DE102007003211A1

DE102007003211A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Steuerung eines elektromagnetischen Ventils

Info

Publication number: DE102007003211A1
Application number: DE102007003211A
Authority: DE
Inventors: Axel Bartel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2007-01-22
Filing date: 2007-01-22
Publication date: 2008-07-24
Also published as: WO2008090047A1; US20100193719A1

Abstract

Es werden eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung eines elektromagnetischen Ventils beschrieben. Eine Ventilnadel eines elektromagnetischen Ventils nimmt unbestromt eine erste Position und bestromt eine zweite Position ein. Beim Übergang von der zweiten Position in die erste Position der Ventilnadel erfolgt ab einem vorgebbaren Zeitpunkt (t3) für eine bestimmte Zeitdauer (D) eine Nachbestromung.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren oder einer Vorrichtung nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche.
Aus der DE 38 43 138 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung und Erfassung der Bewegung eines Ankers eines elektromagnetischen Schaltvorgangs bekannt. Dort wird durch Auswerten des Stroms, der durch den Verbraucher fließt, der Zeitpunkt detektiert, bei dem der Anker seine neue Endlage erreicht. Beim Einschalten des Verbrauchers ist dies unproblematisch, da hier in der Regel ein Strom fließt und eine Auswertung möglich ist. Beim Abschalten tritt in der Regel der Fall ein, dass der Strom bereits auf Null abgefallen ist, wenn der Anker seine neue Endlage erreicht. In diesem Fall ist eine Auswertung des Stroms zur Erkennung des Schaltzeitpunktes unmöglich.
Des weiteren tritt bei solchen elektromagnetischen Ventilen folgende Problematik auf. Um ein schnelles Schalten des Ventils zu erreichen, ist üblicher Weise vorgesehen, dass eine Schnelllöschung erfolgt. Diese hat zur Folge, dass die Ventilnadel mit großer Geschwindigkeit in ihrem Sitz aufschlägt. Dieses schnelle Aufschlagen führt langfristig zu einer Erosion im Sitz und damit zu einer Einspritzungenauigkeit.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche haben demgegenüber den Vorteil, dass die Ventilnadel vor dem Erreichen des Sitzes abgebremst wird, wobei sich gleichzeitig die Schaltzeit nicht wesentlich ändert. Des weiteren kann zusätzlich der Schaltzeitpunkt als weitere Messgröße gewonnen werden.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass bei dem Übergang der Ventilnadel von ihrer zweiten Position in die erste Position ab einem vorgebbaren Zeitpunkt für eine bestimmte Zeitdauer eine Nachbestromung erfolgt. Dabei nimmt die Ventilnadel im bestromten Zustand die zweite Position und im unbestromten Zustand die erste Position ein.
D. h. das Ventil wird für eine bestimmte Zeit vor dem Erreichen des Sitzes mit Versorgungsspannung beaufschlagt. Dabei wird der Beginn dieser Ansteuerung abhängig vom Zeitpunkt des Erreichen des Sitzes gewählt.
Erfindungsgemäß wird bei einer Ausgestaltung die Dauer dieser Ansteuerung so gewählt, dass die Nadel abgebremst wird und gleichzeitig zum Schaltzeitpunkt noch ein Strom fließt. Dies hat den Vorteil, dass die Bremswirkung erzielt wird und der Schaltzeitpunkt detektierbar ist. Dabei wird der Schaltzeitpunkt zur Ansteuerung bei der nächsten Einspritzung bzw. bei der nächsten Ansteuerung benötigt um den Zeitpunkt der Nachbestromung festzulegen. Des weiteren steht dieser Schaltzeitpunkt auch für weitere Verfahren und Vorrichtungen zur Steuerung der Brennkraftmaschine zur Verfügung. So kann beispielsweise der Schaltzeitpunkt dazu verwendet werden, zu überprüfen, ob das Ventil zum richtigen Zeitpunkt schaltet.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 die wesentlichen Elemente der erfindungsgemäßen Vorrichtung als Blockdiagramm dargestellt,
2 verschiedene über Zeit aufgetragene Signale und
3 ein Flussdiagramm der erfindungsgemäßen Vorgehensweise.
Ausführungsformen der Erfindung
In 1 sind die wesentlichen Elemente an einer Vorrichtung zur Steuerung eines elektromagnetischen Ventils anhand eines Blockdiagramms dargestellt. Das elektromagnetische Ventil ist mit 100 bezeichnet. Dies steht über ein erstes Schaltmittel 110 mit einem ersten Anschluss 120 einer Versorgungsspannung in Verbindung. Des weiteren steht ein zweiter Anschluss des elektromagnetischen Ventils 100 über ein Strommessmittel 130 und ein zweites Schaltmittel 140 mit einem zweiten Anschluss 150 der Versorgungsspannung in Verbindung.
Das erste Schaltmittel 110 wird von einer Steuereinheit 160 mit einem Ansteuersignal A beaufschlagt. Das zweite Schaltmittel 140 wird ebenfalls von der Steuereinheit 160 mit einem Ansteuersignal A beaufschlagt. Des weiteren wird von der Steuereinheit der Spannungsabfall über ein Strommessmittel 130, das vorzugsweise als Widerstand ausgebildet ist, abgegriffen und von der Steuereinheit 160 ausgewertet.
Die Anordnung des ersten Schaltmittels 110, des zweiten Schaltmittels 140 des elektromagnetischen Ventils 100 und des Strommessmittels 130 sind lediglich beispielhaft dargestellt. So kann bei einer Ausgestaltung auch vorgesehen sein, dass weitere Schaltmittel oder das lediglich ein Schaltmittel vorgesehen ist. Des weiteren kann das Strommessmittel 130 an einer beliebigen anderen Stelle des Stromkreises angeordnet sein. Auch können das erste und das zweite Schaltmittel vertauscht sein.
Ausgehend von nicht dargestellten Eingangssignalen berechnet die Steuereinheit den Beginn und das Ende der Ansteuerung des ersten Schaltmittels. Bei Beginn der Ansteuerung steigt der Strom durch das elektromagnetische Ventil an und fällt nach dem Ende der Ansteuerung zum Zeitpunkt t₁ wieder auf Null ab. Im Folgenden wird die Ansteuerung am Ende des Ansteuervorgangs anhand der 2 detaillierter beschrieben. In 2a ist das Ansteuersignal A über der Zeit t aufgetragen. In 2b ist der Strom, der durch den elektromagnetischen Ventil fließt, über der Zeit t aufgetragen. In 2c ist der Hub H der Ventilnadel des elektromagnetischen Ventils über der Zeit t aufgetragen. Die dargestellten Verläufe sind lediglich beispielhafte und qualitative Darstellungen, die bei unterschiedlichen Ventiltypen unterschiedliche Verläufe annehmen.
Solange das elektromagnetische Ventil bestromt ist, nimmt die Ventilnadel eine zweite Position P2 an. Ist das Ventil unbestromt, so nimmt die Ventilnadel eine erste Position P1 an. Da die Ventilnadel eine gewisse mechanische Trägheit aufweist und da verschiedene elektromagnetische und auch hydraulische Effekte auf diese einwirken, erfolgt der Übergang zwischen der ersten Position und der zweiten Position bzw. umgekehrt nicht abrupt sondern allmählich.
Im Folgenden wird detailliert der Übergang von der zweiten Position in die erste Position betrachtet. Dieser ist besonders problematisch, da hierbei die Ventilnadel auf den Sitz des Ventils aufschlägt, um dieses zu schließen. Zum Zeitpunkt t1 endet die Ansteuerung A und der Strom beginnt ab dem Zeitpunkt t1 gegen Null abzufallen. Aufgrund einer durch Wirbelströme bedingten Verzögerung des magnetischen Kraftabbaus verbleibt die Ventilnadel noch in ihrer Position. Zum Zeitpunkt t2 erreicht der Strom I den Wert Null. Zu diesem Zeitpunkt ist die Ventilnadel, wenn überhaupt, nur geringfügig aus ihrer zweiten Position abgekommen. Zum Zeitpunkt t5 erreicht die Ventilnadel ihre erste Position und schlägt in ihrem Sitz auf.
Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass zwischen dem Zeitpunkt t3 und t4 das erste Schaltmittel 110 erneut angesteuert wird. Dies hat zur Folge, dass der Strom erneut ansteigt und anschließend wieder abfällt. Dabei ist bevorzugt vorgesehen, dass bei dem Abfall keine Schnelllöschung erfolgt sondern dass der Strom langsam abfällt.
Der Zeitpunkt t3, bei dem die Bestromung beginnt, wird dabei abhängig von dem Zeitpunkt t5 vorgegeben. Da der Zeitpunkt t5 zum Zeitpunkt t3 noch nicht bekannt ist, wird der Zeitpunkt t5, d. h. der Schließzeitpunkt des Ventils, bei der vorhergehenden Zumessung bzw. bei der vorhergehenden Ansteuerung des entsprechenden Verbrauchers ermittelt.
Die Dauer der Ansteuerung, d. h. der Abstand zwischen dem Zeitpunkt t3 und dem Zeitpunkt t4 wird so gewählt, dass sie vor dem Schaltzeitpunkt t5 endet, die Nadel abgebremst wird, und zum Zeitpunkt t5 noch ein Strom fließt.
Vorzugsweise ist die Dauer der Ansteuerung für eine Art von Ventilen gleich und als konstanter Wert in der Steuereinheit abgespeichert. Bei einer Ausgestaltung kann auch vorgesehen sein, dass dieser Wert abhängig vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine und/oder Umgebungsbedingungen gewählt wird.
Der Abstand zwischen dem Zeitpunkt t4 und t5, d. h. zwischen dem Ende der Bestromung und dem Erreichen seiner neuen Endlage ist ebenfalls vorzugsweise als fester Wert für das Magnetventil abgelegt.
In 3 ist die erfindungsgemäße Vorgehensweise anhand eines Flussdiagramms dargestellt. In einem ersten Schritt 300 wird das Verfahren dem Einschalten der Brennkraftmaschine initialisiert. Hierzu wird vorzugsweise ein Startwert für den Zeitpunkt t5 vorgegeben. In Schritt 310 wird die Dauer D der Ansteuerung zur Nachbestromung aus einem Speicher ausgelesen. Diese Dauer bestimmt den Abstand zwischen den Zeitpunkten t3 und t4. Im anschließenden Schritt 320 wird der Abstand B zwischen der Nachbestromung und den Schaltzeitpunkt, d. h. der Abstand zwischen den Zeitpunkten t4 und t5 aus einem Speicher ausgelesen. Im anschließenden Schritt 330 wird der Beginn der Bestromung, d. h. der Zeitpunkt t3 ausgehend von dem Zeitpunkt t5, der Dauer D der Bestromung und dem Abstand B zwischen dem Ende der Bestromung und dem Schaltzeitpunkt gemäß der Formel t₃ = t₅ – D – B vorgegeben. Anschließend in Schritt 340 erfolgt die Bestromung ab dem Zeitpunkt t3 für die Dauer D, d. h. bis zum Zeitpunkt t4. Anschließend in Schritt 350 wird der Stromverlauf ausgewertet und der Zeitpunkt t5, bei dem die Ventilnadel aufschlägt, ermittelt. Anschließend erfolgt erneut Schritt 310.
Die Dauer D der Nachbestromung und der Abstand B der Nachbestromung vom Schaltzeitpunkt t5 sind üblicher Weise für ein Ventil fest vorgegeben und in einem Speicher abgelegt. Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung kann aber vorgesehen sein, dass diese Größen ausgehend von Betriebskenngrößen der Brennkraftmaschine und/oder von Umgebungsgrößen vorgegeben werden. Die Dauer D der Nachbestromung ist so gewählt, dass sie auf die Ventilnadel eine bremsende Kraft bewirkt. Dabei ist der Abstand B zwischen der Nachbestromung und dem Schaltzeitpunkt so gewählt, dass zum Schaltzeitpunkt ein gut messbarer Strom fließt.
Wird die Dauer D zu lange gewählt, so kann der Fall eintreten, dass der Schließvorgang verzögert wird und sich die Schaltzeit des Magnetventils signifikant verändert. Wird die Dauer D zu kurz gewählt, so tritt die bremsende Wirkung der Bestromung nicht ein und die Ventilnadel schlägt mit hoher Geschwindigkeit in ihrem Sitz auf und führt zu einer erhöhten Erosion am Ventilsitz.
Der Abstand B ist so vorgegeben, dass zum Schaltzeitpunkt t5 noch ein Strom fließt, der es ermöglicht den Schaltzeitpunkt auszuwerten. Wird der Abstand B zu groß gewählt, so kann ebenfalls der Fall eintreten, dass der Schließvorgang verzögert wird und sich die Schaltzeit des Magnetventils signifikant verändert.
Üblicher Weise werden bei der Bestromung von Magnetventilen unterschiedliche Stromverläufe eingesetzt. Die erfindungsgemäße Vorgehensweise ist bei allen Stromverläufen anwendbar. Üblicher Weise wird zwischen einem Anzugstrom und einer Haltestrombestromung bei der Ansteuerung von Magnetventilen unterschieden. Bevorzugt ist vorgesehen, dass zur Nachbestromung das Ventil mit einer bei der Anzugstromansteuerung üblichen Ansteuerung beaufschlagt wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 3843138 [0002]

Claims

Verfahren zur Steuerung eines elektromagnetischen Ventils, wobei eine Ventilnadel eines elektromagnetischen Ventils unbestromt eine erste Position und bestromt eine zweite Position einnimmt, dass beim Übergang von der zweiten Position in die erste Position der Ventilnadel ab einem vorgebbaren Zeitpunkt (t3) für eine bestimmte Zeitdauer (D) eine Nachbestromung erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgebbare Zeitpunkt (t3), bei dem die Nachbestromung beginnt, ausgehend von einem Schaltzeitpunkt (t5), bei dem der Verbraucher seine erste Position erreicht, vorgegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dauer (D) der Nachbestromung so gewählt ist, dass auf die Ventilnadel eine bremsende Kraft einwirkt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen Nachbestromung und dem Zeitpunkt, bei dem der Verbraucher seine erste Position erreicht, so vorgegeben wird, dass zum Zeitpunkt, bei dem der Verbraucher seine erste Position erreicht, ein Strom durch den Verbraucher fließt, wobei der Abstand aber einen Wert größer Null annimmt.
Vorrichtung zur Steuerung eines elektromagnetischen Ventils, wobei eine Ventilnadel eines elektromagnetischen Ventils unbestromt eine erste Position und bestromt eine zweite Position einnimmt, dass Mittel vorgesehen sind, die beim Übergang von der zweiten Position in die erste Position der Ventilnadel ab einem vorgebbaren Zeitpunkt (t3) für eine bestimmte Zeitdauer (D) eine Nachbestromung durchführen.