DE102013213329A1 - Method for detecting the operation of a switching valve - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung der Funktionsweise eines Schaltventils (10). Das Schaltventil (10) umfasst dabei einen in einer Spule (11) verlaufenden Magnetkern (12) und einen Ventilkörper (15), der mittels des Magnetkerns (12) und der bestromten Spule (11) in axialer Richtung (R) bewegt wird. Ein durch den Magnetkern (12) induzierter Stromverlauf (20) der nicht bestromten Spule (11) wird erfasst und hinsichtlich der Schwingungsform (23) und/oder der Höhe des induzierten Stroms ausgewertet.The invention relates to a method for detecting the operation of a switching valve (10). The switching valve (10) comprises a magnetic core (12) running in a coil (11) and a valve body (15) which is moved in the axial direction (R) by means of the magnetic core (12) and the energized coil (11). A current waveform (20) of the non-energized coil (11) induced by the magnetic core (12) is detected and evaluated with regard to the waveform (23) and / or the magnitude of the induced current.
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erkennung der Funktionsweise eines Schaltventils. Das Schaltventil umfasst dabei einen in einer Spule verlaufenden Magnetkern und einen Ventilkörper, der mittels des Magnetkerns und der bestromten Spule in axialer Richtung bewegbar ist.The present invention relates to a method for detecting the operation of a switching valve. The switching valve comprises a magnetic core running in a coil and a valve body, which is movable in the axial direction by means of the magnetic core and the energized coil.
Hintergrund der ErfindungBackground of the invention
Bei elektromechanischen Aktoren kann der bewegliche Magnetkern des Schaltventils blockiert oder gehemmt werden, was durch fehlerhafte Herstellung, Alterung der Bauteile, extreme Temperaturen, Verschlechterung von Schmiereigenschaften des Öls usw. hervorgerufen werden kann. Das Problem, das sich aus einem blockierten Magnetkern ergibt ist, dass ein Schaltventil, bedingt durch das UniAir-System, nicht öffnet. Ein nicht öffnendes oder nicht erwartungsgemäß öffnendes Schaltventil bzw. blockierendes Schaltventil kann erhebliche Nachteile aufweisen.In electromechanical actuators, the movable magnetic core of the switching valve can be blocked or inhibited, which can be caused by defective production, aging of components, extreme temperatures, deterioration of lubricating properties of the oil, etc. The problem that arises from a blocked magnetic core is that a switching valve, due to the UniAir system, does not open. A non-opening or unexpectedly opening switching valve or blocking switching valve can have significant disadvantages.
Bei einem blockierten Magnetkern ist der Motor nicht betriebsfähig. Bei einem Motor mit einem Direkteinspritzsystem wird dabei aber trotzdem weiterhin Kraftstoff in den Brennraum gespritzt, ohne die für die Gemischbildung erforderliche Luftzufuhr zu haben. Dies kann zur Folge haben, dass versucht wird, den im Zylinder verbleibenden Kraftstoff zu komprimieren, was wiederum eine mechanische Überlastung der Bauteile zur Folge hat. Je nachdem in welcher Position der Magnetkern blockiert ist, kann evtl. doch ein zufälliger Ventilhub erfolgen, was zu einer schlechten Gemischbildung führt. Dies kann die Abgaswerte negativ beeinflussen, die wiederum Zulassungsrelevant sind.With a blocked magnetic core, the engine is inoperable. In the case of an engine with a direct injection system, however, fuel continues to be injected into the combustion chamber without having the air supply required for mixture formation. This can result in an attempt to compress the remaining fuel in the cylinder, which in turn results in a mechanical overload of the components. Depending on the position in which the magnetic core is blocked, a random valve lift may possibly occur, resulting in poor mixture formation. This can have a negative effect on exhaust emissions, which in turn are relevant for approval.
Bei einem bekannten Verfahren zur Erkennung der Funktionsweise eines Schaltventils wird der Stromverlauf des Schaltventils beim „Einschalten” ausgewertet und zur Erkennung herangezogen. Der Stromverlauf beim Einschalten stellt eine V-Form dar und ergibt sich zum einen durch die Ansteuerung als PWM (Pulsweitenmodulation) Signal und zum anderen aus der Rückmeldung vom mechanischen Verhalten. Die Unterscheidung erfolgt durch den Stromabfall vom Peak bis V-Minimum (Delta-I) und der Zeit vom Peak bis V-Minimum (Delta-T).In a known method for detecting the operation of a switching valve, the current profile of the switching valve is evaluated when "switching on" and used for detection. The current curve during switching on represents a V-shape and results on the one hand by the control as PWM (Pulse Width Modulation) signal and on the other hand from the feedback of the mechanical behavior. The distinction is made by the current drop from the peak to the V-minimum (delta-I) and the time from the peak to the V-minimum (delta-T).
Die Schwierigkeit bei der Erkennung von blockierten Magnetkernen ist, dass sich bei einem sehr schnell schaltenden Magnetkern der Stromverlauf des Schaltventils in bestimmten Betriebspunkten kaum oder überhaupt nicht von dem Stromverlauf eines Schaltventils unterscheidet, bei dem der Magnetkern blockiert. Das bedeutet, dass funktionsfähige Schaltventile fälschlicherweise als fehlerhaft (blockiert) erkannt werden. Das Verfahren gemäß dem Stand der Technik weist demnach den Nachteil auf, dass es nicht in allen Betriebspunkten sicher die blockierten von den nicht blockierten Magnetkernen der Schaltventile unterscheiden kann.The difficulty in the detection of blocked magnetic cores is that in a very fast switching magnetic core, the current characteristic of the switching valve at certain operating points hardly or not at all differs from the current profile of a switching valve in which blocks the magnetic core. This means that functioning switching valves are erroneously recognized as faulty (blocked). The method according to the prior art therefore has the disadvantage that it can not reliably distinguish the blocked from the non-blocked magnetic cores of the switching valves in all operating points.
Aus der US-Patentanmeldung
Aufgabe der gegenwärtigen Erfindung ist es daher, nicht-schaltende bzw. blockierte Magnetkerne von Schaltventilen effektiv, sicher und zuverlässig zu erkennen und von denen die schalten bzw. nicht blockiert sind, zu unterscheiden.The object of the present invention is therefore to detect non-switching or blocked magnetic cores of switching valves effectively, safely and reliably, and to distinguish those which are switched or not blocked.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Erkennung der Funktionsweise eines Schaltventils gelöst, das die Merkmale des Anspruchs 1 umfasst.This object is achieved by a method for detecting the operation of a switching valve comprising the features of
Das Verfahren zur Erkennung der Funktionsweise eines Schaltventils gemäß Anspruch 1 umfasst einen in einer Spule verlaufenden Magnetkern und einen Ventilkörper, der mittels des Magnetkerns und der bestromten Spule in axialer Richtung bewegt wird.The method for detecting the operation of a switching valve according to
Erfindungsgemäß wird dabei zuerst der durch den Magnetkern induzierte Stromverlauf der nicht bestromten Spule erfasst und anschließend hinsichtlich Schwingungsform und/oder Höhe des induzierten Stroms ausgewertet. Die Höhe und die Schwingungsform des Stromverlaufs des induzierten Stroms sind zum einen abhängig von der Bewegung des Magnetkerns des Schaltventils in axialer Richtung und zum anderen vom Abbau des Haltestroms in der Spule.According to the invention, the current flow of the non-energized coil induced by the magnetic core is first detected and then evaluated with regard to the waveform and / or the magnitude of the induced current. The height and the waveform of the current flow of the induced current are dependent on the one hand on the movement of the magnetic core of the switching valve in the axial direction and on the other by the reduction of the holding current in the coil.
Dementsprechend weist bei einem blockierten Magnetkern des Schaltventils der ausgewertete Stromverlauf ein niedriges Stromniveau und die Schwingungsform einen flachen Verlauf auf. Im Gegensatz dazu zeichnet sich der ausgewertete Stromverlauf eines nicht blockierten Magnetkerns des Schaltventils durch ein höheres Stromniveau aus und die Schwingungsform durch einen ausgezeichneten Peak und einen schnellen Abfall nach dem Peak. Accordingly, in a blocked magnetic core of the switching valve, the evaluated current waveform has a low current level and the waveform has a flat shape. In contrast, the evaluated current waveform of a non-blocked magnetic core of the switching valve is characterized by a higher current level and the waveform by an excellent peak and a rapid fall after the peak.
Das beschriebene Verfahren sieht vor, nach dem Prinzip der elektromechanischen Induktion den induzierten Strom in der Spule in der sogenannten „Tail“-Phase für die Erkennung zu nutzen. Da bei einem blockierten Magnetkern des Schaltventils der Einflussfaktor der Bewegung wegfällt, ist dementsprechend die Form des Stromprofils in der Tail-Phase anders. Man kann aber generell sagen, dass der induzierte Strom, der bei der Deaktivierung erzeugt wird, oszilliert und zu Null konvergiert. The method described provides for using the induced current in the coil in the so-called "tail" phase for the detection according to the principle of electromechanical induction. Accordingly, with a blocked magnetic core of the switching valve, the influence factor of the motion is eliminated, accordingly, the shape of the current profile in the tail phase is different. However, it can generally be said that the induced current generated at deactivation oscillates and converges to zero.
Es ist möglich, hier z.B. die Stromhöhe als Kriterium für die Erkennung herzunehmen, wobei auch andere Indizien untersucht wurden, die weitere Möglichkeiten zur Auswertung des Stromverlaufs darstellen. Grundsätzlich ist es auch möglich, andere Bereiche des Stromverlaufs des induzierten Stroms zu verwenden und diese auf ähnliche oder sogar andere Charakteristik hin zu untersuchen. Der abklingende Stromverlauf des Schaltventils ist dabei von verschiedenen Faktoren und dem jeweiligen Anwendungsfall abhängig. It is possible to see here e.g. To take the current level as a criterion for the detection, and other evidence has been examined, which are further possibilities for the evaluation of the current profile. In principle, it is also possible to use other regions of the current flow of the induced current and to examine them for similar or even different characteristics. The decaying current profile of the switching valve is dependent on various factors and the particular application.
Generell kann das Verfahren zur Erkennung der Funktionsweise von Schaltventilen bei elektromechanisch schaltbaren Aktoren angewendet werden. Solche Aktoren werden z.B. in der Automobil-, Chemie-, Energie-, und Medizingeräte-Industrie eingesetzt. Der Anwendungsbereich liegt bevorzugterweise zunächst im Bereich der vollvariablen Ventiltriebsysteme Uniair.In general, the method for detecting the operation of switching valves can be applied to electromechanically switchable actuators. Such actuators are e.g. used in the automotive, chemical, energy, and medical device industries. The field of application is preferably initially in the field of fully variable valve train systems Uniair.
Im Folgenden sollen Ausführungsbeispiele die Erfindung und ihre Vorteile anhand der beigefügten Figuren näher erläutern. Die Größenverhältnisse in den Figuren entsprechen nicht immer den realen Größenverhältnissen, da einige Formen vereinfacht und andere Formen zur besseren Veranschaulichung vergrößert im Verhältnis zu anderen Elementen dargestellt sind. Dabei zeigen:In the following, embodiments of the invention and their advantages with reference to the accompanying figures will be explained in more detail. The proportions in the figures do not always correspond to the actual size ratios, as some shapes are simplified and other shapes are shown enlarged in relation to other elements for ease of illustration. Showing:
Für gleiche oder gleich wirkende Elemente der Erfindung werden identische Bezugszeichen verwendet. Ferner werden der Übersicht halber nur Bezugszeichen in den einzelnen Figuren dargestellt, die für die Beschreibung der jeweiligen Figur erforderlich sind. Die dargestellten Ausführungsformen stellen lediglich Beispiele dar, wie das Verfahren zur Erkennung der Funktionsweise eines Schaltventils ausgestaltet sein kann und stellen somit keine abschließende Begrenzung der Erfindung dar.For identical or equivalent elements of the invention, identical reference numerals are used. Furthermore, for the sake of clarity, only reference symbols are shown in the individual figures, which are required for the description of the respective figure. The illustrated embodiments are only examples of how the method for detecting the operation of a switching valve can be configured and thus do not represent a final limitation of the invention.
In
Im Gegensatz dazu ist in
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- Schaltventil switching valve
- 1111
- Spule Kitchen sink
- 1212
- Magnetkern magnetic core
- 1313
- Verbindungselement connecting element
- 1414
- Ventilsitz valve seat
- 1515
- Ventilkörper valve body
- 1616
- elastisches Element elastic element
- 1717
- Gehäuseteil housing part
- 2020
- Stromverlauf current profile
- 2121
- Haltestrom holding current
- 2222
- erste Schwingungsform first waveform
- 2323
- zweite Schwingungsform („Tail“) second mode of vibration ("tail")
- 231231
- Peak peak
- 2424
- Oszillierende Tailform Oscillating tail shape
- 2525
- Stromniveau current level
- 3030
- V-Profil V-Profile
- 3131
- Delta-T Delta-T
- 3232
- Delta-I Delta-I
- 3333
- Peak peak
- 3434
- V-Minimum V-min
- 4040
- Stromverlauf blockierter Magnetkern Current flow blocked magnetic core
- 4545
- Stromverlauf nicht blockierter Magnetkern Current profile of unblocked magnetic core
- FF
- Fluidweg fluid path
- OO
- Nulllinie zero line
- RR
- axiale Richtung axial direction
- ZZ
-
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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