DE102011085277A1 - Method for operating switching valve of fuel conveying device of combustion engine mounted in motor car, involves changing amplitude and/or duration and/or timing of control until change of voltage falls below threshold value - Google Patents
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Abstract
Description
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie ein Verfahren, ein Computerprogramm und eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung nach den nebengeordneten Patentansprüchen. The invention relates to a method according to the preamble of claim 1, and a method, a computer program and a control and / or regulating device according to the independent claims.
Mengensteuerventile, beispielsweise in einer Kraftstofffördereinrichtung einer Brennkraftmaschine, sind vom Markt her bekannt. Mengensteuerventile werden im Allgemeinen elektromagnetisch als Schaltventile mit zwei Schaltstellungen betrieben und sind häufig ein integraler Bestandteil einer Hochdruckpumpe der Kraftstofffördereinrichtung. Das Mengensteuerventil steuert die zu einem Hochdruckspeicher ("Rail") gepumpte Kraftstoffmenge, von wo aus Kraftstoff zu den Einspritzventilen der Brennkraftmaschine geleitet wird. Ein mit einem Ventilkörper des Mengensteuerventils gekoppelter Anker kann durch Magnetkraft bewegt werden. Der Ventilkörper – meist eines Einlassventils der Hochdruckpumpe – kann gegen einen Ventilsitz anschlagen, beziehungsweise von dem Ventilsitz abgehoben werden. Dadurch kann eine geförderte Kraftstoffmenge der Brennkraftmaschine und so letztlich der Druck im Rail geregelt werden.Quantity control valves, for example in a fuel delivery device of an internal combustion engine, are known from the market. Flow control valves are generally operated electromagnetically as switching valves with two switching positions and are often an integral part of a high-pressure pump of the fuel delivery device. The quantity control valve controls the amount of fuel pumped to a high-pressure accumulator ("rail"), from where fuel is directed to the injection valves of the internal combustion engine. An armature coupled to a valve body of the quantity control valve can be moved by magnetic force. The valve body - usually an inlet valve of the high pressure pump - can strike against a valve seat, or be lifted from the valve seat. As a result, a conveyed fuel quantity of the internal combustion engine and thus ultimately the pressure in the rail can be regulated.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Das der Erfindung zugrunde liegende Problem wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren, ein Computerprogramm und eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung nach den nebengeordneten Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in Unteransprüchen angegeben. Für die Erfindung wichtige Merkmale finden sich ferner in der nachfolgenden Beschreibung und in den Zeichnungen, wobei die Merkmale sowohl in Alleinstellung als auch in unterschiedlichen Kombinationen für die Erfindung wichtig sein können, ohne dass hierauf nochmals explizit hingewiesen wird. The problem underlying the invention is solved by a method according to claim 1 and by a method, a computer program and a control and / or regulating device according to the independent claims. Advantageous developments are specified in subclaims. Features which are important for the invention can also be found in the following description and in the drawings, wherein the features, both alone and in different combinations, can be important for the invention, without being explicitly referred to again.
Die Erfindung weist den Vorteil auf, dass ein Schaltventil insbesondere beim Abschalten einer Bestromung einer elektromagnetischen Betätigungseinrichtung kontrolliert schalten kann, indem ein Anker vor einem Erreichen einer Endstellung mittels einer definierten und beispielsweise über die Betriebsdauer variablen Ansteuerung gebremst wird. Dabei kann ein Betriebsgeräusch des Schaltventils über seine gesamte Lebensdauer und unabhängig von Fertigungstoleranzen deutlich gesenkt werden, da unabhängig von der Betriebsdauer und von Fertigungstoleranzen die optimale Abbremsung erreicht werden kann. Die Erfindung ist insbesondere bei einem Mengensteuerventil einer Kraftstofffördereinrichtung einer Brennkraftmaschine oder bei einem Schaltventil einer Getriebesteuerung anwendbar. Weiterhin ist die Erfindung für Schaltventile bzw. für Mengensteuerventile anwendbar, welche "stromlos geschlossen" oder "stromlos offen" sind.The invention has the advantage that a switching valve can switch controlled in particular when switching off an energization of an electromagnetic actuator by an anchor is braked before reaching an end position by means of a defined and variable for example over the operating time control. In this case, an operating noise of the switching valve can be significantly reduced over its entire life and independent of manufacturing tolerances, since the optimal deceleration can be achieved regardless of the operating time and manufacturing tolerances. The invention is particularly applicable to a quantity control valve of a fuel delivery device of an internal combustion engine or to a shift valve of a transmission control. Furthermore, the invention for switching valves or for quantity control valves applicable, which are "normally closed" or "normally open".
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Schaltventils, welches mittels einer elektromagnetischen Betätigungseinrichtung geöffnet und/oder geschlossen werden kann. Bei bestromter Betätigungseinrichtung kann das Schaltventil eine erste Schaltstellung und bei nicht bestromter Betätigungseinrichtung eine zweite Schaltstellung annehmen. Letzteres wird beispielsweise mittels Federkraft und/oder durch einen hydraulischen oder pneumatischen Druck erreicht. Dabei wird die Betätigungseinrichtung zumindest zeitweise derart angesteuert, dass ein bewegbarer Anker der Betätigungseinrichtung vor einem Erreichen einer Endstellung gebremst wird. Dadurch kann die Aufprallenergie beim Erreichen der Endstellung, welche beispielsweise einem Ruhesitz und/oder einem Hubanschlag des Ankers bzw. eines Ventilelements entspricht, vermindert werden. Das Verfahren ist besonders nützlich vor dem bzw. beim Erreichen der nicht bestromten zweiten Schaltstellung, es ist jedoch in vergleichbarer Weise auch vor dem bzw. beim Erreichen der ersten Schaltstellung anwendbar. Weiterhin kann mit dem Verfahren ggf. sogar die Stellgenauigkeit des Schaltventils erhöht werden.The invention relates to a method for operating a switching valve, which can be opened and / or closed by means of an electromagnetic actuator. When energized actuator, the switching valve can assume a first switching position and not energized actuator a second switching position. The latter is achieved for example by means of spring force and / or by a hydraulic or pneumatic pressure. In this case, the actuating device is at least temporarily controlled such that a movable armature of the actuating device is braked before reaching an end position. As a result, the impact energy when reaching the end position, which corresponds for example to a rest seat and / or a stroke stop of the armature or of a valve element, can be reduced. The method is particularly useful before or when reaching the non-energized second switching position, but it is applicable in a comparable manner before or when reaching the first switching position. Furthermore, if necessary, even the positioning accuracy of the switching valve can be increased with the method.
Erfindungsgemäß wird die Ansteuerung zum Bremsen des Ankers dadurch ermittelt, dass eine Änderung einer an einer Spule der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung anliegenden Spannung in einem Zeitintervall ermittelt wird, in welchem der Anker die Endstellung erreicht. Solange ein die Spule durchsetzender Magnetfluss eine Änderung erfährt, solange wird nach dem Induktionsgesetz in der Spule eine Spannung induziert. Sobald der Anker jedoch an der Endstellung anschlägt, wird seine Geschwindigkeit schlagartig auf Null vermindert und eine durch die Ankerbewegung verursachte Änderung des Magnetflusses hört ebenso schlagartig auf. Entsprechend erfährt die an der Spule anliegende Spannung eine sprunghafte Änderung, wobei der Anteil der aufgrund der Ankerbewegung induzierten Spannung den Wert null annimmt. Dieser Vorgang wird erfindungsgemäß optimiert, indem eine Amplitude und/oder eine Dauer der Ansteuerung schrittweise soweit vermindert wird, bis die Änderung der Spannung einen Schwellwert unterschreitet. Vorzugsweise wird der Schwellwert derart bemessen, dass ein erforderliches Schaltverhalten einerseits und ein Verschleiß bzw. ein Anschlaggeräusch des Schaltventils andererseits gemeinsam berücksichtigt werden. Alternativ oder ergänzend zur Verminderung der Amplitude und/oder der Dauer kann auch ein Zeitpunkt der Ansteuerung verändert werden, wodurch sich ebenfalls eine veränderte Bremswirkung ergeben kann. Das Verfahren ist besonders einfach anzuwenden, wenn bereits Einrichtungen vorhanden sind, um das Schaltventil schon während der Bestromung der Spule – also vor dem Erreichen der ersten Schaltstellung – elektronisch zu steuern bzw. zu regeln (CVO, "controlled valve operation"). Ziel ist es, ein möglichst sanftes Anschlagen des Ankers am Anschlag zu erreichen, was bedeutet, dass der Anker zum Zeitpunkt des Anschlags eine möglichst geringe Restgeschwindigkeit aufweist.According to the invention, the control for braking the armature is determined by determining a change in a voltage applied to a coil of the electromagnetic actuator voltage in a time interval in which the armature reaches the end position. As long as a magnetic flux passing through the coil undergoes a change, a voltage is induced in the coil according to the law of induction. However, as soon as the armature strikes at the end position, its velocity is abruptly reduced to zero and a change in the magnetic flux caused by the armature movement stops abruptly as well. Accordingly, the voltage applied to the coil experiences a sudden change, wherein the proportion of the voltage induced due to the armature movement assumes the value zero. This process is inventively optimized by an amplitude and / or a duration of the control is gradually reduced until the change in the voltage falls below a threshold value. Preferably, the threshold value is dimensioned such that a required switching behavior on the one hand and a wear or a stop noise of the switching valve on the other hand are taken into account together. Alternatively or in addition to the reduction of the amplitude and / or duration and a timing of the control can be changed, which may also result in a modified braking effect. The method is particularly easy to use if there are already devices to electronically control or regulate the switching valve already during the energization of the coil - ie before reaching the first switching position (CVO, "controlled valve operation"). The aim is to achieve as soft as possible striking the anchor at the stop, which means that the anchor at the time of attack has the lowest possible residual velocity.
Ergänzend ist vorgesehen, dass, die Ansteuerung zum Bremsen des Ankers gelegentlich oder periodisch nach Ablauf einer bestimmten Betriebsdauer ermittelt wird, und dass mindestens eine die ermittelte Ansteuerung charakterisierende Größe in einem Datenspeicher gespeichert wird. Dadurch kann ein möglicher über die Betriebsdauer sich ergebender Verschleiß des Schaltventils berücksichtigt und somit ein Betriebsgeräusch dauerhaft gesenkt werden. Die die jeweils ermittelte Ansteuerung charakterisierende Größe wird nicht-flüchtig gespeichert und kann somit für den weiteren Betrieb der Brennkraftmaschine verwendet werden. Eine neuerliche Ermittlung der Ansteuerung nach jedem Start der Brennkraftmaschine ist daher im Allgemeinen nicht erforderlich.In addition, it is provided that, the control for braking the armature is determined occasionally or periodically after a certain period of operation, and that at least one of the determined control characterizing size is stored in a data memory. As a result, a possible over the operating life resulting wear of the switching valve is taken into account and thus an operating noise can be permanently reduced. The variable which characterizes the respectively determined drive is stored non-volatile and can thus be used for the further operation of the internal combustion engine. A renewed determination of the control after each start of the internal combustion engine is therefore generally not required.
Besonders nützlich ist es, wenn das Schaltventil ein Mengensteuerventil einer Kraftstofffördereinrichtung einer Brennkraftmaschine oder ein Schaltventil eines Automatikgetriebes eines Kraftfahrzeugs ist. Das Mengensteuerventil regelt die Förderung von Kraftstoff in einen Hochdruckspeicher ("Rail") der Brennkraftmaschine und damit auch den Kraftstoffdruck. Insbesondere wird ein Mengensteuerventil mit einer vergleichsweise hohen Frequenz geschaltet, so dass ein Betriebsgeräusch des Mengensteuerventils mittels der Erfindung deutlich gesenkt werden kann. Außerdem kann das Verfahren auch für sonstige Arten von Schaltventilen angewendet werden, welche eine erste und eine zweite Schaltstellung aufweisen und elektromagnetisch betätigt werden.It is particularly useful if the switching valve is a quantity control valve of a fuel delivery device of an internal combustion engine or a switching valve of an automatic transmission of a motor vehicle. The quantity control valve regulates the delivery of fuel into a high-pressure accumulator ("rail") of the internal combustion engine and thus also the fuel pressure. In particular, a quantity control valve is switched with a comparatively high frequency, so that an operating noise of the quantity control valve can be significantly reduced by means of the invention. In addition, the method can also be used for other types of switching valves, which have a first and a second switching position and are actuated electromagnetically.
Das Verfahren arbeitet besonders genau, wenn die Ansteuerung zum Bremsen des Ankers in einem Betriebsbereich der Brennkraftmaschine mit niedriger Drehzahl, vorzugsweise Leerlaufdrehzahl ermittelt wird. In einem Bereich niedriger Drehzahlen der Brennkraftmaschine sind die auf die bewegbaren Elemente des Mengensteuerventils einwirkenden hydraulischen Strömungskräfte vergleichsweise gering, und oft handelt es sich auch um einen quasistationären Betriebszustand, der die Adaption ebenfalls erleichtert. Daher kann die verfahrensgemäße "Adaption" der Ansteuerung in diesem Drehzahlbereich besonders zuverlässige Werte ergeben. Die derart ermittelten Werte können beim weiteren Betrieb der Brennkraftmaschine insbesondere für den Bereich der Leerlaufdrehzahl angewendet werden. Es ist jedoch möglich, diese Werte auch für Drehzahlen oberhalb der Leerlaufdrehzahl anzuwenden. Der Vorteil wäre, dass die Adaption zu keinen für den Nutzer erkennbaren Geräuschemissionen führen würde, da in diesem Betriebszustand das Geräusch des Mengensteuerventils vom Geräusch der Brennkraftmaschine übertönt wird..The method is particularly accurate when the drive for braking the armature in an operating range of the engine at low speed, preferably idle speed is determined. In a range of low rotational speeds of the internal combustion engine, the hydraulic flow forces acting on the movable elements of the quantity control valve are comparatively small, and often it is also a quasi-stationary operating state which also facilitates the adaptation. Therefore, the process according to the invention "adaptation" of the control in this speed range can give particularly reliable values. The values determined in this way can be used during further operation of the internal combustion engine, in particular for the range of the idling speed. However, it is possible to apply these values also for speeds above the idling speed. The advantage would be that the adaptation would lead to no user-detectable noise emissions, since in this operating state the noise of the quantity control valve is drowned out by the noise of the internal combustion engine.
Das Verfahren wird weiter verbessert, wenn die Ansteuerung zum Bremsen des Ankers in Abhängigkeit von einer Drehzahl der Brennkraftmaschine ermittelt wird. Das Mengensteuerventil wird im Allgemeinen in Abhängigkeit von der Arbeitsfrequenz einer zugehörigen Hochdruckpumpe geschaltet, wobei die Arbeitsfrequenz der Hochdruckpumpe wiederum von der Drehzahl der Brennkraftmaschine abhängt. Beispielsweise werden die ermittelten Werte der Ansteuerung in Abhängigkeit von der Drehzahl in einem Kennfeld einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung abgespeichert. Damit kann im Betrieb auch für Drehzahlen oberhalb der Leerlaufdrehzahl die Ansteuerung des Mengensteuerventils jeweils optimal erfolgen.The method is further improved if the drive for braking the armature is determined as a function of a rotational speed of the internal combustion engine. The quantity control valve is generally switched as a function of the operating frequency of an associated high pressure pump, wherein the operating frequency of the high pressure pump in turn depends on the speed of the internal combustion engine. For example, the ascertained values of the activation as a function of the rotational speed are stored in a characteristic field of a control and / or regulating device. Thus, in operation also for speeds above the idle speed, the control of the quantity control valve can be made optimally.
Weiterhin umfasst die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Schaltventils, welches mittels einer elektromagnetischen Betätigungseinrichtung geöffnet und/oder geschlossen werden kann, und welches bei bestromter Betätigungseinrichtung eine erste Schaltstellung und bei nicht bestromter Betätigungseinrichtung eine zweite Schaltstellung annehmen kann, wobei erfindungsgemäß ein Erreichen eines nicht mehr definiert steuerbaren Betriebsbereichs des Schaltventils mittels Messung der Induktion in einer Spule der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung erfasst wird. Beispielsweise kann der nicht mehr definiert steuerbare Betriebsbereich bedeuten, dass aufgrund einer besonders hohen Schaltfrequenz des Mengensteuerventils eine Endstellung des Ankers und/oder eines Ventilelements nicht mehr erreicht werden. Dies kann beispielsweise dadurch erkannt werden, dass eine in der Spule induzierte Spannung nach einem Abschalten der Bestromung und vor dem Einschalten einer folgenden Bestromung keine sprunghafte Änderung mehr aufweist.Furthermore, the invention comprises a method for operating a switching valve, which can be opened and / or closed by means of an electromagnetic actuator, and which can assume a second switching position when energized actuator and a second switch position when not energized actuator, wherein according to the invention reaching a not more defined controllable operating range of the switching valve is detected by measuring the induction in a coil of the electromagnetic actuator. For example, the no longer defined controllable operating range mean that due to a particularly high switching frequency of the quantity control valve, an end position of the armature and / or a valve element can no longer be achieved. This can be recognized, for example, by the fact that a voltage induced in the coil after switching off the current supply and before switching on a subsequent energization no longer has a sudden change.
Weiterhin sieht die Erfindung ein Computerprogramm vor, welches zur Durchführung des Verfahrens programmiert ist. Alternativ oder ergänzend können einzelne, mehrere oder sogar alle Verfahrensschritte auch mittels einer elektronischen Schaltung durchgeführt werden. Das Computerprogramm ist vorzugsweise auf einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung der Brennkraftmaschine ablauffähig.Furthermore, the invention provides a computer program which is programmed to carry out the method. Alternatively or additionally, individual, several or even all method steps can also be carried out by means of an electronic circuit. The computer program is preferably executable on a control and / or regulating device of the internal combustion engine.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders einfach und kostengünstig einzurichten, wenn es mittels einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung durchgeführt wird, auf welcher sowohl ein Computerprogramm zur Durchführung des Adaptionsverfahrens zum Betreiben des Mengensteuerventils als auch ein Computerprogramm zur Durchführung eines Adaptionsverfahrens zum Betreiben eines Kraftstoff-Einspritzventils ablauffähig ist. Auf diese Weise können für beide Arten von Ventilen gleiche oder zumindest ähnliche Algorithmen verwendet werden, wobei beide Computerprogramme Programmteile und/oder Variable auch gemeinsam nutzen können. Beispielsweise können das Kraftstoff-Einspritzventil und das Mengensteuerventil zeitlich nacheinander adaptiert werden. Falls das Verfahren zumindest teilweise mittels elektronischer Schaltungen – beispielsweise in einem ASIC (anwendungsspezifische integrierte Schaltung) oder in einem FPGA (frei programmierbare digitale Schaltung) – durchgeführt wird, können diese ggf. baugleich verwendet oder sogar gemeinsam genutzt werden. Ebenso ist es erfindungsgemäß möglich, die Adaption des Mengensteuerventils und die Adaption der Kraftstoff-Einspritzventile zeitlich nacheinander durchzuführen, wodurch das bzw. die Computerprogramm(e) besonders einfach programmiert sein kann bzw. können.The inventive method is particularly simple and inexpensive to set up when it is carried out by means of a control and / or regulating device, on which both a Computer program for carrying out the adaptation method for operating the quantity control valve as well as a computer program for carrying out an adaptation method for operating a fuel injection valve is executable. In this way, identical or at least similar algorithms can be used for both types of valves, whereby both computer programs can also share program parts and / or variables. For example, the fuel injection valve and the quantity control valve can be adapted in chronological succession. If the method is carried out at least partially by means of electronic circuits-for example in an ASIC (application-specific integrated circuit) or in an FPGA (freely programmable digital circuit) -these can possibly be used identically or even shared. Likewise, it is possible according to the invention to carry out the adaptation of the quantity control valve and the adaptation of the fuel injection valves in chronological succession, whereby the computer program (s) can or may be programmed particularly easily.
Nachfolgend werden beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:Hereinafter, exemplary embodiments of the invention will be explained with reference to the drawings. In the drawing show:
Es versteht sich, dass das Mengensteuerventil
Ergänzend weist die Steuer- und/oder Regeleinrichtung
Beim Betrieb der Kraftstofffördereinrichtung
Die elektromagnetische Betätigungseinrichtung
Dargestellt ist in der
Im bestromten Zustand der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung
Das Öffnen bzw. das Schließen des Mengensteuerventils
Zu einem Zeitpunkt t1 wird eine vergleichsweise große Spannung
Zu einem Zeitpunkt t3 wird die Spule
In einem Zeitintervall
Die in der
Andernfalls wird in einem Abfrageblock
In einem folgenden Abfrageblock
Nach einem erfolgreichen Durchlauf der in der
Falls die Änderung
Ergänzend kann die in der
Auch nach dem Ende der Ansteuerung
Im Zeitpunkt t5 schlägt der Anker
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