FI115008B - Menetelmä solenoidin toiminnan valvomiseksi - Google Patents

Description

115008

MENETELMÄ SOLENOIDIN TOIMINNAN VALVOMISEKSI FÖRFARANDE FÖR ATT ÖVERVAKA FUNKTIONEN AV EN SOLENOID

5 Keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdanto-osan mukainen menetelmä solenoidin toiminnan valvomiseksi.

Useissa moottoreiden polttoaineen ruiskutusjärjestelmissä käytetään solenoideja ohjaamaan ruiskutussuuttimien toimintaa. Tämä voi tapahtua joko 10 venttiilineulan suorakäytöllä tai välillisesti ohjaamalla esimerkiksi servoöljyn painetasoa ruiskutussuuttimella solenoidiventtiilin avulla. Molemmissa tapauksissa toiminta perustuu aina solenoidin karan liikkeeseen. Eräs epäsuoraan ohjaukseen perustuva järjestelmä on esitetty hakijan patentissa US 6,240,901.

15 Solenoidin kelan lävitse kulkee sähkövirta, kun siihen kytketään sähköenergian lähde. Tämä saa aikaan solenoidin karan liikkeen aiheuttavan magneettikentän. Solenoideissa sähkövirta muuttuu karan aseman perusteella, erityisesti karan liikkeelle lähdettyä virta hetkeksi kääntyy laskuun muodostaen virran paikallisen maksimiarvon. Tätä tietoa voidaan käyttää solenoidin toiminnan valvomi- 20 seksi, erityisesti tällä voidaan havaita ruiskutussuuttimen avautumishetki. Tämän tiedon avulla voidaan myös varmistaa, että kara on lähtenyt liikkeelle.

*

Julkaisussa WO 03/007317 A1 on esitetty eräs menetelmä solenoidin ohjaamiseksi. Tässä julkaisussa on kuitenkin lähtökohtana määrittää ajankohta, jol-·' 25 loin ruiskutussuutin on kokonaan avautunut. Edellä kuvattu paikallinen virran maksimiarvo ilmenee myös tilanteessa, kun karan liike pysähtyy. Julkaisun esittämässä menetelmässä jää huomioimatta kokonaan ruiskutussuuttimen liikkeen aikaiset tapahtumat.

30 Keksinnön tarkoituksena on aikaansaada menetelmä solenoidin toiminnan valvomiseksi, joka minimoi tunnetun tekniikan ongelmia. Erityisesti keksinnön tarkoituksena on aikaan saada menetelmä moottorin solenoidiohjatun ruiskutussuuttimen ruiskutuksen alkamiskohdan määrittämiseksi, jolla ruiskutuksen al-'· kamiskohta tapahtuu luotettavasti, mutta samalla yksinkertaisesti.

35 2 115008

Keksinnön mukainen menetelmä solenoidin toiminnan valvomiseksi, jossa solenoidissa saadaan sen karan liike aikaisesti tuomalla sähköenergiaa solenoidiin, jolloin solenoidissa kulkee sähkövirta, muodostuu seuraavien menetelmävaihei-den yhdistelmästä: 5 - määritetään malli kuvaamaan solenoidin virtasignaalia tietyin aikavälein sole noidin aktivoimishetkestä eteenpäin, - mitataan todellinen solenoidin virtasignaali mallia vastaavin aikavälein, - määritetään jäännössignaali, joka on mallin ja todellisen virtasignaalin erotus, ja 10 - suoritetaan kullekin jäännössignaalille kynnysanalyysi.

Keksinnön mukaisessa menetelmässä käytetään hyväksi mallia, jossa solenoidin virtasignaalin arvo mallinnetaan lineaarisesti jaksoittain jatkuvalla funktiolla, jonka arvo on pelkästään ajasta riippuvainen.

15

Menetelmässä mallin määrityksen aikaikkuna vastaa menetelmän kohteena olevan solenoidin solenoidin haluttua valvonta-aikaa, kuten sisäänvetoaikaa. Vastaavasti kynnysanalyysin määrityksen aikaikkuna vastaa menetelmän kohteena olevan solenoidin sisäänvetoaikaa. Kynnysanalyysissä verrataan jään-20 nössignaalin arvon poikkeamaa nolla-arvosta tiettyyn ennalta määrättyyn raja-arvoon, jolloin tuloksena olevasta signaalista on yksinkertaista havaita karan liikkeelle lähdön aiheuttaman suhteellisen merkittävä positiivinen poikkeama.

• Menetelmällä määritetään edullisesti moottorin polttoaineen ruiskutussuutti- , >* men avautumisen alkamiskohta. Solenoidi ohjaa moottorin ruiskutussuuttimen : 25 toimintaa, jolloin ainakin se ajan hetki, jolloin jäännössignaalin arvo ylittää mai- : : nitun raja-arvon, välitetään ohjausyksikössä eteenpäin käytettäväksi moottorin : toiminnan ohjauksessa.

Keksinnön kohteena on myös polttomoottorin polttoaineen ruiskutusjärjestel-,· . 30 mä, joka käsittää ainakin yhden sähköisesti ohjattavissa olevan ruiskutussuut timen, ja joka on sovitettu toteuttamaan edellä kuvattua menetelmää.

' Keksintöä selostetaan seuraavassa esimerkin omaisesti viitaten oheisiin piirus- : tuksiin, jossa : 35 kuvio 1 esittää kaavallisesti polttoaineen ruiskutusventtiilin yhdessä olevan solenoidin virran käyttäytymistä ajan funktiona, 115008 3 kuvio 2 esittää erästä polttoaineen ruiskutusventtiilin yhdessä olevan solenoidin virran käyttäytymistä ajan funktiona sekä vastaavalle solenoidille määritetyn mallin virtasignaalia, kuvio 3 esittää kuvion 2 tilanteen jäännössignaalia, ja 5 kuvio 4 esittää kaaviokuvaa keksinnön mukaisesta menetelmästä polttoaineen ruiskutusjärjestelmässä.

Kuviosta 1 voidaan periaatteellisesti nähdä solenoidin virran käyttäytyminen solenoidia käytettäessä, eli kun siihen kytketään sähköenergian lähde. Toimin-10 nassa on nähtävissä useita eri vaiheita ajanjaksoittain alkaen virran kytkennästä. Ensimmäinen ajanjakso 1 kuvaa ohjauksen ns. sisäänvetoaikaa, eli sitä aikaa, jossa solenoidin karan aseman oletetaan siirtyvän lepoasemasta toiminta-asemaan. Solenoidin lävitse kulkeva virta kasvaa lopulta suurimpaan arvoonsa, ns. sisäänvetovirtaan 5. Kuviosta nähdään myös, että tiettynä hetkenä akti-15 voimisen jälkeen virta kuitenkin hetkeksi pienenee. Tämä johtuu solenoidin karan liikkeen alkamisen aiheuttamasta induktanssin muutoksesta, joka taas aikaansaa muutoksen solenoidin lävitse kulkevassa sähkövirrassa. Solenoidin saavuttua ääriasemaansa, hetkellinen virran pieneneminen loppuu ja virta pääsee nousemaan. Tämä tilanne on ruiskutusventtiilin avautumishetki. Solenoidin 20 sisäänvedon aikana virta kohoaa ääriarvoonsa, joka on ns. sisäänvetovirta. Solenoidin sisäänvetoajan 1 jälkeen oletetaan, että solenoidin kara on tullut ää-’ riasemaansa, jolloin virran arvo laskee tasolle, joka riittää pitämään solenoidin • ’ karan asemassaan. Virran lasku ottaa taas tietyn ajan 2 johtuen myöskin in- : "·· duktanssin muutoksen vaikutuksesta. Tätä alempaan virran tasoa kutsutaan ·, ,·* 25 pitovirraksi. Kun ruiskutus on kestänyt ennalta määrätyn ajan 3, energian läh- : · : de kytketään irti solenoidista, jolloin sähkövirta lakkaa.

Kuviossa 2 on esitetty keksinnössä hyödynnettävä malli 6 solenoidin virtasig-... naalista. Mallissa mallinnetaan virran muutokset todellista vastaavassa sileno- ,**. 30 idissä, mutta ei oteta huomioon solenoidin karan liikkeen aiheuttamaa virran- muutosta. Virtasignaali on mallinnettu siltä ajalta, kun karan liikettä halutaan ‘ ’ valvoa, eli tyypillisesti sisäänvetoajan 1 ylitse, ja se nousee nollasta, joka vas taa solenoidin aktivoimishetkeä sisäänvetovirran tasolle lineaarisesti. Mallissa ei siis ole havaittavissa normaalissa toiminnassa karan liikkeen alkamisen aihe-: 35 uttamaan paikallista virran maksimiarvoa. Mikäli valvottava aikaväli oletetaan olevan sisäänvetoaika 1, on virran muutokset mallinnettu sisäänvetoajan 1 115008 4 loppuuun. Kuviossa 2 nähdään myös mitattu toimivan solenoidin virtasignaali 7 samalla aika-akselilla. Siitä nähdään selkeästi solenoidin vetovaiheen aikana sen lävitse kulkevan virran arvon laskeminen hetkellisesti. Tämän ilmiön on siis havaittu johtuvan solenoidin toiminnan alkamisesta. Kun keksinnön mukaista 5 menetelmää sovelletaan, on solenoidin malli 7 tallennettuna ohjausjärjestelmään simuloituna virta-arvojoukkona. Keksinnön mukaisesti on edullista käyttää staattista mittausfrekvenssiä, jolloin mallin arvo on määritettävissä pelkästään mittauksen järjestysluvun perusteella siten, että kukin mallin arvo on edellinen arvo lisättynä tietyllä vakioluvulla, joka taas voidaan määrittää mallin 10 6 kulmakertoimesta. Menetelmässä määritetään solenoidin aktivoinnin ts. ruis- kutusventtiilin avauskerran jälkeen mitatun virtasignaalin 7 ja mallin vastaavan ajanhetken virtasignaalin 6 erotus jäännössignaaliksi 8. Kuvion 3 tapauksesta jäännössignaali on esitetty kuviossa 4. Näin määritetylle kullekin jäännössig-naalille tehdään kynnysanalyysi 25, jossa haetaan arvoltaan positiivista nolla-15 tasosta kohonnutta arvoa eli piikkiä. Menetelmässä määritetään ennalta tietty piikin suuruuden raja-arvo, jonka on ylityttävä, jotta karan liikkeen voidaan katsoa alkaneeksi. Analyysi tehdään jokaisen venttiilin avauskerran jälkeen ja mallia voidaan korjata kunkin mittauskerran perustella, jotta mahdolliset muutokset laitteistossa voidaan ottaa huomioon.

20 Näin keksinnön mukaisessa venttiilin avautumisen tunnistuksessa, VOR( = Valve Opening Recognition) ruiskutusventtiilin avautumisajankohta ’ * voidaan määrittää suorittamalla kynnysanalyysi edellä esitetyllä tavalla määri- :’· tetylle jäännösarvolle.

25 f Kuviossa 4 on esitetty kaaviomaisesti mäntämoottorin 10 polttoaineen ruisku- tusjärjestelmä keksinnön ymmärtämisen kannalta olennaisilta osin. Mäntä-moottori käsittää sylinterikanteen 11 sovitetun ruiskutussuuttimen 12. Ruisku- i. tussuuttimelle 12 tuodaan polttoainetta polttoainekanavan 13 avulla. Ruisku- i * * ··. 30 tussuuttimen toimintaa ohjataan solenoidin 14 avulla. Tässä se on suoraan polttoainesuuttimen yhteydessä, mutta se voi toimia myös epäsuorasti esimerkiksi ohjaamalla erillistä ohjausjärjestelmää kuten servoöljyn painetta. Mootto-·* rin toimintaa ja myös polttoaineen ruiskutusta ohjataan elektronisen ohjausyk- sikön 15 avulla, joka on sovitettu suorittamaan erilaisia, muitakin moottorin 35 ohjaustoimintoja.

115008 5

Moottorin käydessä ohjausyksikkö ohjaa siis mm. polttoaineen ruiskutusta. Tämä tapahtuu yksinkertaistetusti ilmaistuna kytkemällä käyttövoima päälle ja pois ruiskutusventtiilin toimintaa ohjaavasta solenoidista 14. Tämän mahdollistamiseksi ohjausyksikkö 15 on sähköisessä yhteydessä 16 solenoidin 14 kans-5 sa. Keksinnön mukaisesti solenoidin toimintaa ja erityisesti moottorin ruisku-tussuuttimen avautumista valvotaan siten, että solenoidin läpi kulkevaa virtaa mitataan tietyin aikavälein. Koska ruiskutusventtiin avautumistapahtuma on suhteellisen lyhytkestoinen, on selvää, että mittausarvojen näytteenottotaajuus valitaan tilanteeseen sopivaksi. Lisäksi on tärkeää, että mallin ja mitatun arvon 10 määritysfrekvenssi vastaavat toisiaan. Venttiilin avauduttua mitattu signaali-joukko 7 viedään jäännössignaalin laskentayksikköön 23. Lisäksi tieto kunkin yksittäisen mittauksen järjestysluvusta 21 viedään malliyksikölle 20, johon käytettävä malli on tallennettu. Tämä tieto on riittävä, koska menetelmässä käytetään staattista mittausfrekvenssiä. Malliyksiköltä 20 mittaustiedon ajan-15 kohdan perusteella saatava mallin signaali 6 viedään niin ikään jäännössignaalin laskentayksikköön 23. Jäännössignaalin laskentayksikkö suorittaa nyt mal-lisignaalin 6 ja todellisen solenoidin virtasignaalin 7 arvojen vähennyksen toisistaan, jolloin tuloksena saadaan jäännössignaali 8. Jäännössignaaii 8 viedään kynnysanalyysiyksikölle 25, joka suorittaa kynnysanalyysin jäännössignaalille 8 20 vertaamalla sitä ennalta määrättyyn raja-arvoon, joka on tallennettu ohjausyksikköön 15. Sillä ajankohdalla 21, kun jäännössignaalista löytyy positiivinen nousu, voidaan olettaa olevan solenoidin karan liikkeen aloitushetki, olettaen, että se on tapahtunut ennalta määrätyn ajan kuluessa. Muussa tapauksessa « · j '·· kara ei ole liikkunut sen ohjaussignaalista huolimatta. Kynnysanalyysiyksiköltä 25 saadaan ohjausjärjestelmään 15 signaali 26, jota voidaan hyödyntää ohjaus-järjestelmän 15 toiminnassa.

Keksintö ei ole rajoitettu esitettyihin sovellusmuotoihin, vaan useita muunnel-mia on ajateltavissa oheisten patenttivaatimusten puitteissa.

Claims (7)

1. Menetelmä solenoidin (14) toiminnan valvomiseksi, jossa solenoidissa saa-5 daan sen karan liike aikaiseksi tuomalla sähköenergiaa solenoidiin, jolloin solenoidissa kulkee sähkövirta, tunnettu seuraavien menetelmävaiheiden yhdistelmästä: - määritetään malli (6) kuvaamaan solenoidin virtasignaalia tietyin aikavälein solenoidin aktivoimishetkestä alkaen, 10. mitataan todellinen solenoidin virtasignaali (7) mallia vastaavin aikavälein, - määritetään jäännössignaali (8), joka on mallin (6) ja todellisen virtasignaa-lin (7) erotus, ja - suoritetaan jäännössignaalille kynnysanalyysi (25).

1 1 5008

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mallin määrityksen aikaikkuna vastaa menetelmän kohteena olevan solenoidin haluttua valvonta-aikaa, kuten sisäänvetoaikaa (1).

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mallin so-20 lenoidin virtasignaalin arvo muuttuu solenoidin aktivoimishetken nolla-arvosta ... jaksoittain lineaarisesti.

,, 4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kynnys- analyysissä verrataan jäännössignaalin (8) arvoa tiettyyn ennalta määrättyyn • · 25 raja-arvoon. • ·

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että solenoidi (14) ohjaa moottorin (10) ruiskutussuuttimen toimintaa, ja että ainakin se ajan hetki, jolloin jäännössignaalin arvo ylittää mainitun raja-arvon, välitetään ohja-30 usyksikössä (15) eteenpäin käytettäväksi moottorin toiminnan ohjauksessa.

· ( 6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, * ♦ Γ että solenoidi (14) ohjaa moottorin (10) ruiskutussuuttimen toimintaa, ja että . : menetelmällä määritetään ruiskutussuuttimen avautumisen alkamiskohta. 35 7 115008

7. Polttomoottorin (10) polttoaineen ruiskutusjärjestelmä, joka käsittää ainakin yhden sähköisesti ohjattavissa olevan ruiskutussuuttimen (12), tunnettu siitä, että se on sovitettu toteuttamaan jokin edellisen patenttivaatimuksen mukaista menetelmää. # « I » 115008