakterisierung bereitgestellt werden. Dadurch kann eine verbesserte Mengengenauigkeit des eingespritzten Kraft¬ stoffes erreicht werden. Die Bestimmung von Hubgrößen während der Injektor-Lebensdauer im eingebauten Zustand am Fahrzeug kann ebenfalls Vorteile bereitstellen. Durch Implementierung des
Messverfahrens in ein vorhandenes Motor-Steuergerät braucht nur ein geringer zusätzlicher Aufwand (Hardware-Anpassung, Software-Erweiterung) erforderlich sein. Die Messbarkeit der Ψ-Ι-Kurven mit der Standard-Ansteuerung kann durch Verwendung von Wirbelstrom-reduzierten Injektoren erleichtert werden. Ferner kann eine Messung von lediglich Teilbereichen der Ψ-Ι-Kurve ohne eine tatsächliche Öffnung des Ventils, d.h. ohne Einspritzung von Kraftstoff und damit ohne Einfluss auf Emissionen durchgeführt werden.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert. Die Erfindung ist nicht auf die illustrierten oder beschriebenen Ausführungsformen begrenzt.
Fig. 1 illustriert in einer schematischen Schnittdarstellung ein Magnetventil, dessen Hub gemäß einem Verfahren zur
Bestimmung eines Hubs z.B. unter Benutzung einer Vorrichtung zum Bestimmen eines Hubs gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung bestimmt werden kann;
Fig. 2 illustriert Graphen von Referenzdaten bzw. Zu- standstraj ektorien bzw. Messdaten eines Magnetventils mit zu bestimmenden Hub gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 illustriert Graphen von Referenzdaten bzw. Zu- standstraj ektorien bzw. Messdaten eines Magnetventils mit zu bestimmenden Hub gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung;
Fig. 4 illustriert Graphen von Zustandstraj ektorien, die bei verschiedenen Hüben erhalten sind;
Fig. 5 illustriert Graphen von Zustandstraj ektorien, die durch verschiedene Ansteuerungsspannungsprofile er¬ halten sind; und
Fig. 6 illustriert Graphen von Referenzdaten bzw. Messdaten eines Magnetventils mit zu bestimmendem Hub gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Das in Fig. 1 in schematischer Schnittdarstellung illustrierte Magnetventil 1 weist eine Spule 3 auf, an die eine Spannung angelegt werden kann, so dass ein Stromfluss durch die Spule 3 erfolgt, um ein Magnetfeld aufzubauen . Dabei zeigt das Magnetfeld im Wesentlichen in eine longitudinale Richtung 5 eines Führungszylinders 7. Das Magnetfeld wirkt auf einen ferromagne- tischen Anker 9, welcher innerhalb des Führungszylinders 7 verschiebbar ist. Durch Verschiebung des Ankers 9 kann eine Düsennadel 11 bzw. ein Verschlusselement des Magnetventils 1 in der longitudinalen Richtung 5 verschoben werden, insbesondere durch Kontaktierung des Ankers 9 mit einem ringförmigen Mitnehmer 13, der fest mit dem Verschlusselement 11 verbunden ist.
In dem in Fig. 1 illustrierten geöffneten Zustand ist eine Verschlusskugel 15 aus einem kegelförmigen Sitz 17 zurückge¬ zogen, so dass Kraftstoff 19 durch eine Öffnung 21 in dem Sitz in einen Verbrennungsraum 23 zur Verbrennung gelangen kann. In dem vollständig geöffneten Zustand liegt der Anker 9 an einem Polschuh 27 an, kann somit nicht weiter nach oben verschoben werden.
In einem in Fig. 1 nicht illustrierten geschlossenen Zustand des Magnetventils 1 ist der Anker 9 bei fehlendem Stromfluss durch die Spule 3 durch eine Rückstellfeder 25 nach unten verschoben, so dass auch der Mitnehmer 13 zusammen mit dem Verschlusselement 11 nach unten derart verschoben ist, dass die Verschlusskugel 15 dichtend an dem kegelförmigen Sitz 17 anliegt, so dass Kraftstoff 19 nicht in den Verbrennungsraum 23 gelangen kann. In diesem nach unten verschobenen Zustand des Ankers 9 hat der Mitnehmer 13 bzw. ebenso der Anker 9 zumindest einen Arbeitshub 12 zurückgelegt (währenddessen der Anker 9 und der Mitnehmer 13 in Kontakt sind) und optional auch einen zusätzlichen Leerhub 10, in dem zwischen dem Anker 9 und dem Mitnehmer 13 ein Spalt besteht. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erlauben ein
Bestimmen des Leerhubs und/oder insbesondere des Arbeitshubes des Magnetventils 1, indem der magnetische Fluss, welcher durch den Anker 9 und teilweise durch den Polschuh 27 und den Mitnehmer 13 tritt, bestimmt wird.
Ferner ist in Fig. 1 eine Vorrichtung 2 zur Bestimmung eines Hubes des Ankers 9 des Magnetventils 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert. Die Vorrichtung 2 umfasst dabei einen Speicher 6, in dem z.B. ein Referenzdatensatz gespeichert sein kann, der eine Größe eines Stromes durch die Spule und eine Größe des magnetischen Flusses bei einer bekannten Größe des Hubes enthält. Ferner umfasst die Vorrichtung 2 einen Treiber 4, welcher zum Erzeugen eines Stromflusses durch die Spule 3 ausgebildet ist. Ferner umfasst die Vorrichtung 2 ein Bestimmungsmodul 8, das zum Bestimmen einer Größe des magne¬ tischen Flusses während eines Anliegens des Ankers 9 an den Mitnehmer 13 bzw. dem Verschlusselement und Bestimmen der Größe des Hubes basierend auf der bestimmten Größe des magnetischen Flusses und den Referenzdatensatz ausgebildet ist.
Die Ermittlung von Leerhub und/oder Ankerhub (auch Arbeitshub genannt) kann mittels der Messung und Analyse des verketteten magnetischen Flusses Ψ erfolgen. Dabei kann der verkettete magnetische Fluss Ψ aus dem Strom, welcher durch die Spule 3 fließt, die Spannung, welcher an der Spule 3 angelegt ist, und den Ohm' sehen Widerstand der Spule 3 berechnet werden. Die gemessene Spannung u (t) besteht aus einem Ohm' sehen Anteil (i (t) * R) und einem induktiven Anteil (uint(t) ) . Die induktive Spannung berechnet sich dabei aus der zeitlichen Ableitung des verketteten magnetischen Flusses, wobei Ψ abhängig von der Stromänderung i (t) und dem Luftspalt x(t) ist. u(t) = i(t)R + uh ind
i(t)R +^
dt
Figure imgf000017_0001
Bei langsamer Ansteuerung ist der „magnetische" Anteil der Induktion durch Stromänderung gering.
<f¥(i,x) di
u in dl
di dt
Der „mechanische Teil der Induktion durch die Ankerbewegun beschreibt dann die Hübe (Leerhub und/oder Arbeitshub) des Magnetventils .
<F¥(i,x) dx
u
dx dt
Durch Umstellen und Integration ist der verkettete mechanische Fluss in folgender Weise berechenbar:
Figure imgf000018_0001
Fig. 2 illustriert einen Graphen 29 mit einer Zustandstraj ektorie 31 während eines Anzugs (d.h. während eines Öffnungsvorganges) bzw. einer Trajektorie 33 während eines Abfalls (d.h. während eines Schließvorganges) des Magnetventils 1 (hier für den Fall mit Leerhub) . Dabei ist auf einer Abszisse 30 der durch die Spule 3 fließende Strom i und auf der Ordinate 32 der gemäß der obigen Gleichung berechnete magnetische Fluss Ψ aufgetragen. Die
Trajektorie 31 kann z.B. während eines Verfahrens zur Bestimmung eines Hubes des Magnetventils bestimmt werden, etwa durch Messung von Strom, Spannung und Berechnung des magnetischen Flusses wie oben erläutert. Aus einem Vergleich mit in Fig. 2 nicht il- lustrierten Referenzdaten bzw. Referenztraj ektorien kann der Arbeitshub bzw. Leerhub bestimmt werden. Durch die Punkte I ΙΙλ, I, II sind in Fig. 2 charakteristische Zustände während des Öffnungsvorganges bezeichnet. Dabei erfolgt zwischen den Punkten Ιλ und ΙΙλ der Leerhub von 134 ym bis 90 ym, d.h. der Anzug des Ankers 9 im Leerhub. Zwischen den Punkten I und II erfolgt der Arbeitshub von 90 ym bis 0 ym, d.h. der Anzug des Ankers 9 im Arbeitshub. In dem Bereich ΙΙλ-Ι nimmt der Anker die Düsennadel mit und wird dadurch kurz angehalten, liegt dabei an Mitnehmer
13 an . Gemäß Ausführungsformen der vorliegende Erfindung wird für ein Magnetventil ohne Leerhub (siehe Fig. 3 unten) der Bereich der Trajektorie 31 vor dem Punkt I ausgewertet und für ein Mag¬ netventil mit Leerhub wird der Bereich zwischen dem Punkt II λ und I ausgewertet, um den zu bestimmen, vor Punkt I λ wird der
Gesamthub aus Leerhub und Arbeitshub bestimmt. Dabei ändert sich in dem Bereich Ιλ-ΙΙλ eine Steigung der Trajektorie 31 gegenüber dem davor bzw. dahinter befindlichen Abschnitten. Ferner ändert sich in dem Abschnitt, zwischen den Punkten I und II die Steigung von einem positiven Wert auf einen negativen Wert.
Fig. 3 illustriert einen Graphen 35, welcher Trajektorien 37 und 39 während eines Anzugs bzw. eines Abfalls des Ankers 9 des Magnetventils 1 illustriert, in dem Fall, in dem das Magnetventil 1 keinen Leerhub aufweist. Da der Leerhub in der in Fig. 3 illustrierten Trajektorie 37 fehlt, fehlen die charakteris¬ tischen Punkte Ιλ und II die in Fig. 2 illustriert sind. Zwischen den Punkten I und II erfolgt der Arbeitshub von 50 ym bis 0 ym. Dabei weist die Trajektorie 37 an dem Punkt I einen Knick auf, bei dem sich eine positive Steigung in eine negative Steigung umkehrt. In dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Hub aus einem Abschnitt der Trajektorie 37 vor dem Punkt I bestimmt. Fig. 4 illustriert einen Graphen 41, der gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Referenzdaten bzw. Referenzkurven bzw. Referenztraj ektorien (bzw. Messdaten) illustriert, welche von ein- und demselben Magnetventil bei verschiedenen Hüben (insbesondere Arbeitshüben) gemessen worden sind. Aus der Abszisse 30 ist wiederum der durch die Spule 3 fließende Strom und auf der Ordinate 32 ist der gemäß den obigen Gleichungen berechnete magnetische Fluss PSI Ψ aufgetragen.
Die Trajektorie bzw. Kurve 42 weist einen Arbeitshub von 86 ym auf, die Kurve 44 weist einen Arbeitshub von 70 ym auf, und die Kurve 46 weist einen Arbeitshub von 52 ym auf. Wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, ist jeweils der Zustand I verschiedenen magnetischen Flüssen bzw. Strömen zugeordnet. Die in Fig. 4 illustrierten Trajektorien 42, 44 und 46 sind an einem Magnetventil 1 gemessen, welches keinen Leerhub aufweist. Die Trajektorien 42, 44, 46 können als Referenzdaten zur Bestimmung eines unbekannten Hubes desselben Magnetventils zu einem späteren Betriebs- oder Lebenszeitpunkt verwendet werden. Dazu kann z.B. eine Empfindlichkeit ΔΨ/AHub berechnet werden. Weicht eine gemessene Trajektorie von einer der Referenztraj ektorien 42, 44, 46 ab, so kann die Differenz des magnetischen Flusses mit der Empfindlichkeit bzw. einem Kehrwert der Empfindlichkeit multipliziert werden, um eine Änderung in dem Hub im Vergleich zu dem Hub der entsprechenden Referenzkurve zu bestimmen. Aus den Änderungen der magnetischen Flüsse der Trajektorien 42, 44 und 46 sind umgekehrt die Hübe erkennbar. Beim Anschlag des Ankers auf die Nadel bzw. des Ankers auf den Polschuh sind die mechanischen Hübe überwunden, d.h. der mechanische Hub ist gleich Null. Die magnetischen Spalte können jedoch ungleich Null sein, da durch magnetisch nicht leitfähige Materialien (auf z.B. Chrombeschichtungen auf den einzelnen Bauteilen) ein magnetischer Spalt bleiben kann (trotz der
Tatsache, dass der mechanische Spalt gleich Null ist) , der in den Ψ-Ι-Kurven gemessen wird. Zusätzlich werden in den Ψ-1-Kurven weitere parasitäre Spalte des magnetischen Kreises gemessen. Der Verlauf einer Ψ-Ι-Kurve (z.B. eine der Kurven 42, 44, 46) vor dem Beginn der Bewegung des Verschlusselements bzw. der Bewegung der Düsennadel 11 (d.h. vor dem Punkt I) enthält alle Spalte bei geschlossenem Injektor. Der Verlauf der Ψ-Ι-Kurve nach der Bewegung der Düsennadel 11 (d.h. nach dem Punkt II) enthält alle Spalte bei geöffnetem Injektor. Die Kurvencharakteristik kann zur Hubbestimmung benutzt werden. Da die Flussänderung magnetische und mechanische Änderungen beinhaltet, ist die absolute Bestimmung des mechanischen Hubs, der für die Einspritzmengen maßgeblich ist, im Stand der Technik mit Ungenauigkeit behaftet. Die magnetischen Spalte (unterschiedliche Beschichtungsdicken (typische Beschichtungsdicke pro Bauteil 8 ym ... 15 ym) bzw. parasitäre Luftspalte) sowie Spulenparameter und weitere In¬ jektor-Eigenschaften sind Injektor-individuell und führen somit zu einer erhöhten Ungenauigkeit der Hubmessung aus dem Ψ-Ι-Kurven, wenn nicht Referenzkurven 42, 44, 46 der Fig. 4 z.B. ferner herangezogen werden, um den Hub bzw. die Hübe zu bestimmen.
Um die Referenzkurven 42, 44 und 46 oder auch tatsächliche Messkurven eines Magnetventils mit zu bestimmenden Hub zu erhalten, kann die Ansteuerung der Spule 3 mit einem wesentlich langsameren Stromaufbau erfolgen, als z.B. während eines Vortriebzustandes eines Fahrzeuges. Ein langsamerer Stromaufbau kann z.B. durch eine relativ geringere Boost-Spannung (z.B. zwischen 3 und 18V anstatt von 65V wie im Vortriebzustand) erreicht werden. Bei einer Standardansteuerung (z.B. eine Boost-Spannung von 65V) können hohe Wirbelströme innerhalb des Ankers 9 entstehen, die wie eine elektromagnetische Dämpfung wirken können und den Flussaufbau bzw. den Flussverlauf den Magnetkreis beeinflussen können. Der Anteil der Induktion durch Ankerbewegung ist zwar auch bei starker Erregung vorhanden, wird aber mit steigender Erregung im Vergleich zu den Wirbelströmen geringer. Das heißt mit zunehmender Erregerspannung (z.B.
Boost-Spannung) wird das Hubsignal undeutlicher.
Die Ausprägung der Ψ-Ι-Kurve bei verschiedenen Ansteuerungs- spannungen (3V ... 18V) ist in der Fig. 5 durch Trajektorien 47 (Erregungsspannung 18V), 49 (Erregungsspannung 6V) , 51 (Erregungsspannung 12V) und 53 (Erregungsspannung 3V) illustriert. Wie aus Fig. 5 ersichtlich ist, ist es bei höheren Spannungen zunehmend schwieriger, die Zustände I und II zuverlässig zu detektieren, da nur geringe Steigungsänderungen auftreten. Bei z.B. einer Erregungsspannung von 18V kann es schwierig sein, den Zustand I zuverlässig zu detektieren. Daher kann eine Messung von Referenzkurven bzw. eine Messung zur Bestimmung eines Hubes bei relativ geringen Erregungsspannungen z.B. zwischen 3V und 12V durchgeführt werden.
Gemäß dem Stand der Technik können während des Injektor-Betriebs verschiedene zeitliche Ereignisse gemessen werden. Der An¬ keranschlag an den Mitnehmer 13 der Düsennadel 11 bei Beginn der Verschiebung (Beginn Nadelbewegung, Inj ektor-Öffnen) bzw. an den Polschuh (Ende Verschiebung) kann als Rückkopplungssignal von Spulen-getriebenen Baugruppen erkannt werden, indem die Wirbelstrom-getriebene Kopplung zwischen Mechanik (Anker und Injektor-Nadel) und Magnetkreis (Spule) zur Signalgenerierung benutzt wird. Der physikalische Effekt beruht auf der Ge- schwindigkeits-abhängigen Selbstinduktion in den elektromagnetischen Kreisen infolge der Bewegung des Ankers und des Verschlusselements. In Abhängigkeit der Bewegungsgeschwin¬ digkeit wird dem Elektromagnet eine Spannung induziert, die dem Ansteuerungssignal überlagert ist (charakteristische Spannung) . Hierfür kann eine geeignete Ansteuerform und Auswerteeinheit erforderlich sein.
Für die Bestimmung des Hubs während einer Injektor-Montage und auch während einer weiteren Lebensdauer wird gemäß Ausfüh- rungsformen der vorliegenden Erfindung ein Verfahren aus absoluter Hubmessung und relativer Hubmessung vorgeschlagen. Die absolute Hubmessung kann z.B. erstmals bei der Injektor-Montage erfolgen (z.B. mechanisch (Taster), optisch (Laser). Wird jetzt eine Ψ-Ι-Kurve mit bekannten Anker/Nadelhüben vermessen (wie z.B. die Trajektorien 42, 44, 46, welche in Fig. 4 illustriert sind) können diese als Referenzkurven benutzt werden. Werden nun Abweichungen zu dieser Referenzkurve während der Injektor-Montage (Einpressen von Polschuh zur Begrenzung des Nadelhubs) bzw. Injektor-Lebensdauer gemessen (Fahrzeugbetrieb), kann mit der Hubsensitivität (z.B. Änderung Ψ/Änderung Hub) wieder auf den absoluten (mechanischen) Hub rückgeschlossen bzw. umgerechnet werden. Die Hubsensitivität kann während der In¬ jektor-Montage Injektor-individuell ermittelt werden bzw. es wird ein mittlerer Wert für alle Injektoren benutzt.
Aus Veränderungen der Kurve bei verschiedenen Nadelhüben lässt sich die Hubsensitivität ermitteln. Diese beträgt bei der Fig. 6 z.B. 14 yWb/ym. Die verschiedenen Nadelhübe können z.B. bei der Injektor-Montage durch verschiedene Positionen des Polschuhs erhalten werden. Bei der Injektor-Montage können auch ein schrittweises Einpressen des Polschuhs und ein mechanisches Messen (Taster) zur Einstellung eines definierten Nadelhubs erfolgen . Fig. 6 zeigt einen Graphen 55 mit Trajektorien 57, 59, 61, 63, welche Arbeitshübe von 77 ym, 72 ym, 65 ym bzw. 59 ym aufweisen. Wiederum sind die Zustände I und II in den verschiedenen Trajektorien angezeigt. Die Trajektorien 57, 59, 61 und 63 können wiederum als Referenzdaten bzw. Referenzkurven verwendet werden und auch um z.B. die Empfindlichkeit bzw. Sensitivität (z.B. ΔΨ/AHub oder ein Kehrwert davon) zu berechnen. Aus Veränderungen der Kurve bei verschiedenen Nadelhüben lässt sich die Hub- sensitivität ermitteln. Diese beträgt bei der Fig. 6 z.B. 14 yWb/ym. Die verschiedenen Nadelhübe können z.B. bei der Injektor-Montage durch verschiedene Positionen des Polschuhs erhalten werden. Bei der Injektor-Montage können auch ein schrittweises Einpressen des Polschuhs und ein mechanisches Messen (Taster) zur Einstellung eines definierten Nadelhubs erfolgen.
Die höchste Genauigkeit des Verfahrens kann erzielt werden, wenn die Wirbelströme innerhalb des Ankers (und auch anderer mag¬ netischer ferromagnetischer Bauteile) möglichst gering sind. Um die Wirbelströme relativ gering zu halten, kann z.B. eine relativ langsame Ansteuerung (d.h. relativ geringe Boost-Spannung) verwendet werden. Dabei können Spannungs- bzw. Stromformen, z.B. sinusförmig oder sägezahnähnlich oder rechteckförmig sein. Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung wird die Ver- wendung eines Injektors vorgeschlagen, bei dem keine bzw.
verringerte Wirbelströme auftreten. In einem solchen Fall kann es möglich sein, die Ψ-Ι-Kurven auch bei einer Standardansteuerung (z.B. mit 65V Boost-Spannung) durchzuführen, da die Kurvenverläufe bei den Hubbewegungen deutlicher ausgeprägt sind.
Wie vorher bereits erwähnt, ist die Hubbestimmung auch ohne eine vollständige Vermessung einer Trajektorie bzw. Kurve in einem Ψ-Ι-Koordinatensystem möglich. Unter der Annahme, dass die parasitären Luftspalte etwa gleich bleiben, ist es ausreichend, die Kurve nur bis zum Zustand I (für einen Injektor ohne Leerhub) bzw. zwischen den Punkten ΙΙλ und I (für einen Injektor mit Leerhub) auszuwerten bzw. auch zu messen. Vorteilhaft kann jeweils sein, dass die Hubbestimmung ohne Inj ektor-Öffnen (Einspritzung) stattfinden kann . Das heißt, die Messung kann ohne Einfluss auch Emissionen durchgeführt werden.
Die Hub-Werte, welche gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung bestimmt sind, können in vielfältiger Weise weiterbenutzt werden. Zum Beispiel können die Hub-Werte als Eingangsgrößen für eine Modell-basierte Bestimmung des Injektor-Verhaltens weiterverarbeitet werden. Eine Kombination mit z.B. zeitlichen Größen (Leerhub-Überwindung, Nadelanschlag beim Öffnen/Schließen, Strom, Spannungsverläufe, etc.) ist ebenfalls möglich. Die Bestimmung und Korrektur einer Mengenabweichung mit den Hub-Daten, evtl. auch unter Einbeziehung von zeitlichen Messgrößen ist ebenfalls möglich. Die Messung von Kurven bzw. Trajektorien kann in normalen Fahrzeugbetrieb erfolgen, wenn durch die Ansteuerung das Eintrittsverhalten (insbesondere Spraybildung) nicht signifikant verändert wird (Emissionen) . Bei speziellen Ansteuerprofilen ist die Ansteuerung z.B. auch vor dem Fahrzeugstart bei abgebautem Kraftstoffdruck möglich (keine bzw. geringste
Einspritzmengen) oder im Start-/Stopp-Betrieb . Grundsätzlich ist zu beachten, dass die zugegebenen Kraftstoffmengen und deren Verbrennung nicht zu einer Überschreitung der Emissionsgrenzen führen .
Bei einem Wirbelstrom-reduzierten, bzw. Wirbelstrom-freien Injektor kann die Benutzung des Standard-Ansteuerprofils während des normalen Fahrzeugbetriebs zur Messung des Hubes verwendet werden. Die Korrektur der ermittelten Hub-Werte z.B. über Temperatur, Kraftstoffdruck usw. ist möglich. Die Ansteuerung und Auswertung kann mit einem speziellen Messgerät erfolgen. Vorzugsweise wird das Verfahren jedoch mit dem vorhandenen (modifizierten) Motor-Steuergerät durchgeführt. Die Häufigkeit der Messung kann an die zu erwartende Änderung der Hübe angepasst werden, z.B. in definierten km-Intervallen und/oder Zeitschritten und/oder abhängig von der Belastung der Injektoren (Fahrverhalten) .

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Bestimmung eines Hubes eines Ankers (9) eines Magnetventils (1), das eine Spule (3) und den durch Magnetkraft verschiebbaren Anker (9) aufweist, wobei das Verfahren aufweist :
Bereitstellen mindestens eines Referenzdatensatzes
(42, 44, 46, 57, 59, 61, 63) , der eine Größe eines Stroms (I) durch die Spule und eine Größe des magnetischen Flusses (Ψ) bei einer bekannten Größe des Hubes enthält;
Erzeugen eines Stromflusses durch die Spule (3) des
Magnetventils (1), um ein Magnetfeld zu erzeugen, um eine Magnetkraft auf den Anker (9) zu erzeugen, die den Anker in Richtung zum Öffnen eines Verschlusselements (11) verschiebt;
Bestimmen einer Größe des magnetischen Flusses (Ψ) bei Anliegen des Ankers (9) an einem Mitnehmer (13) des Verschlusselements (11); und
Bestimmen der Größe des Hubes basierend auf der bestimmten Größe des magnetischen Flusses und dem Referenzdatensatz.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der Referenzdatensatz repräsentativ für eine Kurve (42,44,46,57,59,61,63) in einem Koordinatensystem ist, in dem auf einer Achse (30) der Strom (i) durch die Spule und auf einer anderen Achse (32) der magnetische Fluss (Ψ) aufgetragen ist.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, ferner aufweisend
Bestimmen einer Abweichung der bestimmten Größe des magnetischen Flusses von einer Größe des magnetischen Flusses des Referenzdatensatzes, welche demselben Stromwert zugeordnet ist;
Verwenden einer vorbekannten Empfindlichkeit (ΔΨ/ÄHub) der
Größe des magnetischen Flusses abhängig von der Größe des Hubes oder einer vorbekannten Empfindlichkeit der Größe des Hubes abhängig von der Größe des magnetischen Flusses (Ψ) , um die Größe des Hubes zu bestimmen.
4. Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Größe des magnetischen Flusses (Ψ) vor Erreichen eines ersten Zustandes (I), bei dem der Anker (9) beginnt, das Verschlusselement (11) zu verschieben, bestimmt wird und
wobei eine Größe eines Arbeitshubes des Ankers (9) basierend auf der bestimmten Größe des magnetischen Flusses (Ψ) bestimmt wird .
5. Verfahren gemäß dem vorangehenden Anspruch,
wobei die Größe des magnetischen Flusses (Ψ) des Mag- netfeldes nach Erreichen eines weiteren Zustandes (II' ) bestimmt wird, ab dem ein Leerhub des Ankers überwunden ist und der Anker an einem Mitnehmer (13) des Verschlusselements (11) anliegt, und wobei eine Größe eines Arbeitshubes des Ankers (9) basierend auf der bestimmten Größe des magnetischen Flusses (Ψ) bestimmt wird.
6. Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche,
wobei Paare einer Größe eines Stromes (i) und einer Größe des magnetischen Flusses (Ψ) , insbesondere in einem Graphen, betrachtet werden, die einer Zustandstraj ektorie (42,44,46) des Ankers (9) während eines Schließvorganges des Magnetventils (1) entsprechen, und
wobei der erste Zustand (I) mit einem Paar assoziiert ist, bei dem sich, entlang der Zustandstraj ektorie, ein Vorzeichen einer Steigung ändert.
7. Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Referenzdaten durch Messung an dem Magnetventil (1) bei verschiedenen eingestellten Polschuhpositionen durchgeführt werden.
8. Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche,
wobei zum Erzeugen des Stromflusses durch die Spule (3) zunächst eine Boostspannung, insbesondere zwischen 3 V und 65 V, und danach eine Haltespannung, insbesondere zwischen 6 V und 14 V, angelegt wird,
wobei der Anker (9) insbesondere ein geschlitztes fer- romagnetisches Material und/oder voneinander elektrisch iso- lierte Schichten von ferromagnetischem Material umfasst, um Wirbelströme zu reduzieren.
9. Verfahren zum Ansteuern eines Magnetventils (1), das eine Spule (3) und einen durch Magnetkraft verschiebbaren Anker (9) aufweist, mit dessen Hilfe über ein steuerbares Verschluss¬ element (11) Kraftstoff (19) in einen Verbrennungsraum (23) einspritzbar ist, wobei das Verfahren aufweist:
Durchführen eines Verfahrens zur Bestimmung eines Hubes eines Ankers des Magnetventils gemäß einem der vorangehenden Ansprüche; und
Ansteuern der Spule (3) des Magnetventils (1) basierend auf dem bestimmten Hub,
wobei insbesondere eine Dauer zwischen dem Anlegen einer Boostspannung zum Öffnen des Magnetventils (1) und dem Anlegen einer Spannung zum Schließen des Magnetventils (1) vermindert bzw. vergrößert wird, wenn bestimmt ist, dass sich der Hub gegenüber einem vorherigen Hub vergrößert bzw. verkleinert hat.
10. Vorrichtung (2) zur Bestimmung eines Hubes eines Ankers (9) eines Magnetventils (1), das eine Spule (3) und den durch Magnetkraft verschiebbaren Anker (9) aufweist, wobei die Vorrichtung aufweist:
einen Speicher (6) zum Bereitstellen mindestens eines Referenzdatensatzes (42,44,46), der eine Größe eines Stroms (i) durch die Spule (3) und eine Größe des magnetischen Flusses (Ψ) bei einer bekannten Größe des Hubes enthält;
einen Treiber (4) zum Erzeugen eines Stromflusses durch die Spule (3) des Magnetventils (1), um ein Magnetfeld zu erzeugen, um eine Magnetkraft auf den Anker (9) zu erzeugen, die den Anker (9) in Richtung zum Öffnen des Verschlusselements (11) ver¬ schiebt ;
ein Bestimmungsmodul (8) das zum
Bestimmen einer Größe des magnetischen Flusses (Ψ) bei Anliegen des Ankers (9) an einem Mitnehmer (13) des
Verschlusselements (11), und zum Bestimmen der Größe des Hubes basierend auf der bestimmten Größe des magnetischen Flusses (Ψ) und dem Referenzdatensatz (42,44,46)
ausgebildet ist.
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