EP0720770B1 - Verfahren und vorrichtung zur ansteuerung eines elektromagnetischen verbrauchers - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to a method and a device to control an electromagnetic consumer according to the preambles of the independent claims.
  • Such a method and such a device for Actuation of an electromagnetic consumer for example from DE-OS 34 26 799 (US-A 4,653,447) known.
  • the consumer is in line with one Current control means switched.
  • the current control means is with a controller output voltage can be applied, the Controller output voltage depending on a control device a comparison between an actual value and a setpoint for the current that flows through the consumer or the Voltage that drops at the consumer can be specified. It are the switching times and, based on this, the Switch-on times and switch-off times of a solenoid valve detected. Based on the time course of the current through the solenoid valve is the exact switching time of the Solenoid valve determined.
  • Such solenoid valves are preferably used to control the Injection of fuels in petrol and / or diesel engines used. For exact metering of even the smallest injection quantities the time of switching is of particular interest, in which the armature of the solenoid valve is one of its reached both end positions.
  • the procedure is such that in one Time window within which the switching time is usually occurs, the current curve and / or the voltage curve is evaluated and based on its temporal course of the Switching time is determined. This is the on the solenoid valve applied voltage or the current flowing through the solenoid valve Current adjusted to a certain value. So it will a constant solenoid valve voltage or current for generation a steady course of the solenoid valve current or voltage provided.
  • the invention has for its object in a method and a device for controlling an electromagnetic Consumer, of the type mentioned, the To simplify detection of the switching time.
  • FIG. 2 various signals plotted over time.
  • the exemplary embodiment described is a device for controlling an electromagnetic Consumer.
  • the device described is and the described method in connection with any electromagnetic consumers can be used. she is not limited to the specific application. Particularly advantageous is, however, the device according to the invention and that Methods according to the invention in connection with internal combustion engines used, in particular when metering Fuel in a combustion chamber of a self-igniting internal combustion engine. For this purpose it is particularly advantageous Way a solenoid valve to control the metering of Fuel used in the internal combustion engine.
  • FIG. 1 are essential elements of the device schematically for controlling a solenoid-controlled fuel metering device shown.
  • An electromagnetic one Consumer 100, a current control means 110, and a current measuring means 120 are in series between a supply voltage Ubat and ground switched.
  • An ohmic resistor is preferably used as the current measuring means 120 used.
  • A is preferably used as the current control means Transistor, in particular a field effect transistor.
  • Consumer 100 is an inductive one Resistance, especially a coil of a solenoid valve.
  • the two connections of the current measuring means 120 are connected to a current detection 130.
  • the current detection 130 acts on a node 135 with the actual value I actual for the current.
  • a setpoint I Soll for the current is present at the second input of node 135.
  • the target value I target is provided by a controller 140.
  • a Current regulator 150 With the output signal of node 135 is a Current regulator 150, in particular an analog regulator, is applied.
  • the output signal UR, IR of the current regulator 150 arrives via a manipulated variable detection 160 to the control connection of the current control means 110.
  • a Field effect transistor is the control connection around the gate of the field effect transistor.
  • An ohmic resistor is preferably used as the manipulated variable detection 160.
  • the BIP detection 170 applies a signal to the controller 140.
  • BIP detection 170 is preferably designed as a comparator that evaluates the voltage drop across resistor 160. As soon as the differentiated output voltage U R becomes less than zero, the BIP detection 170 generates an output signal. Based on the differentiated control output voltage or the direction of flow of the controller output current, the BIP detection detects the switching time.
  • a control signal U Ein is plotted over time T in the first line. This signal indicates whether the control unit 140 forwards a target value I target to the node 135.
  • the current I MV flowing through the solenoid valve is plotted in the second line.
  • the regulator voltage U R present at the output of the regulator 150 is plotted in the fourth line, the differentiated regulator output voltage or the regulator output current I R.
  • the output signal of the BIP acquisition 170 U BIP is plotted.
  • the control device 140 does not emit a signal until the time t1 .
  • the current control means 110 interrupts the flow of current through the consumer 100 and the solenoid valve is not activated.
  • control unit 140 specifies a setpoint. This means that the output signal U Ein takes on an increased value. Since the current flowing through the solenoid valve has not yet reached its desired value, the result of this is that a value other than 0 is present at the output of node 135.
  • the controller 150 then outputs a corresponding manipulated variable U R which increases from 0 to a value. This means that the gate of the current control means is charged by means of a current. The current I R therefore rises very quickly. This in turn has the consequence that the current control means 110 releases the current flow I MV and the current, I MV increases over time.
  • the manipulated variable U R reaches its maximum value and the current I R drops.
  • the current I MV flowing through the solenoid valve reaches its target value I target .
  • the output variable U R of the controller 150 changes. It takes on a smaller value than before. This in turn causes the current I R to assume negative values for a short time. It changes its sign at time t2 . This in turn causes the BIP detection 170 to emit a signal at time t2 which indicates a change in the current direction.
  • the armature of the solenoid valve reaches its new end position. This in turn causes the inductance of the coil to change.
  • the change in the inductance of the coil causes a discontinuity in the output signal U R of the regulator 150, which results in a change of sign or a change in the current I R.
  • This change in the sign of the current I R in turn causes the BIP detection 170 to output a pulse signal to the controller 140 at the time t3 .
  • the control device 140 recognizes the second pulse of the signal U BIP as the switching time of the solenoid valve and evaluates this signal accordingly.
  • the GDP detection suppresses the first pulse at time t2 .
  • a solenoid valve the switching time (BIP) by evaluating the manipulated variable of a current regulator is obtained.
  • a current regulator an analog controller.

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Abstract

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

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und einen Vorrichtung zur Ansteuerung eines elektromagnetischen Verbrauchers gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.
Ein solches Verfahren und eine solche Vorrichtung zur Ansteuerung eines elektromagnetischen Verbrauchers ist beispielsweise aus der DE-OS 34 26 799 (US-A 4,653,447) bekannt. Hier ist der Verbraucher in Reihe mit einem Stromsteuermittel geschaltet. Das Stromsteuermittel ist mit einer Reglerausgangsspannung beaufschlagbar, wobei die Reglerausgangsspannung von einem Regelmittel abhängig von einem Vergleich zwischen einem Istwert und einem Sollwert für den Strom, der durch den Verbraucher fließt, oder die Spannung, die am Verbraucher abfällt, vorgebbar ist. Es werden die Schaltzeitpunkte und davon ausgehend die Einschaltzeiten und Ausschaltzeiten eines Magnetventils erfaßt. Ausgehend von dem zeitlichen Verlauf des Stroms durch das Magnetventil wird der genaue Schaltzeitpunkt des Magnetventils bestimmt.
Ferner ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ansteuerung eines elektromagnetischen Verbrauchers aus der US-4,612,597 bekannt. Diese Schrift zeigt ebenfalls eine Vorgehensweise zur Bestimmung des Schaltzeitpunktes eines elektromagnetischen Verbrauchers. Es ist vorgesehen, daß der Strom durch den Verbraucher auf einen vorgegebenen Wert geregelt wird. Zur Erkennung des Schaltzeitpunktes wird das Tastverhältnis, daß ausgehend von der Regelabweichung gebildet wird, verwendet. Bei einer Änderung des Tastverhältnisses wird der Schaltzeitpunkt erkannt. Diese Schrift zeigt aber nicht, daß die differenzierte Reglerausgangsspannung oder der Reglerausgangsstrom zur Ermittlung des Schaltzeitpunktes ausgewertet wird.
Solche Magnetventile werden vorzugsweise zur Steuerung der Einspritzung von Kraftstoffen in Benzin und/oder Dieselmotoren eingesetzt. Zur exakten Zumessung auch kleinster Einspritzmengen ist insbesondere der Schaltzeitpunkt von Interesse, bei dem der Anker des Magnetventils jeweils eine seiner beiden Endlagen erreicht.
Bei bekannten Systemen wird derart vorgegangen, daß in einem Zeitfenster, innerhalb dem der Schaltzeitpunkt üblicherweise auftritt, der Stromverlauf und/oder der Spannungsverlauf ausgewertet wird und anhand dessen zeitlichen Verlaufs der Schaltzeitpunkt bestimmt wird. Dabei wird die am Magnetventil anliegende Spannung bzw. der durch das Magnetventil fließende Strom auf einen bestimmten Wert eingeregelt. Es wird also eine konstante Magnetventilspannung bzw. Strom zur Erzeugung eines stetigen Verlaufs des Magnetventilstroms oder Spannung bereitgestellt.
Hierzu ist es erforderlich, daß eine spezielle Ansteuerphase, die üblicherweise als BIP-Fenster bezeichnet wird, definiert wird, innerhalb der eine spezielle Ansteuerung erfolgen muß, damit eine Erkennung des Schaltzeitpunktes möglich ist. Ferner ist die Auswertung des Stromverlaufs sehr aufwendig.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Ansteuerung eines elektromagnetischen Verbrauchers, der eingangs genannten Art, die Erkennung des Schaltzeitpunktes zu vereinfachen.
Vorteile der Erfindung
Dadurch daß zur Ermittlung eines Schaltzeitpunktes (BIP) des elektromagnetischen Verbrauchers die differenzierte Reglerausgangsspannung (UR) oder der Reglerausgangsstrom (IR) ausgewertet wird, kann der Aufwand zur Ermittlung des Schaltzeitpunktes minimiert werden. Desweiteren ist das Verfahren universell an verschiedene Magnetventiltypen anpaßbar. Der Aufwand an Schaltungsmitteln ist sehr gering.
Zeichnung
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform erläutert. Es zeigt Figur 1 ein Blockdiagramm der erfindungsgemäßen Einrichtung, Figur 2 verschiedene über der Zeit aufgetragenen Signale.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine Einrichtung zur Ansteuerung eines elektromagnetischen Verbrauchers. Prinzipiell ist die beschriebene Vorrichtung und das beschriebene Verfahren im Zusammenhang mit jeglichen elektromagnetischen Verbrauchern einsetzbar. Sie ist nicht auf die spezielle Anwendung beschränkt. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, die erfindungsgemäße Einrichtung und das erfindungsgmäße Verfahren im Zusammenhang mit Brennkraftmaschinen einzusetzen, insbesondere bei der Zumessung von Kraftstoff in einen Brennraum einer selbstzündenden Brennkraftmaschine. Zu diesem Zweck wird in besonders vorteilhafter Weise ein Magnetventil zur Steuerung der Zumessung von Kraftstoff in die Brennkraftmaschine verwendet.
Hierbei ist es insbesondere bei kleinen Lasten erforderlich, daß kleinste Einspritzmengen möglichst exakt zugemessen werden. Hierzu ist es wiederum erforderlich, daß der Zeitpunkt, zu dem der Anker des bestromten Magnetventils seine Endlage erreicht, bekannt ist. Dieser Zeitpunkt wird üblicherweise mit Beginn of injection period (BIP) bezeichnet.
In Figur 1 sind schematisch wesentliche Elemente der Einrichtung zur Steuerung einer magnetventilgesteuerten Kraftstoffzumeßeinrichtung dargestellt. Ein elektromagnetischer Verbraucher 100, ein Stromsteuermittel 110, und ein Strommeßmittel 120 sind in Reihe zwischen einer Versorgungsspannung Ubat und Masse geschaltet.
Als Strommeßmittel 120 wird vorzugsweise ein ohmscher Widerstand verwendet. Als Stromsteuermittel dient vorzugsweise ein Transistor, insbesondere ein Feldeffekttransistor. Bei dem Verbraucher 100 handelt es sich um einen induktiven Widerstand, insbesondere eine Spule eines Magnetventils.
Die beiden Anschlüsse des Strommeßmittels 120 sind mit einer Stromerfassung 130 verbunden. Die Stromerfassung 130 beaufschlagt einen Verknüpfungspunkt 135 mit dem Istwert IIst für den Strom. Am zweiten Eingang des Verknüpfungspunktes 135 liegt ein Sollwert ISoll für den Strom an. Der Sollwert ISoll wird von einer Steuerung 140 bereitgestellt.
Mit dem Ausgangssignal des Verknüpfungspunktes 135 wird ein Stromregler 150, insbesondere einen Analogregler, beaufschlagt. Das Ausgangssignal UR, IR des Stromreglers 150 gelangt über eine Stellgrößenerfassung 160 zum Steueranschluß des Stromsteuermittels 110. Bei der Verwendung eines Feldeffekttransistors handelt es sich bei dem Steueranschluß um den Gate-Anschluß des Feldeffekttransistors.
Als Stellgrößenerfassung 160 wird vorzugsweise ein ohmscher Widerstand verwendet, dessen beiden Anschlüsse mit einer BIP-Erfassung 170 in Kontakt stehen. Die BIP-Erfassung 170 beaufschlagt wiederum die Steuerung 140 mit einem Signal. Die BIP-Erfassung 170 ist vorzugsweise als Komparator ausgebildet, der den Spannungsabfall an dem Widerstand 160 auswertet. Sobald die differenzierte Ausgangspannung UR kleiner Null wird, erzeugt die BIP-Erfassung 170 ein Ausgangssignal. Ausgehend von der differenzierten Regelausgangsspannung oder der Fließrichtung des Regelerausgangsstroms erkennt die BIP-Erfassung den Schaltzeitpunkt.
Die Funktionsweise dieser Einrichtung wird im folgenden anhand der in der Figur 2 dargestellten Signale beschrieben. In der ersten Zeile ist ein Ansteuersignal UEin über der Zeit T aufgetragen. Dieses Signal gibt an, ob die Steuereinheit 140 einen Sollwert ISoll an den Verknüpfungspunkt 135 weiterleitet.
In der zweiten Zeile ist der durch das Magnetventil fließende Strom IMV aufgetragen. In der dritten Zeile ist die am Ausgang des Reglers 150 anliegende Reglerspannung UR in der vierten Zeile die differenzierte Reglerausgangsspannung bzw. der Reglerausgangsstrom IR aufgetragen. In der letzten Zeile ist das Ausgangssignal der BIP-Erfassung 170 UBIP aufgetragen.
Bis zu dem Zeitpunkt t1 gibt die Steuereinrichtung 140 kein Signal ab. Dies hat zur Folge, daß das Stromsteuermittel 110 den Stromfluß durch den Verbraucher 100 unterbricht, und das Magnetventil nicht angesteuert wird. Ab dem Zeitpunkt t1 gibt die Steuereinheit 140 einen Sollwert vor. Dies bedeutet, daß das Ausgangssignal UEin einen erhöhten Wert annimmt. Da der durch das Magnetventil fließende Strom seinen Sollwert noch nicht erreicht hat, hat dies zur Folge, daß an dem Ausgang des Verknüpfungspunktes 135 ein von 0 verschiedener Wert anliegt. Daraufhin gibt der Regler 150 eine entsprechende Stellgröße UR ab, die von 0 auf einen Wert ansteigt. Dies bedeutet, daß das Gate des Stromsteuermittels mittels eines Stromes aufgeladen wird. Der Strom IR steigt daher sehr schnell an. Dies wiederum hat zur Folge, daß das Stromsteuermittel 110 den Stromfluß IMV freigibt und der Strom, IMV über der Zeit ansteigt.
Nach kurzer Zeit erreicht die Stellgröße UR ihren maximalen Wert und der Strom IR fällt ab. Zum Zeitpunkt t2 erreicht der durch das Magnetventil fließende Strom IMV seinen Sollwert ISoll. Dies hat zur Folge, daß sich die Ausgangsgröße UR des Reglers 150 ändert. Sie nimmt einen kleineren Wert als bisher an. Dies wiederum bewirkt, daß der Strom IR kurzfristig negative Werte annimmt. Er ändert zum Zeitpunkt t2 sein Vorzeichen. Dieser wiederum bewirkt, daß die BIP-Erfassung 170 zum Zeitpunkt t2 ein Signal abgibt, das einen Änderung der Stromrichtung anzeigt.
Im Zeitpunkt t3 erreicht der Anker des Magnetventils seine neue Endlage. Dies wiederum bewirkt, daß sich die Induktivität der Spule ändert. Die Änderung der Induktivität der Spule bewirkt eine Diskontinuität des Ausgangssignals UR des Reglers 150, das ein Vorzeichenwechsel bzw. eine Änderung des Stroms IR zur Folge hat. Dieser Vorzeichenwechsel des Stroms IR wiederum bewirkt, daß die BIP-Erfassung 170 zum Zeitpunkt t3 ein Impulssignal an die Steuerung 140 abgibt.
Die Steuereinrichtung 140 erkennt den zweiten Impuls des Signals UBIP als Schaltzeitpunkt des Magnetventils und wertet dieses Signal entsprechend aus. Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die BIP-Erfassung den ersten Impuls zum Zeitpunkt t2 unterdrückt.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß bei einem Magnetventil der Schaltzeitpunkt (BIP) durch Auswertung der Stellgröße eines Stromreglers gewonnen wird. Als Stromregler dient vorzugsweise ein Analogregler.
Alternativ kann auch vorgesehen sein, daß eine Spannungsregelung vorgesehen ist. In diesem Fall wird alternativ zum Strom, der durch den Verbraucher fließt, die am Verbraucher abfallende Spannung auf einen Sollwert eingeregelt. Die Auswertung der Stellgröße erfolgt entsprechend.

Claims (4)

  1. Verfahren zur Ansteuerung eines elektromagnetischen Verbrauchers (100), wobei der Verbraucher (100) in Reihe mit einem Stromsteuermittel (110) geschaltet ist, wobei das Stromsteuermittel (110) mit einer Reglerausgangsspannung beaufschlagbar ist, wobei die Reglerausgangsspannung von einem Regelmittel (150) abhängig von einem Vergleich zwischen einem Istwert und einem Sollwert für den Strom, der durch den Verbraucher fließt, oder die Spannung, die am Verbraucher abfällt, vorgebbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung eines Schaltzeitpunktes (BIP) des elektromagnetischen Verbrauchers die differenzierte Reglerausgangsspannung (UR) oder der Reglerausgangsstrom (IR) auswertbar ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltzeitpunkt erkannt wird, wenn die differenzierte Reglerausgangsspannung (UR) einen Vorzeichenwechsel aufweist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltzeitpunkt erkannt wird, wenn sich die Fließrichtung des Reglerausgangsstroms (IR) ändert.
  4. Vorrichtung zur Ansteuerung eines elektromagnetischen Verbrauchers (100), wobei der Verbraucher (100) in Reihe mit einem Stromsteuermittel (110) geschaltet ist, mit einer Reglerausgangsspannung beaufschlagbar ist, wobei ein Regelmittel (150) die Reglerausgangsspannung abhängig von einem Vergleich zwischen einem Istwert und einem Sollwert für den Strom, der durch den Verbraucher fließt, oder die Spannung, die am Verbraucher abfällt, vorgibt, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (170) vorgesehen sind, die zur Ermittlung eines Schaltzeitpunktes (BIP) des elektromagnetischen Verbrauchers die differenzierte Reglerausgangsspannung (UR) oder der Reglerausgangsstrom (IR) auswerten.
EP95924843A 1994-07-22 1995-07-07 Verfahren und vorrichtung zur ansteuerung eines elektromagnetischen verbrauchers Expired - Lifetime EP0720770B1 (de)

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