DE102012213399A1

DE102012213399A1 - Verfahren zur Regelung eines Schaltvorgangs von elektromagnetisch betätigten Schaltventilen

Info

Publication number: DE102012213399A1
Application number: DE201210213399
Authority: DE
Inventors: Piergiacomo Traversa; Abdelhak Rguig Assakali; Ilia TARASSOV
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2012-07-31
Filing date: 2012-07-31
Publication date: 2014-02-06

Abstract

Verfahren zur Regelung des Schaltvorgangs von elektromagnetisch betätigten Schaltventilen, insbesondere zur Steuerung von hydraulischen Medien bei einer vollvariablen hydraulischen Ventilsteuervorrichtung (2) von Gaswechselventilen an Hubkolbenbrennkraftmaschinen (1), wobei den Elektromagneteinheiten der Schaltventile zumindest eine Magnetventilsteuervorrichtung (4) zugeordnet ist, wobei die Schaltventile von je einer Feder belastet sind und mittels eines Ankers der Elektromagneteinheit in Gegenrichtung bewegt werden und wobei die Regelung der Gegenbewegung des Ankers der Elektromagneteinheit in Abhängigkeit der Temperatur des Schaltventils und/oder der Magnetspule (8) der Elektromagneteinheit erfolgt.

Description

Gebiet der Erfindung
Verfahren zur Regelung des Schaltvorgangs von elektromagnetisch betätigten Schaltventilen, insbesondere zur Steuerung von hydraulischen Medien bei einer vollvariablen hydraulischen Ventilsteuervorrichtung von Gaswechselventilen an Hubkolbenbrennkraftmaschinen, wobei den Elektromagneteinheiten der Schaltventile zumindest eine Magnetventilsteuervorrichtung zugeordnet ist und wobei die Schaltventile von je einer Feder belastet sind und mittels eines Ankers der Elektromagneteinheit in Gegenrichtung bewegt werden.
Hintergrund der Erfindung
Derartige Schaltventile und ihrer Ansteuerung sind aus der EP-1 338 764 B1 bekannt. Bei dieser Ventilsteuervorrichtung erfolgt die Ansteuerung der Schaltventile während des Betriebs der Hubkolbenbrennkraftmaschine selektiv, der Hubbewegung der Gaswechselventile zugeordnet, wobei der Hub der Gaswechselventile beim Schließen der Schaltventile beginnt und beim Öffnen der Schaltventile endet.
Das exakte Öffnen und Schließen der Schaltventile ist für die exakte Funktionsweise der Hubkolbenbrennkraftmaschine von großer Bedeutung, insbesondere im Hinblick auf heutige Abgasbestimmungen. Dies trifft u.a. auch für die Steuerung von Schaltventilen bei anderen Medien und anderen Anwendungen zu.
Aufgabe der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, die Steuerung von Schaltventilen so zu regeln, dass der durch die Elektromagneteinheiten beherrschte Bewegungsvorgang schnell und exakt zu dem gewünschten Zeitpunkt erfolgt. Dabei sollen möglichst alle Streuungen zwischen Schaltventilen und deren Elektromagneteinheiten untereinander vorwiegend aufgrund von Temperaturschwankungen, Änderungen der Medien der Schaltventile und der Schaltventile selbst eliminiert werden. Die Vorgaben sollen mit einfachen kostengünstigen Mitteln erreicht werden.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass die Regelung der durch den Anker hervorgerufenen Bewegung der Elektromagneteinheit in Abhängigkeit der Temperatur des Schaltventils und/oder der Magnetspule der Elektromagneteinheit erfolgt. Es hat sich nämlich gezeigt, dass die Temperatur des Schaltventils und dadurch die Temperatur der Magnetspule einen großen Einfluss auf den Bewegungsvorgang haben. Dies gilt unabhängig von der Art und Ausgestaltung der Schaltventile und trifft für alle von den Schaltventilen beherrschten Medien, ob Gasen oder Flüssigkeiten zu. Von besonderer Bedeutung ist dies bei der Steuerung von Medien, bei denen größere Temperaturschwankungen vorliegen, z. B. bei hydraulischen Ventilsteuervorrichtungen von Hubkolbenbrennkraftmaschinen.
Eine große Bedeutung hat auch die an der Magnetventilsteuervorrichtung und/oder an den Magnetspulen anliegende elektrische Spannung, die ebenfalls großen Schwankungen unterliegen kann. Die Regelung der Bewegung des Ankers der Elektromagneteinheit soll dabei auch in Abhängigkeit der zur Verfügung stehenden Spannung erfolgen.
Dies gilt auch für Unterschiede bei den Schaltventilen und deren Elektromagneteinheiten selbst und deren alterungsbedingten Änderungen.
In vorteilhafter Weise hat die Magnetventilsteuervorrichtung, die entweder unabhängig ist oder in dem Motorsteuergerät integriert ist, zumindest eine spezifische integrierte Schaltung, die mit dem oder den Treiber(n) zumindest einer Endstufe und damit mit der Magnetspule korrespondieren. Diese Schaltungen beherrschen die Elektromagneteinheiten einerseits, nehmen aber auch andererseits Daten auf, so dass eine Regelung erfolgen kann.
Die Regelung erfolgt vorzugsweise durch Steuerung der Stromstärke an den Magnetspulen. Liegen zu lange Einschaltzeiten vor, so wird die Stromstärke erhöht; liegen zu kurze Einschaltzeiten an, so wird die Stromstärke verringert. Unter Einschaltzeit wird dabei die Zeit verstanden, die zwischen Einschalten der vollen Stromstärke und Schließen des Schaltventils besteht. Dabei wird der zulässige Sollbereich der Einschaltzeiten durch eine Bandbreite definiert, deren Größe in Abhängigkeit der Temperatur des Schaltventils und/oder der Magnetspule variiert. Die Bandbreite ist bei ansteigenden Temperaturen schmäler als bei niedrigen Temperaturen.
Die Erhöhung und Verringerung der Stromstärke erfolgt schrittweise, bis der Sollwert bzw. die Sollbandbreite erreicht ist. Die korrigierten Werte der Stromstärke und der zugeordneten Spannung werden dabei laufend gespeichert, um Zuordnungen der Einschaltzeiten zu Temperaturen und Spannungen schneller erreichen zu können.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnungen verwiesen, in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung vereinfacht dargestellt ist. Es zeigen:
1: eine Schaltungsanordnung, die eine Hubkolbenbrennkraftmaschine, eine hydraulische Ventilsteuervorrichtung und die zugeordnete elektronische Ausstattung beinhaltet,
2: ein Schaltschema, dem zu entnehmen ist, welche Einflussgrößen in welcher Zuordnung der Elektromagneteinheit zugeordnet sind,
3: der Stromverlauf an einer Magnetspule zur Steuerung der Elektromagneteinheit,
4 und 5: Ausschnitte des Hauptstromverlaufs im vergrößerten Maßstab während der Einschaltzeiten und
6: eine Funktion der Einschaltzeit in Abhängigkeit der Temperatur an der Magnetspule einschließlich einer zugeordneten Bandbreite.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
In den 1 bis 6 ist, soweit im Einzelnen dargestellt, mit 1 eine Hubkolbenbrennkraftmaschine angedeutet, deren Gaswechselventile von einer hydraulischen Ventilsteuereinheit 2 beherrscht sind. Weiterhin ist mit 3 ein Motorsteuergerät skizziert, das mit einer Magnetventilsteuervorrichtung 4 in Wirkverbindung steht, die eine Black Box 5 mit Schaltungen beinhaltet. Diese korrespondieren mit einem oder mehreren Treibern 7 der Endstufen von Magnetspulen 8, wobei, wie den Pfeilen zu entnehmen ist, der Datenfluss in beide Richtungen erfolgt.
Wie 2 zu entnehmen ist, beeinflussen verschiedene Größen, wie Temperatur der Magnetspule, Zylinderidentität, Diagnosezustand, Einschaltzeitpunkt in Verbindung mit Einschaltzeit und Magnetspulentemperatur die Steuerung der Elektromagneteinheit.
Der Stromverlauf zum Einschalten der Magnetspule 8 und damit der Bewegung des Schaltventils beginnt gemäß 3 mit einem Vorstrom 9 zur Beeinflussung der Magnetspule 8, an den sich der Hauptstrom 10 für die Betätigung der Magnetspule 8 und des Ankers anschließt.
Je nach Ausgestaltung der Magnetspule 8 und ihrer Temperatur kann das Schaltventil, wie in der oberen Kurve 13 dargestellt, sich schnell bewegen oder, wie der darunter liegenden mittleren Kurve 14 zu entnehmen ist, sich langsam bewegen oder schließlich, wie in der untersten Kurve 15 dargestellt, entsprechend dem Sollwert sich bewegen. Der tiefste Punkt der jeweiligen Kurve zu der Abszisse ist dabei der Bewegungsendpunkt des Schaltventils.
Die Ausschnitte in den 4 und 5 geben den Verlauf des Hauptstromes auf der Basis des Sollwertes und der von dem Sollwert abweichenden Istwerten an, wobei 4 die schrittweise Regelung des Bewegungsendpunktes eines Schaltventils wiedergibt, das anfänglich zu langsam war, d.h. die Einschaltzeit zu lang war, wogegen 5 die schrittweise Näherung darstellt, die bei einem Schaltventil bzw. einer Magnetspule 8 gegeben ist, deren Einschaltzeit anfänglich zu kurz war. In 4 wird die Stromstärke schrittweise erhöht, wogen sie in 5 schrittweise gesenkt wird.
In 6 ist über der Temperatur eine Solleinschaltzeit 11 aufgetragen. Dem Diagramm ist zu entnehmen, dass bei fallender Temperatur die Solleinschaltzeit 11 größer wird, wobei eine Bandbreite 12 unterhalb und oberhalb der Solleinschaltzeit 11 angegeben ist, in deren Bereich die Magnetventilauslegung noch zulässig ist.
Bezugszeichenliste

1: Hubkolbenbrennkraftmaschine
2: Hydraulische Ventilsteuereinheit
3: Motorsteuergerät
4: Magnetventilsteuervorrichtung
5: Black Box
7: Treiber
8: Magnetspule
9: Vorstrom
10: Hauptstrom
11: Solleinschaltzeit
12: Bandbreite
13: Obere Kurve
14: Mittlere Kurve
15: Unterste Kurve

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 1338764 B1 [0002]

Claims

Verfahren zur Regelung des Schaltvorgangs von elektromagnetisch betätigten Schaltventilen, insbesondere zur Steuerung von hydraulischen Medien bei einer vollvariablen hydraulischen Ventilsteuervorrichtung (2) von Gaswechselventilen an Hubkolbenbrennkraftmaschinen (1), wobei den Elektromagneteinheiten der Schaltventile zumindest eine Magnetventilsteuervorrichtung (4) zugeordnet ist und wobei die Schaltventile von je einer Feder belastet sind und mittels eines Ankers der Elektromagneteinheit in Gegenrichtung bewegt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung der Gegenbewegung des Ankers der Elektromagneteinheit in Abhängigkeit der Temperatur des Schaltventils und/oder der Magnetspule (8) der Elektromagneteinheit erfolgt.
Verfahren zur Regelung des Schaltvorgangs von elektromagnetisch betätigten Schaltventilen, insbesondere zur Steuerung von hydraulischen Medien bei einer vollvariablen hydraulischen Ventilsteuervorrichtung (2) von Gaswechselventilen an Hubkolbenbrennkraftmaschinen (1), wobei den Elektromagneteinheiten der Schaltventile zumindest eine Magnetventilsteuervorrichtung (4) zugeordnet ist und wobei die Schaltventile von je einer Feder belastet sind und mittels eines Ankers der Elektromagneteinheit in Gegenrichtung bewegt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung der Gegenbewegung des Ankers der Elektromagneteinheit in Abhängigkeit der der Magnetventilsteuervorrichtung (4) und/oder der Magnetspule (8) zur Verfügung stehenden Spannung erfolgt.
Verfahren zur Regelung des Schaltvorgangs nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetventilsteuervorrichtung (4) zumindest eine Black Box (5) mit einer Schaltung aufweist, die mit dem Treiber (7) zumindest einer Magnetspule (8) korrespondiert.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung durch Steuerung der Stromstärke des Hauptstromes (10) an den Magnetspulen (8) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromstärke in Abhängigkeit von Soll/Ist-Vergleichen der Solleinschaltzeiten (11) der Magnetspulen (8) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Vorliegen zu langer Einschaltzeiten (11) die Stromstärke erhöht und bei zu kurzen Einschaltzeiten (11) die Stromstärke verringert wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhöhung und Verringerung der Stromstärken schrittweise erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zulässige Bereich der Solleinschaltzeiten (11) durch eine Bandbreite (12) definiert ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bandbreite (12) in Abhängigkeit der Temperatur der Magnetspulen (8) variiert, vorzugsweise derart, dass die Bandbreite (12) bei ansteigenden Temperaturen schmäler wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Werte der Stromstärke und der zugeordneten Spannung laufend gespeichert werden.