DE102012211798A1

DE102012211798A1 - Verfahren zur Betätigung eines Schaltelements einer Ventileinrichtung

Info

Publication number: DE102012211798A1
Application number: DE102012211798.9A
Authority: DE
Inventors: Rainer Wilms; Joerg Kuempel; Matthias Maess; Uwe Richter
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-07-06
Filing date: 2012-07-06
Publication date: 2014-01-09
Anticipated expiration: 2032-07-07
Also published as: DE102012211798B4; US20150159575A1; US9683509B2; CN104520566B; JP6005274B2; JP2015522116A; IN2014DN10981A; CN104520566A; WO2014005859A1

Abstract

Ein Verfahren zur Betätigung eines Schaltelements einer Ventileinrichtung zwischen einer ersten Endstellung und einer zweiten Endstellung, bei dem eine Beaufschlagungseinrichtung das Schaltelement in eine erste Richtung zur ersten Endstellung hin beaufschlagt, und bei dem eine elektromagnetische Betätigungseinrichtung bei einer ersten Bestromung das Schaltelement in eine zweite Richtung zur zweiten Endstellung hin beaufschlagt, wobei die zweite Richtung entgegengesetzt zur ersten Richtung ist, und in einem Normalmodus innerhalb eines Zyklus nach einem Ende der ersten Bestromung eine durch die Beaufschlagungseinrichtung bewirkte Bewegung des Schaltelements in der ersten Richtung durch eine kurze zweite Bestromung verlangsamt wird ("Bremsimpuls"), die nach Ablauf einer Pausenzeit nach einem charakteristischen Zeitpunkt innerhalb des Zyklus eingeleitet wird. Es wird vorgeschlagen, dass die optimale Pausenzeit und/oder eine den Bremsimpuls charakterisierende optimale Größe in einem Adaptionsmodus wie folgt ermittelt wird: a. Einleiten einer dritten Bestromung anstelle der zweiten Bestromung, wobei die Höhe der dritten Bestromung einerseits so gering gewählt ist, dass das Schaltelement nicht aus der ersten Endstellung heraus bewegt werden kann, wenn es sich in dieser befindet, und andererseits so groß gewählt ist, dass das Schaltelement die zweite Endstellung nicht verlässt, wenn es sich in dieser befindet, und wobei der charakteristische Zeitpunkt ein Ende der ersten Bestromung ist und die Pausenzeit zunächst so gewählt ist, dass das Schaltelement nach dem Ende der ersten Bestromung und vor Beginn der dritten Bestromung sicher in die erste Endstellung gelangt, b. Verkürzen der Pausenzeit von Zyklus zu Zyklus, c. Ermitteln einer minimalen Pausenzeit, bei der das Schaltelement nach Beginn der dritten Bestromung nicht mehr in die erste Endstellung gelangt, d. Anpassen der Pausenzeit und/oder der den Bremsimpuls charakterisierenden Größe abhängig von der ermittelten minimalen Pausenzeit.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Betätigung eines Schaltelements einer Ventileinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruch 1.
DE 10 2008 054 512 A1 beschreibt ein Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine mit einer Kolben-Kraftstoffpumpe. Deren Fördermenge wird mittels eines Mengensteuerventils eingestellt. Dieses umfasst ein Einlass-Rückschlagventil, welches mittels eines elektromagnetisch betätigten Stößels zu Beginn eines Förderhubs zwangsweise in seiner geöffneten Stellung gehalten werden kann. Solange gelangt der Kraftstoff nicht in einen Hochdruckbereich des Kraftstoffsystems, sondern wird zurück in einen Niederdruckbereich gefördert.
Bei einem stromlos offenen Mengensteuerventil wird der Stößel durch eine Feder gegen das Ventilelement beaufschlagt, wohingegen eine elektromagnetische Betätigungseinrichtung bei einer Bestromung den Stößel vom Ventilelement wegzieht. Zur Reduzierung der Betriebsgeräusche wird in der DE 10 2008 054 512 A1 für ein stromlos offenes Mengensteuerventil vorgeschlagen, eine Bewegung des Stößels in Richtung auf das Ventilelement kurz vor dem Auftreffen des Stößels an einem Anschlag durch eine kurze Bestromung der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung, also einen "Bremsimpuls", abzubremsen. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass für diesen Bremsimpuls ein sehr genaues Timing wichtig ist. Der Beginn des Bremsimpulses wird dabei durch das Ende einer sogenannten "Pausenzeit" festgelegt, die wiederum mit Beginn der Löschung einer vorhergehenden Magnetisierung einer Spule der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung beginnt. Der Beginn des Bremsimpulses bzw. das Ende der Pausenzeit sollte sehr genau einem vorgegebenen Wert entsprechen, damit der Bremsimpuls seine optimale Wirkung entfalten kann.
Aufgrund unterschiedlicher Fertigungstoleranzen der Komponenten der Kraftstoff-Kolbenpumpe und des Mengensteuerventils weicht das mechanische Verhalten des Stößels als auch das elektrische Verhalten der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung bisweilen von dem theoretischen Nominalfall ab. Dies kann dazu führen, dass der Bremsimpuls – ohne Gegenmaßnahmen – nicht mehr zum optimalen Zeitpunkt durchgeführt wird. Die DE 10 2008 054 512 A1 schlägt daher eine Anpassung der Pausenzeit vor, indem eine Korrelation zwischen Anzugsverhalten und Abfallverhalten des Stößels zur Korrektur genutzt wird.
Offenbarung der Erfindung
Das der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Problem wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen der nebengeordneten Patentansprüche 1 und 2 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben. Weitere für die Erfindung wesentliche Merkmale finden sich darüber hinaus in der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, dass die optimale Pausenzeit und/oder andere für einen optimalen Bremsimpuls wichtige Parameter für jede Ventileinrichtung individuell und in der konkreten Einbausituation ermittelt werden können. Exemplarstreuungen der mechanischen sowie elektrischen Komponenten können daher durch eine entsprechende Anpassung der Pausenzeit ausgeglichen werden, sodass in jedem Fall ein optimaler Bremsimpuls und somit ein geringes Betriebsgeräusch der Ventileinrichtung vorliegt. Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch wiederholt durchgeführt werden, damit auch verschleißbedingte Veränderungen ausgeglichen werden, sodass über die gesamte Lebensdauer der Ventileinrichtung das gewünschte geringe Geräuschniveau erhalten bleibt. Wird die Ventileinrichtung weiterentwickelt, müssen Kennfelder und Kennlinien, die zu deren Ansteuerung verwendet werden, zumindest innerhalb gewisser Grenzen nicht mehr überarbeitet werden, da das erfindungsgemäße Verfahren eine direkte und von den Ansteuerungskennlinien und -kennfeldern unabhängige Adaption bietet.
Hierdurch wird das Datenhandling deutlich erleichtert, und die Ansteuerungssoftware kann bei Hardwareänderungen unverändert bleiben.
Neben der besagten Pausenzeit können mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens auch weitere Parameter des Bremsimpulses korrigiert werden, wie bspw. Dauern von einzelnen Bremsimpuls-Parametern, Tastverhältnisse, mit denen die elektromagnetische Betätigungseinrichtung angesteuert wird, Stromhöhen bei der Ansteuerung der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung etc.. Auch die Stromhöhe der ersten Ansteuerung kann mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens optimiert werden.
Einer der grundlegenden Gedanken der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass ein Zusammenhang hergestellt wird zwischen den mechanischen und elektrischen Eigenschaften eines aktuellen Exemplars einer Ventileinrichtung und einer minimalen Pausenzeit dieses Exemplars einer Ventileinrichtung. Dabei ist die minimale Pausenzeit jene Pausenzeit zwischen einer ersten Bestromung der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung zum Betätigen des Schaltelements und einer in einem Adaptionsmodus speziell durchgeführten dritten Bestromung, welche so gewählt ist, dass im Normalfall gerade keine Beeinflussung des Schaltelements stattfindet. Bei Erreichen der minimalen Pausenzeit wird dagegen das Schaltelement durch die dritte Bestromung auf seinem nach dem Ende der ersten Bestromung gerade angetretenen Weg in die erste Endstellung wieder angehalten und in die zweite Endstellung zurückbewegt, wo es durch die andauernde dritte Bestromung verharrt.
Ist die minimale Pausenzeit durch sukzessives Verringern (oder, bei einer alternativen Ausführungsform, durch sukzessives Erhöhen) der Pausenzeit während des Adaptionsmodus erreicht, gelangt das Schaltelement also nicht mehr (bzw. wieder) in die erste Endstellung nach dem Ende der ersten Bestromung. Dies kann durch geeignete Verfahren ermittelt werden, bspw. entsprechende Sensoren, welche die aktuelle Stellung des Schaltelements erfassen oder die Ermittlung dieser aktuellen Schaltstellung wenigstens mittelbar ermöglichen. Ist diese minimale Pausenzeit ermittelt, kann die im Normalmodus anzuwendende Pausenzeit abhängig von der ermittelten minimalen Pausenzeit angepasst bzw. korrigiert werden. Gleiches gilt auch für die weiteren den Bremsimpuls charakterisierenden Größen.
Eine erste Weiterbildung zeichnet sich dadurch aus, dass die Pausenzeit und/oder die den Bremsimpuls charakterisierende Größe wie folgt angepasst wird: (d1) Bilden einer die Differenz zwischen einer nominalen und der ermittelten Pausenzeit charakterisierenden Differenzgröße, wobei die nominale Pausenzeit bei Nominalbedingungen und bei einem Nominal-Schaltelement ermittelt wurde (die Differenzgröße kann im einfachsten Fall die Differenz selbst sein), und (d2) Anpassen der Pausenzeit und/oder der den Bremsimpuls charakterisierenden Größe abhängig von der ermittelten Differenzgröße. Die nominale Pausenzeit bei Nominalbedingungen und bei einem Nominal-Schaltelement bzw. einer Nominal-Ventileinrichtung kann bspw. im Labor bei Vorab-Messungen bei einer nominalen Ventileinrichtung und unter nominalen Systembedingungen ermittelt werden. Im einfachsten Fall kann die Anpassung der Pausenzeit additiv mittels der Differenzgröße erfolgen, möglich ist aber auch die Veränderung der Differenzgröße und der anderen Betriebsgrößen des Bremsimpulses durch Verwenden eines Faktors, der der relativen Abweichung der ermittelten von der nominalen Pausenzeit entspricht.
Eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass das Verfahren im Betrieb einer Kolben-Kraftstoffpumpe eines Common-Rail-Kraftstoffsystems angewendet wird, wobei das Schaltelement ein Stößel ist, der in der ersten Endstellung ein Einlass-Rückschlagventil der Kolben-Kraftstoffpumpe zeitweise in einer geöffneten Stellung halten kann ("stromlos offenes Mengensteuerventil"). Bei diesem bereits eingangs im Detail erläuterten Anwendungsfall kann das erfindungsgemäße Verfahren besonders vorteilhaft angewendet werden. Dabei gilt hier wie auch bei den anderen Anwendungsfällen, dass die dritte Bestromung drei Phasen aufweisen kann: erstens eine Anstiegsphase des Stroms, die bspw. durch Pulsweitenmodulation oder durch eine volle Bestromung (sogenannte "On-Phase") realisiert werden kann. Daran schließt sich zweitens eine Haltephase an, welche stromgeregelt ist und eine effektive Stromhöhe aufweist. Bei der dritten Phase handelt es sich um die bei elektromagnetischen Betätigungseinrichtungen geläufige Schnell-Löschung. Die ersten beiden Phasen können dabei als eine stromgeregelte Phase direkt zusammengefasst werden.
Die Stromhöhe während der Haltephase wird im Adaptionsmodus – anders als bei der ersten Bestromung – im Wesentlichen konstant gehalten. Bei allen Anwendungsfällen ist der Wert der Stromhöhe so gering zu wählen, dass ein Anziehen des Stößels aus der unbestromten ersten Endstellung heraus für sämtliche Ventileinrichtungen unmöglich ist. Andererseits muss die Stromhöhe für jedes Exemplar einer Ventileinrichtung so hoch gewählt sein, dass ein Abfallen aus einer angezogenen zweiten Endstellung heraus nicht möglich ist.
Zu Beginn des Adaptionsmodus ist darüber hinaus bei den Anwendungsfällen der ersten Alternative die anfängliche Pausenzeit so hinreichend groß zu wählen, dass jedes Schaltelement innerhalb der Toleranzgrenzen und bei den möglichen Einbausituationen nach vorangegangener Schnelllöschung aus der zweiten in die erste Endstellung abfallen kann. Aufgrund der oben gewählten Stromhöhe kann während der Haltephase der dritten Bestromung der Stößel zunächst nicht wieder in die zweite Endstellung zurückgezogen werden, da die gewählte Stromhöhe der dritten Bestromung hierzu nicht ausreicht. Im spezifischen Anwendungsfall eines Mengensteuerventils, bei dem die dritte Bestromung noch während einer Saugphase eingeleitet wird, bleibt das Einlass-Rückschlagventil somit auch zu Beginn der Förderphase geöffnet, sodass eine reguläre Funktion der Mengensteuerung gegeben ist.
Im Anwendungsfall des Mengensteuerventils wird bei der ersten Alternative während des Adaptionsmodus die Pausenzeit von Zyklus zu Zyklus, also von Förder-/Saughub zu Förder-/Saughub, in kleinen Schritten verkürzt. Ab einer gewissen verkürzten Pausenzeit ist der Stößel jedoch noch nicht weit genug aus der zweiten in die erste Endstellung abgefallen, sodass der Stößel durch die Haltephase der dritten Bestromung wieder in die bestromte zweite Endstellung angezogen wird. Dort verharrt er aufgrund der oben beschriebenen Stromhöhe auch bis nach der Löschung der Haltephase. Dies kann bei einem Mengensteuerventil durch verschiedene Maßnahmen sehr einfach detektiert werden. Bei der zweiten Alternative wird umgekehrt vorgegangen.
Besonders einfach ist die Detektion der minimalen Pausenzeit dann, wenn die dritte Bestromung über einen unteren Totpunkt eines Pumpenkolbens hinaus, also von einer Saugphase bis in eine Förderphase hinein andauert und die minimale Pausenzeit jene Pausenzeit ist, bei der es zu einem nicht gewünschten Anstieg des Kraftstoffdrucks im Rail kommt (bzw. bei der alternativen Variante: bei der der unerwünschte Anstieg des Kraftstoffdrucks im Rail endet). Dem liegt zu Grunde, dass das Einlassventil aufgrund des in der bestromten zweiten Endstellung verharrenden Stößels nach dem Ende der Saugphase durch den Stößel nicht im geöffneten Zustand gehalten wird, sondern stattdessen das Einlassrückschlagventil aufgrund der nun sich einstellenden Druckdifferenz zu Beginn der Förderphase sofort schließt und es damit zu einer maximalen Förderung von Kraftstoff in das Rail kommt. Diese maximale Förderung von Kraftstoff in das Rail hat einen dort nicht erwarteten Anstieg des Raildrucks zur Folge, der über einen bspw. am Rail angeordneten Drucksensor sehr zeitnah, bzw. sofort detektiert werden kann. Ein "nicht gewünschter Anstieg des Kraftstoffdrucks" im Rail ist also eine Abweichung des Kraftstoffdrucks im Rail nach oben von einem vorgegebenen Sollwert.
Vorgeschlagen wird ferner, dass im Normalmodus der charakteristische Zeitpunkt für den Beginn der Pausenzeit ein Ende der ersten Bestromung ist. Alternativ hierzu kann im Normalmodus der charakteristische Zeitpunkt für den Beginn der Pausenzeit ein oberer Totpunkt eines Pumpenkolbens sein, und die erste Bestromung kann beendet werden, wenn das Einlass-Rückschlagventil während eines Förderhubs sicher geschlossen ist. Die letztgenannte Variante hat den Vorteil, dass im Normalbetrieb die dort vorgesehene Haltephase der ersten Bestromung der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung entfällt, wodurch die elektrische Verlustleistung am Mengensteuerventil minimiert wird. Außerdem hängt die Wirksamkeit des Bremsimpulses in diesem Fall fast nicht mehr von den mechanischen Toleranzen eines eingesetzten Magnetkreises ab, was die bereits oben beschriebenen Vorteile nochmals weiter verstärkt.
Konkret wird bei einem derartigen Normalmodus also keine Haltephase vor dem Bremsimpuls über den oberen Totpunkt hinaus eingesetzt. Das Mengensteuerventil öffnet also, sobald der obere Totpunkt überschritten wurde und der Druck im Förderraum der Kolben-Kraftstoffpumpe einen Vordruck in einer stromaufwärts vom Förderraum vorhandenen Niederdruckleitung unterschreitet. In diesem Fall wird der Abfallzeitpunkt des Stößels von hydraulischen Parametern (Systemdruck, Nocken und Drehzahl einer Antriebseinrichtung einer Kolben-Kraftstoffpumpe) bestimmt, jedoch nicht mehr wie oben beschrieben von den magnetischen Eigenschaften der Ventileinrichtung. Derartige Nocken haben jedoch vergleichsweise hohe Winkeltoleranzen, sodass der Abfallzeitpunkt, der für ein exaktes Timing des Bremsimpulses benötigt wird, nur relativ unscharf bekannt ist. Die vorliegende Erfindung ermöglicht es nun auch für einen solchen Normalmodus die optimale Pausenzeit herauszufinden.
Nachfolgend werden Beispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Kraftstoffsystems einer Brennkraftmaschine mit einer Kolben-Kraftstoffpumpe und einem Mengensteuerventil;
2 einen teilweisen Schnitt durch das Mengensteuerventil von 1;
3 ein Diagramm, in dem verschiedene Betriebsgrößen der Kolben-Kraftstoffpumpe und des Mengensteuerventils der 1 und 2 über der Zeit in einem Normalmodus und in einem Adaptionsmodus aufgetragen sind;
4 ein Detail IV von 3;
5 ein Detail V von 3;
6 ein Diagramm ähnlich zu 3 einer zweiten Ausführungsform eines Normalmodus; und
7 ein Detail VII von 6.
Ein Kraftstoffsystem für eine Brennkraftmaschine trägt in 1 insgesamt das Bezugszeichen 10. Es umfasst einen Kraftstofftank 12, aus dem eine elektrische Vorförderpumpe 14 den Kraftstoff in eine Niederdruckleitung 16 fördert. Diese führt zu einer Hochdruckpumpe in Form einer Kolben-Kraftstoffpumpe 18, die in 1 durch eine strichpunktierte Linie angedeutet ist. Die Kolben-Kraftstoffpumpe 18 fördert den Kraftstoff unter hohem Druck in eine Hochdruckleitung 20, die zu einem Kraftstoffrail 22 führt. An dieses sind mehrere Injektoren 24 angeschlossen, die den Kraftstoff direkt in die ihnen zugeordneten Brennräume (nicht dargestellt) einspritzen.
Die Kolben-Kraftstoffpumpe 18 umfasst einen Pumpenkolben 26, der von einer nicht dargestellten Nockenwelle in eine Hin- und Herbewegung versetzt werden kann. Der Pumpenkolben 26 begrenzt einen Förderraum 28, der über ein Einlass-Rückschlagventil 30 mit der Niederdruckleitung 16 und über ein Auslass-Rückschlagventil 32 mit der Hochdruckleitung 22 verbindbar ist. Das Einlass-Rückschlagventil 30 kann mittels einer elektromagnetischen Betätigungseinrichtung 34 zwangsweise in einer geöffneten Stellung gehalten werden, wie weiter unten noch stärker im Detail erläutert werden wird.
Der Druck im Rail 22 wird durch einen Kraftstoffdrucksensor 36 erfasst. Der Betrieb des Kraftstoffsystems 10 wird durch eine Steuer- und Regeleinrichtung 38 gesteuert und geregelt, auf der ein Computerprogramm abgespeichert ist, welches dazu programmiert ist, die entsprechenden Verfahren durchzuführen.
Das mittels der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung 34 zwangsweise offenhaltbare Einlass-Rückschlagventil 30 wird auch als Mengensteuerventil bezeichnet. Es ist in 2 schematisch dargestellt: Danach umfasst das Mengensteuerventil ein Ventilelement 40, welches mit einem Ventilsitz 42 zusammenwirkt, ein Schaltelement in Form eines Stößels 44, der einen Anschlagabschnitt 46 aufweist. Eine Beaufschlagungseinrichtung in Form einer Feder 48 beaufschlagt den Stößel 44 in eine erste Richtung 50 zu einer ersten Endstellung hin, die durch einen Gehäuseanschlag 52 definiert ist. Mit dem Stößel 44 ist ein Anker 54 verbunden, der bei einer Bestromung einer Spule 56 den Stößel 44 in eine zweite Richtung 58 zu einer zweiten Endstellung 60 hin beaufschlagt, die durch einen entsprechenden zweiten Gehäuseanschlag definiert ist. Erste und zweite Richtung 50 und 58 sind zueinander entgegengesetzt. In der in 2 dargestellten unbestromten ersten Endstellung 52 des Stößels 44 hält dieser aufgrund der Kraft der Feder 48 das Ventilelement 40 des Einlass-Rückschlagventils 30 wie dargestellt in einer geöffneten Stellung. Die vorliegend dargestellte Ventileinrichtung ist also ein "stromlos offenes Mengensteuerventil".
Unter Bezugnahme auf 3 wird nun zunächst ein Normalmodus des Betriebs des Mengensteuerventils 34 erläutert. In 3 sind vier Verläufe von Betriebsgrößen der Kolben-Kraftstoffpumpe 18 in dem besagten Normalmodus über der Zeit t dargestellt. Dies sind in 3 von oben nach unten zunächst ein Hub H₂₆ des Pumpenkolbens 26, eine Stellung H₄₀ des Ventilelements 40 (0 = zu, 1 = auf), eine Stellung H₄₄ des Stößels 44 (0 = zweite Endstellung 60, 1 = erste Endstellung 52), und eine Bestromung I der Spule 56.
Gegen Ende einer ersten Saugphase S ist das Einlass-Rückschlagventil 30 geöffnet (Stellung 1), die Spule 56 ist nicht bestromt und der Stößel 44 befindet sich in seiner ersten Endstellung 52 (Stellung 1). Nach Durchlaufen eins unteren Totpunktes UT beginnt eine erste Förderphase F. Dadurch, dass sich der Stößel 44 weiterhin in der ersten Endstellung 52 befindet, kann das Ventilelement 40 nicht schließen, das Einlass-Rückschlagventil 30 bleibt also offen. Somit wird Kraftstoff aus dem Förderraum 28 nicht in das Rail 22, sondern zurück in die Niederdruckleitung 16 gefördert. Zu einem Zeitpunkt t1 wird die Spule 56 mittels einer ersten Bestromung 61 bestromt (siehe auch 4), wodurch der Stößel 44 in seine zweite Endstellung 60 (Stellung 0) gezogen wird. Nun kann das Einlass-Rückschlagventil 30 schließen (Stellung 0), sodass der Kraftstoff in das Rail 22 gefördert wird. Die erste Bestromung 61 der Spule 56 ist dabei in verschiedene Phasen aufgeteilt (4): Zunächst erfolgt sie gemäß einer Anzugsphase 62, an die sich eine Haltephase 64 (oder, bei einer anderen, nicht gezeigten Ausführungsform, mehrere Haltephasen oder stromgeregelte Phasen) anschließt. Danach erfolgt eine Schnelllöschung 66.
Zu Beginn der nächsten Saugphase S öffnet das Einlass-Rückschlagventil 30 wieder. Kurz danach endet die Haltephase 64 durch die Schnelllöschung 66. Mit dem Ende der ersten Bestromung 61 beginnt sich der Stößel 44 aus der zweiten Endstellung 60 aufgrund der Beaufschlagung durch die Feder 48 wieder in die erste Endstellung 52 zu bewegen (Stellung 1). Um das Anschlaggeräusch des Anschlagabschnitts 46 am Anschlag 52, der die erste Endstellung definiert, zu reduzieren, erfolgt nach einer Pausenzeit 68 eine zweite Bestromung 70, durch die die Bewegung des Stößels 44 verlangsamt wird ("Bremsimpuls").
Um die für ein optimales Timing des Bremsimpulses 70 optimale Pausenzeit 68 zu bestimmen, wird in einem Adaptionsmodus wie folgt vorgegangen (siehe auch 5): Zunächst wird anstelle der zweiten Bestromung 70, also anstelle des Bremsimpulses, eine dritte Bestromung 72 eingeleitet (in 3 strichpunktiert dargestellt; siehe auch 4). Die Höhe I₇₂ dieser dritten Bestromung 72 ist einerseits so gering gewählt, dass der Stößel 44 hierdurch nicht aus der ersten Endstellung 52 herausbewegt werden kann, wenn er sich in dieser befindet, und andererseits so groß gewählt, dass der Stößel 44 die zweite Endstellung 60 hierdurch nicht verlässt, wenn er sich in dieser befindet. Der Zeitpunkt t₂ des Beginns dieser dritten Bestromung 72 ist ferner so gewählt, dass der Stößel 44 nach dem Ende der ersten Bestromung 61 und noch vor Beginn der dritten Bestromung 72 sicher in die erste Endstellung 52 gelangt (Stellung 1 im Diagramm der 3). Hieraus ergibt sich eine anfängliche Pausenzeit 68a zwischen dem Ende der ersten Bestromung 61 und dem Beginn der dritten Bestromung 72.
Nun wird die Pausenzeit 68 von Zyklus zu Zyklus um einen bestimmten Betrag verkürzt. Ist eine minimale Pausenzeit 68b (3) erreicht, wird ein Anstieg des vom Drucksensor 36 erfassten Kraftstoffdruck im Rail 22 festgestellt. Der Grund hierfür liegt darin, dass sich bei Erreichen der minimalen Pausenzeit 68b der Stößel 44 nach dem Ende der ersten Bestromung 61 noch nicht weit genug von der zweiten Endstellung 60 in die erste Endstellung 52 bewegt hat und daher nunmehr durch die dritte Bestromung 72 wieder zurück in die zweite Endstellung 60 gezogen wird (für den Parameter H₄₄ in 3 durch eine strichpunktierte Linie angedeutet). Endet nun die Saugphase S, schließt das Einlass-Rückschlagventil 32 (strichpunktierte Kurve für den Parameter H₄₀ in 3), sodass sofort mit Beginn der Förderphase F Kraftstoff in das Kraftstoffrail 22 gefördert wird. Die Förderung von Kraftstoff in das Rail 22 ist somit maximal, was dort zu einer Erhöhung des Drucks über den vorgegebenen Solldruck hinaus führt. Wird eine solche unerwünschte Erhöhung des Drucks im Rail 22 festgestellt, kann also davon ausgegangen werden, dass der Stößel 44 nach Beginn der dritten Bestromung 72 nicht mehr in die erste Endstellung 52 gelangt ist.
Diese ermittelte minimale Pausenzeit 68b wird nun für die Anpassung der Pausenzeit 68 im Normalmodus benutzt. Bspw. wird die Differenz zwischen der minimalen Pausenzeit 68b und einer vorab an einem nominalen Mengensteuerventil bei nominalen Bedingungen erfassten nominalen minimalen Pausenzeit ermittelt, und die Pausenzeit 68 im Normalbetrieb, also für das Absetzen des Bremsimpulses 70, darauf beruhend angepasst.
Eine alternative Variante wird nun unter Bezugnahme auf die 6 und 7 erläutert. Dabei werden für funktionsäquivalente Bereiche und Größen die gleichen Bezugszeichen verwendet, und diese werden nicht nochmals erläutert.
Das in den 6 und 7 dargestellte Verfahren betrifft nicht den Adaptionsmodus, sondern den Normalmodus: Bei dem in den 6 und 7 dargestellten Verfahren wird die erste Bestromung 61 nach einer kurzen Haltephase 64 noch vor Erreichen des oberen Totpunktes OT des Pumpenkolbens 26 beendet. Der charakteristische Zeitpunkt, der den Beginn der Pausenzeit bedeutet, ist in diesem Fall also nicht das Ende der ersten Bestromung 61, sondern der obere Totpunkt OT. Auch diese Pausenzeit 68 wird durch das oben beschriebene Verfahren angepasst. Man erkennt, dass nach dem Ende der ersten Bestromung 61 sich der Stößel 44 einen kurzen Weg bis in Anlage an das Ventilelement 40 bewegt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008054512 A1 [0002, 0003, 0004]

Claims

Verfahren zur Betätigung eines Schaltelements (44) einer Ventileinrichtung (30) zwischen einer ersten Endstellung (52) und einer zweiten Endstellung (60), bei dem eine Beaufschlagungseinrichtung (48) das Schaltelement (44) in eine erste Richtung (50) zur ersten Endstellung (52) hin beaufschlagt, und bei dem eine elektromagnetische Betätigungseinrichtung (34) bei einer ersten Bestromung (61) das Schaltelement (44) in eine zweite Richtung (58) zur zweiten Endstellung (60) hin beaufschlagt, und in einem Normalmodus innerhalb eines Zyklus nach einem Ende der ersten Bestromung (61) eine durch die Beaufschlagungseinrichtung (48) bewirkte Bewegung des Schaltelements (44) in der ersten Richtung (50) durch eine kurze zweite Bestromung (70) verlangsamt wird ("Bremsimpuls"), die nach Ablauf einer Pausenzeit (68) nach einem charakteristischen Zeitpunkt innerhalb des Zyklus eingeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die optimale Pausenzeit (68) und/oder eine den Bremsimpuls (70) charakterisierende optimale Größe in einem Adaptionsmodus wie folgt ermittelt wird: a. Einleiten einer dritten Bestromung (72) anstelle der zweiten Bestromung (61), wobei die Höhe (H₇₂) der dritten Bestromung (72) einerseits so gering gewählt ist, dass das Schaltelement (44) nicht aus der ersten Endstellung (52) heraus bewegt werden kann, wenn es sich in dieser befindet, und andererseits so groß gewählt ist, dass das Schaltelement (44) die zweite Endstellung (60) nicht verlässt, wenn es sich in dieser befindet, und wobei der charakteristische Zeitpunkt ein Ende der ersten Bestromung (61) ist und die Pausenzeit (68a) zunächst so gewählt ist, dass das Schaltelement (44) nach dem Ende der ersten Bestromung (61) und vor Beginn der dritten Bestromung (72) sicher in die erste Endstellung (52) gelangt, b. Verkürzen der Pausenzeit (68) von Zyklus zu Zyklus, c. Ermitteln einer minimalen Pausenzeit (68b), bei der das Schaltelement (44) nach Beginn der dritten Bestromung (72) nicht mehr in die erste Endstellung (52) gelangt, d. Anpassen der Pausenzeit (68) und/oder der den Bremsimpuls /70) charakterisierenden Größe wieder im Normalmodus abhängig von der ermittelten minimalen Pausenzeit (68b).
Verfahren zur Betätigung eines Schaltelements (44) einer Ventileinrichtung (30) zwischen einer ersten Endstellung (52) und einer zweiten Endstellung (60), bei dem eine Beaufschlagungseinrichtung (48) das Schaltelement (44) in eine erste Richtung (50) zur ersten Endstellung (52) hin beaufschlagt, und bei dem eine elektromagnetische Betätigungseinrichtung (34) bei einer ersten Bestromung (61) das Schaltelement (44) in eine zweite Richtung (58) zur zweiten Endstellung (60) hin beaufschlagt, und in einem Normalmodus innerhalb eines Zyklus nach einem Ende der ersten Bestromung (61) eine durch die Beaufschlagungseinrichtung (48) bewirkte Bewegung des Schaltelements (44) in der ersten Richtung (50) durch eine kurze zweite Bestromung (70) verlangsamt wird ("Bremsimpuls"), die nach Ablauf einer Pausenzeit (68) nach einem charakteristischen Zeitpunkt innerhalb des Zyklus eingeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die optimale Pausenzeit (68) und/oder eine den Bremsimpuls (70) charakterisierende optimale Größe in einem Adaptionsmodus wie folgt ermittelt wird: a. Einleiten einer dritten Bestromung (72) anstelle der zweiten Bestromung (61), wobei die Höhe (H₇₂) der dritten Bestromung (72) einerseits so gering gewählt ist, dass das Schaltelement (44) nicht aus der ersten Endstellung (52) heraus bewegt werden kann, wenn es sich in dieser befindet, und andererseits so groß gewählt ist, dass das Schaltelement (44) die zweite Endstellung (60) nicht verlässt, wenn es sich in dieser befindet, und wobei der charakteristische Zeitpunkt ein Ende der ersten Bestromung (61) ist und die Pausenzeit (68a) zunächst so gewählt ist, dass das Schaltelement (44) nach dem Ende der ersten Bestromung (61) und nach Beginn der dritten Bestromung (72) nicht mehr in die erste Endstellung (52) gelangt, b. Verlängern der Pausenzeit (68) von Zyklus zu Zyklus, c. Ermitteln einer minimalen Pausenzeit (68b), bei der das Schaltelement (44) vor Beginn der dritten Bestromung (72) sicher in die erste Endstellung (52) gelangt, d. Anpassen der Pausenzeit (68) und/oder der den Bremsimpuls /70) charakterisierenden Größe wieder im Normalmodus abhängig von der ermittelten minimalen Pausenzeit (68b).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Normalmodus die Pausenzeit (68) und/oder die den Bremsimpuls (70) charakterisierende Größe wie folgt angepasst wird: (d1) Bilden einer die Differenz zwischen einer nominalen und der ermittelten minimalen Pausenzeit (68b) charakterisierenden Differenzgröße, wobei die nominale Pausenzeit bei Nominalbedingungen und bei einem Nominal-Schaltelement ermittelt wurde, (d2) Anpassen der Pausenzeit (68) und/oder der den Bremsimpuls (70) charakterisierenden Größe abhängig von der ermittelten Differenzgröße.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es im Betrieb einer Kolben-Kraftstoffpumpe (18) eines Common-Rail-Kraftstoffsystems (10) angewendet wird, wobei das Schaltelement ein Stößel (44) ist, der in der ersten Endstellung (52) ein Einlass-Rückschlagventil (30) der Kolben-Kraftstoffpumpe (18) zeitweise in einer geöffneten Stellung halten kann ("stromlos offenes Mengensteuerventil").
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Bestromung (72) über einen unteren Totpunkt (UT) eines Pumpenkolbens (26) hinaus andauert und die minimale Pausenzeit (68b) jene Pausenzeit ist, bei der es zu einem nicht gewünschten Anstieg des Kraftstoffdrucks im Rail (22) kommt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Normalmodus der charakteristische Zeitpunkt für den Beginn der Pausenzeit (68) ein Ende der ersten Bestromung (61) ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Normalmodus der charakteristische Zeitpunkt für den Beginn der Pausenzeit (68) ein oberer Totpunkt (OT) eines Pumpenkolbens (26) ist, und dass die erste Bestromung (61) beendet wird, wenn das Einlass-Rückschlagventil (30) während eines Förderhubs (F) sicher geschlossen ist.
Computerprogramm, dadurch gekennzeichnet, dass es dazu programmiert ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 durchzuführen.
Steuer- und/oder Regeleinrichtung (38) für ein Kraftstoffsystem (10) einer Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Speicher umfasst, auf dem ein Computerprogramm nach Anspruch 8 gespeichert ist.