EP0764238B1 - Verfahren und vorrichtung zur ansteuerung eines elektromagnetischen verbrauchers - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur ansteuerung eines elektromagnetischen verbrauchers Download PDF

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EP0764238B1
EP0764238B1 EP95920757A EP95920757A EP0764238B1 EP 0764238 B1 EP0764238 B1 EP 0764238B1 EP 95920757 A EP95920757 A EP 95920757A EP 95920757 A EP95920757 A EP 95920757A EP 0764238 B1 EP0764238 B1 EP 0764238B1
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EP
European Patent Office
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time
current
switching
solenoid valve
movable element
Prior art date
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EP95920757A
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EP0764238A1 (de
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Michael Kirschner
Torsten Henke
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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Publication of EP0764238B1 publication Critical patent/EP0764238B1/de
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H47/00—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the relay and designed to obtain desired operating characteristics or to provide energising current
    • H01H47/22—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the relay and designed to obtain desired operating characteristics or to provide energising current for supplying energising current for relay coil
    • H01H47/32—Energising current supplied by semiconductor device
    • H01H47/325—Energising current supplied by semiconductor device by switching regulator
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/20—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
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    • F02D41/20—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils
    • F02D2041/202—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils characterised by the control of the circuit
    • F02D2041/2024—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils characterised by the control of the circuit the control switching a load after time-on and time-off pulses
    • F02D2041/2027—Control of the current by pulse width modulation or duty cycle control
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F02D2041/2031—Control of the current by means of delays or monostable multivibrators
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    • F02D2041/2055—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils characterised by the control of the circuit with means for determining actual opening or closing time
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02D2041/202—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils characterised by the control of the circuit
    • F02D2041/2058—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils characterised by the control of the circuit using information of the actual current value

Definitions

  • the invention relates to a method and an apparatus for Control of an electromagnetic consumer according to the General terms of the independent claims.
  • a method and a device for controlling an electromagnetic Consumer is from DE-OS 34 26 799 (US-A 4,653,447). At the facility described there are the switching times and, based on this, the switch-on times and switch-off times of the solenoid valve are detected. Outgoing from the time course of the current through the solenoid valve the exact switching time of the solenoid valve is determined.
  • DE-OS 42 37 706 is a device for recognizing the switching time for a solenoid valve known. At this The valve is actuated in a timed manner. Of the current flowing through the valve is regulated to a setpoint. The time at which the duty cycle changes is recognized as the switching time.
  • 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 of particular interest is the switching time at which the Armature of the energized solenoid valve each one of its two End positions reached.
  • the procedure is such that in one Time window within which the switching time is usually occurs, the current profile is evaluated and based on its time Course of the switching time is determined.
  • the voltage applied to the solenoid valve to a certain value adjusted. So it becomes a constant solenoid valve voltage to generate a steady course of the solenoid valve current provided.
  • the voltage is regulated the switching devices involved will be the Control device depending on the voltage level with one part considerable power loss, which in the short term to an undesirable increase in the temperature of the switching means leads.
  • the invention has for its object in a method and a device for controlling an electromagnetic Consumer, of the type mentioned at the beginning of the power loss to reduce.
  • the Current level force level
  • the provision of a suitable duty cycle with a constant switching pattern does not represent one Microcomputer still a complex for separate hardware Task and can therefore with regard to the implementation effort can be called simple. Furthermore there is no filtering of the signal.
  • FIG. 1 shows a block diagram of the device according to the invention, the figure 2 different signals plotted over time
  • FIG. 3 a flowchart to illustrate the invention
  • Procedure and Figure 4 is a detailed illustration of a Part of FIG. 2.
  • 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 Method according to the invention in connection with internal combustion engines to be used, especially 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.
  • GDP beginning of injection period
  • the time course of the current is preferably constant Voltage or the course of the voltage over time constant current evaluated whether this course a kink or a significant evaluable change in Has difference quotients of the size under consideration.
  • a such device is for example from DE-OS 42 238 891 known.
  • FIG. 1 are essential elements of a device schematically for controlling a solenoid-controlled fuel metering device shown.
  • a switching means 110 Via a switching means 110 is an electromagnetic consumer 100 with a voltage supply device (Ubat) connected.
  • the switching device is controlled by a control device 120.
  • the Control device 120 can in turn be controlled by a current or a duty cycle specification 130.
  • the other connection of the electromagnetic consumer stands over a sensor 145 or a current detection means connected to earth.
  • the sensor 145 is equipped with an evaluation circuit 140 and this with the voltage regulation or the current control 130 or with the control device 120 in connection.
  • the control device controls 120 a further switching means 115, which is between the sensor 145 and the evaluation 140 is arranged.
  • the sequence of the components in the series connection from the switching means 110, the consumer 100 and the sensor 145 can be chosen arbitrarily.
  • Transistors in particular, are preferably used as switching means Field effect transistors used.
  • the stroke H is the The dot-dash solenoid valve or the armature, which on Consumer 100 falling voltage UM with a solid Line and the one flowing through the consumer 100 Current IM is drawn with a dashed line.
  • the control device controls at a predetermined time T1 120 the switching means 110 so that the voltage assumes a second value U2. This value is in the range the battery voltage Ubat. At the same time, the Current IM over time. The armature of the solenoid valve shows initially no reaction.
  • This state remains until the current through the solenoid valve reaches a predetermined threshold.
  • This threshold is in the range of a few amperes. Is If this threshold value is reached, the current control generates 130 a corresponding signal and forwards this to the control device 120 further.
  • the control device 120 controls the switching means 110 so that it opens again. This in turn causes the solenoid valve to drop flowing current.
  • the current control 130 compares the current value detected by the sensor 145 with a predetermined value Setpoint and generated depending on the comparison result a signal to act on the control device 120.
  • the control device 120 provides by opening and Closing the switching means 130 the current to the setpoint on.
  • this setpoint is approx. 10 amps.
  • the anchor in begins To move towards its second end position X2.
  • the method according to the invention is shown in FIG. 3 as a flow chart shown.
  • the first step is to start out of different operating parameters 305 times T2 and T3 given. It is particularly advantageous if the values T2 and T3 depending on operating parameters, such as the speed, the amount of fuel injected or others Sizes are specified. This can be done using, for example a map. Define the times T2 and T3 a time window within which the switching time GDP is expected to occur.
  • the query 310 checks whether the time T2 has already reached is. In known systems, at time T2 switched to voltage regulation. This means that the switching means 110 by suitable control in the linear Range of its characteristic curve is operated and therefore a significant one Power loss stress occurs. This power loss reduces the efficiency of the electronic Injection system.
  • the procedure is as follows. Within of the time window becomes a clocked voltage control passed over.
  • the control device 120 or from a superordinate microcomputer in Step 320 a drive pulse pattern of fixed frequency and with fixed but adjustable duty cycle. This Duty cycle is chosen so that it connects with the almost constant battery voltage one in your Mean value also almost constant voltage UMV am Solenoid valve sets.
  • the frequency F or the period of the control signal are chosen so that the evaluation circuit is sufficient Has time to do the calculations.
  • step 330 the switching means 110 and 115 with the corresponding control signal is applied.
  • step 335 The sensor 145 detects the one flowing through the consumer 100 Electricity.
  • the mean value of the solenoid valve current IM shows the same Course on, as with a constant voltage.
  • the pulsed operating mode causes the solenoid valve current to oscillate however, around its mean. These fluctuations complicate the evaluation of the current profile generated in this way.
  • the current is evaluated synchronously. That is, the Electricity is generated at fixed times after switching on the final stage and / or at fixed times after the Switching off the switching means 110 detected. These time discrete Current values are then fed to evaluation 140.
  • the switch 110 and 115 controlled by the control 120 simultaneously.
  • the difference quotient of the current-time curve can from the sampled during the time window in a simple manner Current values can be calculated. Starting from this Determination of the difference quotient is made using known ones Software evaluation process calculates the switching times.
  • the mean value of the solenoid valve voltage by specifying a fixed duty cycle with constant Period T for generating a "GDP" that can be evaluated Current flow while saving voltage regulation controlled.
  • the time falls from time T2 Average of the current slowly decreases. This drop is harmonics in integer multiples of the frequencies of the Control signal superimposed.
  • the anchor continues its movement towards its new end position X2.
  • the query 340 checks whether the time T3 has been reached. If this is not the case, the consumer is in the Steps 330 further driven and the current in step 335 recorded.
  • FIG. 2 A section of FIG. 2 is shown in more detail in FIG. 4 to illustrate various values.
  • T is the period of the control signal.
  • T g denotes the time period in which the consumer is switched on.
  • T 0 denotes the time period in which the consumer is switched off.
  • T A denotes the time at which the measured value of the current is recorded.
  • the difference quotient can be easily calculated from the sampled current values.
  • the value i u (k + 1) is the current sample value for the current at the time (k + 1) and the value i u (k) is the sample value for the current at the time (k).
  • the time k is earlier than the time (k + 1).
  • the current values can also be sampled at a fixed, predefinable time T A after switching off. In this case, a corresponding formula applies.

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Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ansteuerung eines elektromagnetischen Verbrauchers gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.
Ein Verfahren und eine Einrichtung zur Ansteuerung eines elektromagnetischen Verbrauchers ist aus der DE-OS 34 26 799 (US-A 4,653,447) bekannt. Bei der dort beschriebenen Einrichtung werden die Schaltzeitpunkte und davon ausgehend die Einschaltzeiten und Ausschaltzeiten des Magnetventils erfaßt. Ausgehend von dem zeitlichen Verlauf des Stroms durch das Magnetventil wird der genaue Schaltzeitpunkt des Magnetventils bestimmt.
Ferner ist aus der DE-OS 42 37 706 eine Einrichtung zum Erkennen des Schaltzeitpunktes bei eines Magnetventil bekannt. Bei dieser Einrichtung erfolgt eine getaktete Ansteuerung des Ventils. Der durch das Ventil fließende Strom wird auf einen Sollwert geregelt. Der Zeitpunkt, bei dem sich das Tastverhältnis ändert, wird als Schaltzeitpunkt erkannt.
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 bestromten 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 ausgewertet und anhand dessen zeitlichen Verlaufs der Schaltzeitpunkt bestimmt wird. Dabei wird die am Magnetventil anliegende Spannung auf einen bestimmten Wert eingeregelt. Es wird also eine konstante Magnetventilspannung zur Erzeugung eines stetigen Verlaufs des Magnetventilstroms bereitgestellt. Während dieser Phase, in der die Spannung geregelt wird, werden die beteiligten Schaltmittel der Regeleinrichtung je nach Spannungspegel mit einer zum Teil beträchtlichen Verlustleistung beaufschlagt, welche kurzfristig zu einer unerwünschten Erhöhung der Temperatur des Schaltmittels führt.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Verfahren und einer Einrichtung zur Ansteuerung eines elektromagnetischen Verbrauchers, der eingangs genannten Art die Verlustleistung zu reduzieren.
Diese Aufgabe wird gelöst mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 bzw. 6
Vorteile der Erfindung
Dadurch, daß während des Zeitfensters eine getaktete Spannungssteuerung mit einer vorgegebenen Frequenz und einem vorgegebenen Tastverhältnis erfolgt, ergibt sich der Vorteil, daß die Spannungsregelung während der BIP-Erkennung entfallen kann, dadurch verringert sich der Aufwand an Bauteilen erheblich. Während der BIP-Erkennungsphase, die auch als BIP-Fenster bezeichnet werden kann, wird die Verlustleistungsbeanspruchung des Schaltmittels erheblich vermindert. Der sich einstellende charakteristische Stromverlauf ermöglicht bei unterschiedlichen Typen von Magnetventilen, nach vorhergehender Bestimmung des jeweils notwendigen Tastverhältnisses, eine zuverlässige Auswertung des Stromverlaufs und damit eine exakte Erkennung des Schaltzeitpunktes.
Hinsichtlich der hydraulischen Kräfte und deren negativen Auswirkungen auf die Position des Ankers besteht die Möglichkeit, durch die Vorgabe des Tastverhältnisses, das Stromniveau (Kraftniveau) beibehalten werden kann. Dies bietet den Vorteil, daß das Schließverhalten optimal im Sinne der zur Verfügung stehenden Eingriffsmöglichkeiten gestalten werden kann. Die Bereitstellung eines geeigneten Tastverhältnis mit konstantem Schaltmuster stellt weder für einen Mikrorechner noch für eine gesonderte Hardware eine aufwendige Aufgabe dar und kann daher hinsichtlich des Realisierungsaufwandes als einfach bezeichnet werden. Desweiteren entfällt die Filterung des Signals.
Zeichnung
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform erläutert. Es zeigen Figur 1 ein Blockdiagramm der erfindungsgemäßen Einrichtung, die Figur 2 verschiedene über Zeit aufgetragene Signale, Figur 3 ein Flußdiagramm zur Verdeutlichung der erfindungsgemäßen Vorgehensweise und Figur 4 eine detaillierte Darstellung eines Teiles der Figur 2.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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 erfindungsgemäße 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. Dieser Zeitpunkt kann durch die Auswertung des zeitlichen Verlaufs des Magnetventilstroms gewonnen werden.
Vorzugsweise wird der zeitliche Verlauf des Stroms bei konstanter Spannung bzw. der zeitliche Verlauf der Spannung bei konstantem Strom dahingehend ausgewertet, ob dieser Verlauf einen Knick bzw. eine wesentliche auswertbare Änderung des Differenzenquotienten der betrachteten Größe aufweist. Eine solche Einrichtung ist beispielsweise aus der DE-OS 42 238 891 bekannt.
In Figur 1 sind schematisch wesentliche Elemente einer Einrichtung zur Steuerung einer magnetventilgesteurerten Kraftstoffzumeßeinrichtung dargestellt. Über ein Schaltmittel 110 ist ein elektromagnetischer Verbraucher 100 mit einer Spannungsversorgungseinrichtung (Ubat) verbunden. Das Schaltmittel wird von einer Ansteuereinrichtung 120 angesteuert. Die Ansteuereinrichtung 120 kann wiederum mit einer Stromregelung bzw. einer Tastverhältnisvorgabe 130 verbunden sein.
Der andere Anschluß des elektromagnetischen Verbraucher steht über einen Sensor 145 bzw. ein Stromerfassungsmittel mit Masse in Verbindung. Der Sensor 145 steht mit einer Auswerteschaltung 140 und diese mit der Spannungsregelung bzw. der Stromregelung 130 oder mit der Ansteuereinrichtung 120 in Verbindung. Desweiteren steuert die Ansteuereinrichtung 120 ein weiteres Schaltmittel 115, das zwischen dem Sensor 145 und der Auswertung 140 angeordnet ist, an.
Die Reihenfolge der Bauelemente in der Reihenschaltung bestehend aus dem Schaltmittel 110, dem Verbraucher 100 und dem Sensor 145 kann beliebig gewählt werden.
Als Schaltmittel werden vorzugsweise Transistoren, insbesondere Feldeffekttransistoren, verwendet.
Die Arbeitsweise dieser Einrichtung wird im folgenden anhand der Figur 2 beschrieben. In Figur 2 ist der Hub H der Magnetventilnadel bzw. des Ankers strichpunktiert, die am Verbraucher 100 abfallende Spannung UM mit einer durchgezogenen Linie und der durch den Verbraucher 100 fließende Strom IM mit einer gestrichelten Linie eingezeichnet.
Diese Signalverläufe sind in Figur 2 über der Zeit t aufgetragen. Zu Beginn befindet sich der Anker des Magnetventils in seiner ersten Endlage X1. Der Strom IM nimmt den Wert 0 an und die am Magnetventil abfallende Spannung UM nimmt ebenfalls einen ersten Wert U1 an.
Zu einem vorgegebenen Zeitpunkt T1 steuert die Ansteuereinrichtung 120 das Schaltmittel 110 derart an, daß die Spannung einen zweiten Wert U2 annimmt. Dieser Wert liegt im Bereich der Batteriespannung Ubat. Gleichzeitig steigt der Strom IM über der Zeit an. Der Anker des Magnetventils zeigt vorerst keine Reaktion.
Dieser Zustand bleibt solange bestehen, bis der Strom durch das Magnetventil einen vorgegebenen Schwellwert erreicht. Dieser Schwellwert liegt im Bereich von einigen Ampere. Ist dieser Schwellwert erreicht, so erzeugt die Stromregelung 130 ein entsprechendes Signal und leitet dies an die Ansteuereinrichtung 120 weiter. Die Ansteuereinrichtung 120 steuert das Schaltmittel 110 so an, daß dieses wieder öffnet. Dies wiederum bewirkt ein Abfall des durch das Magnetventil fließenden Stroms. Die Stromregelung 130 vergleicht den von dem Sensor 145 erfaßten Stromwert mit einem vorgegebenen Sollwert und erzeugt abhängig von dem Vergleichsergebnis ein Signal zur Beaufschlagung der Ansteuereinrichtung 120. Die Ansteuereinrichtung 120 stellt durch Öffnen und Schließen des Schaltmittels 130 den Strom auf den Sollwert ein.
Dieser Sollwert liegt bei diesem Ausführungsbeispiel bei ca. 10 Ampere. In diesem Zeitabschnitt beginnt sich der Anker in Richtung seiner zweiten Endlage X2 zu bewegen.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist in Figur 3 als Flußdiagramm dargestellt. In einem ersten Schritt werden ausgehend von verschiedenen Betriebsparamtern 305 Zeitpunkte T2 und T3 vorgegeben. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Werte T2 und T3 abhängig von Betriebskenngrößen, wie beispielsweise der Drehzahl, der eingespritzten Kraftstoffmenge oder anderer Größen vorgegeben werden. Dies kann beispielsweise mittels eines Kennfeldes erfolgen. Die Zeitpunkte T2 und T3 definieren ein Zeitfenster, innerhalb dem der Schaltzeitpunkt BIP voraussichtlich auftritt.
Die Abfrage 310 überprüft, ob der Zeitpunkt T2 bereits erreicht ist. Bei bekannten Systemen wird beim Zeitpunkt T2 auf eine Spannungsregelung übergegangen. Dies bedeutet, daß das Schaltmittel 110 durch geeignete Ansteuerung im linearen Bereich seiner Kennlinie betrieben wird und somit eine erhebliche Verlustleistungsbeanspruchung auftritt. Diese Verlustleistung vermindert den Wirkungsgrad des elektronischen Einspritzsystems.
Um den Wirkungsgrad des Einspritzsystems zu erhöhen und die thermische Beanspruchung des Schaltmittels 110 zu vermindern, wird ab dem Zeitpunkt T2 wie folgt vorgegangen. Innerhalb des Zeitfensters wird zu einer getakteten Spannungssteuerung übergegangen. Hierzu wird von der Ansteuereinrichtung 120 bzw. von einem übergeordneten Mikrorechner im Schritt 320 ein Ansteuerimpulsmuster fester Frequenz und mit festem jedoch einstellbarem Tastverhältnis vorgegeben. Dieses Tastverhältnis wird so gewählt, daß sich in Verbindung mit der nahezu konstanten Batteriespannung eine in ihrem Mittelwert ebenfalls nahezu konstante Spannung UMV am Magnetventil einstellt.
Die Frequenz F bzw. die Periodendauer des Ansteuersignals werden so gewählt, daß die Auswerteschaltung ausreichend Zeit hat um die Berechnungen durchzufphren.
Im Schritt 330 werden die Schaltmittel 110 und 115 mit dem entsprechenden Ansteuersignal beaufschlagt. Im Schritt 335 erfaßt der Sensor 145 den durch den Verbraucher 100 fließenden Strom.
Der Mittelwert des Magnetventilstroms IM weist denselben Verlauf auf, wie bei Anliegen einer konstanten Spannung. Durch die getaktete Betriebsweise pendelt der Magnetventilstrom jedoch um seinen Mittelwert. Diese Schwankungen erschweren die Auswertung des auf diese Weise erzeugten Stromverlaufs.
Zur Vermeidung von einer Nachfilterung des Stromverlaufes wird der Strom schaltsynchron ausgewertet. Das heißt, der Strom wird jeweils zu festen Zeitpunkten nach dem Einschalten der Endstufe und/oder zu festen Zeitpunkten nach dem Ausschalten des Schaltmittels 110 erfaßt. Diese zeitdiskreten Stromwerte werden dann der Auswertung 140 zugeführt. In der einfachsten Ausführungsform wird jeweils der Schalter 110 und 115 von der Ansteuerung 120 gleichzeitig angesteuert.
Unter Berücksichtigung, daß der Zeitverlauf des Stroms zwischen dem Ein- und dem Ausschalten sich weitgehend linear verhält, kann der Differenzenquotient des Stromzeitverlaufs während des Zeit fensters auf einfache Weise aus den abgetasteten Stromwerten errechnet werden. Ausgehend von dieser Bestimmung des Differenzenquotienten werden mittels bekannter Softwareauswerteverfahren die Schaltzeitpunkte berechnet.
Erfindungsgemäß wird der Mittelwert der Magnetventilspannung durch Vorgabe eines festen Tastverhältnisses mit konstanter Periodendauer T zur Erzeugung eines hinsichtlich "BIP" auswertbaren Stromverlaufs unter Einsparung einer Spannungsregelung angesteuert.
Ab dem Zeitpunkt T2 fällt bei dieser Ausführungsform der Mittelwert des Stroms langsam ab. Diesem Abfall sind Oberschwingungen in ganzzahligen Vielfachen der Frequenzen des Ansteuersignals überlagert. Dabei setzt der Anker seine Bewegung in Richtung seiner neuen Endlage X2 fort.
Während sich der Anker bewegt, wird in der Spule des elektromagnetischen Verbrauchers eine Spannung induziert. Zum Schaltzeitpunkt TBIP erreicht der Anker seine neue Endlage und die Bewegung endet. Dies bewirkt, daß die induzierte Spannung verschwindet. Dies hat zur Folge, daß der durch die Spule fließende Strom IM ab diesem Zeitpunkt eine andere Steigung aufweist. Diese Änderung im Stromverlauf wird mittels der Auswerteschaltung 140 detektiert.
Hierbei ist es nicht zwingend, daß der Strom langsam abfällt. Je nach Ausgestaltung weist der Strom beiderseits des Zeitpunktes TBIP einen stetig differenzierbaren Verlauf auf. Im Zeitpunkt TBIP ändert sich die Steigung, des über die Zeit aufgetragenen Stroms.
Die Abfrage 340 überprüft, ob der Zeitpunkt T3 erreicht ist. Ist dies nicht der Fall, so wird der Verbraucher in den Schritten 330 weiter angesteuert und der Strom in Schritt 335 erfaßt.
Zur Verdeutlichung verschiedener Werte ist in Figur 4 ein Ausschnitt der Figur 2 detaillierter dargestellt. In Teilfigur a ist der Strom IM durch den Verbraucher und in Teilfigur b die Spannung UM über der Zeit t aufgetragen. Mit T ist die Periodendauer des Ansteuersignal bezeichnet. Mit Tg ist die Zeitdauer bezeichnet, in der der Verbraucher eingeschaltet ist. Mit T0 ist die Zeitdauer bezeichnet, in der der Verbraucher ausgeschaltet ist. Mit TA ist die Zeit bezeichnet, zu der der Meßwert des Stroms erfaßt wird.
Zur Auswertung des Stromverlaufs wird üblicherweise der Differenzenquotient des Stromverlaufs während des BIP-Fensters benötigt.
Der Differenzenquotient kann auf einfache Weise aus den abgetasteten Stromwerten errechnet werden. Die Stromwerte werden zu einem festen vorgebbaren Zeitpunkt TA nach dem Einschalten abgetastet, so kann diese Berechnung vorzugsweise gemäß der folgenden Formel erfolgen. Δi/T = (iu(k+1)-iu(k)) / T
Bei dem Wert iu(k+1) handelt es sich um den aktuellen Abtastwert für den Strom zum Zeitpunkt (k+1) und bei dem Wert iu(k) um den Abtastwert für den Strom zum Zeitpunkt (k). Der Zeitpunkt k liegt dabei zeitlich vor dem Zeitpunkt (k+1). Alternativ können die Stromwerte auch zu einem festen vorgebbaren Zeitpunkt TA nach dem Ausschalten abgetastet werden. In diesem Fall gilt eine entsprechende Formel.
Ausgehend von dieser Bestimmung des Differenzenquotienten können nun mit Hilfe bekannter Auswerteverfahren die weiteren Berechnungen zur Bestimmung des Schaltzeitpunktes erfolgen.
Auf Grund der getakteten Ansteuerung im BIP-Fenster kann die Verlustleistung erheblich reduziert werden. Auf Grund der zeitsynchronen Abtastung der Stromwerte wird die Auswertung des Stromverlaufs nicht beeinträchtigt. Im Gegenteil die zur Erkennung des Schaltzeitpunkts erforderliche Information, läßt sich einfach und mit geringem Aufwand gewinnen.
Erkennt die Abfrage 340, daß der Zeitpunkt T3 erreicht ist, so wird in Schritt 350 wahlweise auf die Stromregelung übergegangen oder falls T3 = T4 ist, der Schalter 110 geöffnet. Zum Zeitpunkt T4 wird der Schalter 110 geöffnet und die Ansteuerung des Magnetventils endet.

Claims (6)

  1. Verfahren zur Ansteuerung eines elektromagnetischen Verbrauchers, der ein bewegliches Element umfaßt, insbesondere eines Magnetventils zur Kraftstoffzumessung in eine Brennkraftmaschine, wobei innerhalb eines Zeitfensters ein Schaltzeitpunkt des beweglichen Elements durch Auswerten des zeitlichen Verlaufs einer Größe, die dem Strom durch den elektromagnetischen Verbraucher entspricht, ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß während des Zeitfensters eine getaktete Spannungssteuerung mit einer vorgegebenen Frequenz und einem vorgegebenen Tastverhältnis erfolgt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diskrete Stromwerte ausgewertet werden.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromwerte synchron zur Ansteuerung ausgewertet werden.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromwerte zu einer festen vorgebbaren Zeit nach dem Einschalten oder Ausschalten abgetastet werden.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ausgehend von den Stromwerten ein Differenzenquotient gemäß der Formel Δi/T = (Iu(k+1) - Iu(k)) / T berechnet wird, wobei es sich bei dem Wert Iu(k+1) um den Stromwert zum Zeitpunkt (k+1), bei dem Wert Iu(k) um den Stromwert zum Zeitpunkt (k) und bei T um die Periodendauer des Ansteuersignals handelt.
  6. Vorrichtung zur Ansteuerung eines elektromagnetischen Verbrauchers, der ein bewegliches Element umfaßt, insbesondere eines Magnetventils zur Kraftstoffzumessung in eine Brennkraftmaschine, mit Mitteln, die innerhalb eines Zeitfensters ein Schaltzeitpunkt des beweglichen Elements durch Auswerten des zeitlichen Verlaufs einer Größe, die dem Strom durch den elektromagnetischen Verbraucher entspricht, ermitteln, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, die während des Zeitfensters eine getaktete Spannungssteuerung mit einer vorgegebenen Frequenz und einem vorgegebenen Tastverhältnis durchführen.
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