DE102016218915A1 - Determination of the time of use and the time of waste for solenoid valves - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Bestimmung des Anzugszeitpunkts tON und des Abfallzeitpunkts tOFF eines Magnetventils (1) mit einem ferromagnetischen Anker (2), wobei der Anker (2) durch Bestromung eines Elektromagneten (3) ausgehend von einer ersten Endposition (2a) gegen eine Rückstellkraft (4) in eine zweite Endposition (2b) verbringbar ist, wobei der Anker (2) ausgehend von der zweiten Endposition (2b) durch Verminderung oder Abschalten der Bestromung des Elektromagneten (3) in Kombination mit der Rückstellkraft (4) in die erste Endposition (2a) verbringbar ist und wobei zu jeder der beiden Endpositionen (2a, 2b) des Ankers (2) eine Schaltstellung (1a, 1b) des Magnetventils (1) korrespondiert, wobei während einer Bewegung des Ankers (2) von der ersten Endposition (2a) in die zweite Endposition (2b) der durch den Elektromagneten (3) fließende Strom I zeitabhängig gemessen (110) und der Zeitpunkt eines Extremums, und/oder einer Unstetigkeit, im Strom I als Anzugszeitpunkt tON, zu dem sich der Anker (2) in der zweiten Endposition (2b) befindet, gewertet wird (120), und wobei während einer Bewegung des Ankers (2) von der zweiten Endposition (2b) in die erste Endposition (2a) die am Elektromagneten (3) anliegende Spannung U zeitabhängig gemessen (130) und der Zeitpunkt eines Extremums, und/oder einer Unstetigkeit, in der Spannung U als Abfallzeitpunkt tOFF, zu dem sich der Anker (2) in der ersten Endposition (2a) befindet, gewertet wird (140).Method for determining the time of application tON and the time of fall tOFF of a solenoid valve (1) with a ferromagnetic armature (2), the armature (2) being energized by energizing an electromagnet (3) from a first end position (2a) against a restoring force (4) in a second end position (2b) can be brought, wherein the armature (2) starting from the second end position (2b) by reducing or switching off the energization of the electromagnet (3) in combination with the restoring force (4) in the first end position (2a) can be brought and wherein to each of the two end positions (2a, 2b) of the armature (2) corresponds to a switching position (1a, 1b) of the solenoid valve (1), wherein during a movement of the armature (2) from the first end position (2a) in the second end position (2b) of the current I flowing through the electromagnet (3) is measured time-dependently (110) and the time of an extremum, and / or a discontinuity, in the current I as the time of application t ON, to which the arr (2) is located in the second end position (2b), is evaluated (120), and wherein during a movement of the armature (2) from the second end position (2b) to the first end position (2a), the voltage applied to the electromagnet (3) Voltage U is measured (130) and the time of an extremum, and / or a discontinuity, in the voltage U as the fall time tOFF, to which the armature (2) is located in the first end position (2a) is evaluated (140).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft den Betrieb von Magnetventilen, die beispielsweise zur Dosierung gasförmiger Motorkraftstoffe verwendet werden.The present invention relates to the operation of solenoid valves used, for example, for metering gaseous motor fuels.

Stand der Technik State of the art

Ein mit gasförmigem Kraftstoff betriebener Großmotor mit mehreren Zylindern wird vorteilhaft mit zylinderindividueller Kraftstoffdosierung (multi-port injection, MPI) betrieben. Gegenüber einer zentralen Gaseinblasung in das Saugrohr (central gas injection, CGI) verspricht dies ein dynamischeres Ansprechverhalten des Gasmotors auf Lastwechselanforderungen, geringere Schadstoffemissionen (insbesondere von Kohlenwasserstoffen wie Methan oder Stickoxiden), geringeren Kraftstoffverbrauch und einen höheren Wirkungsgrad.An operated with gaseous fuel engine with multiple cylinders is advantageously operated with cylinder-individual fuel metering (multi-port injection, MPI). Compared to a central gas injection into the intake manifold (central gas injection, CGI), this promises a more dynamic response of the gas engine to load change requirements, lower pollutant emissions (in particular of hydrocarbons such as methane or nitrogen oxides), lower fuel consumption and higher efficiency.

Für die zylinderindividuelle Kraftstoffdosierung kommen direkt geschaltete Magnetventile mit Topfmagnet und Flachanker zum Einsatz, die bevorzugt nahe am Einlassventil des betreffenden Zylinders am Saugrohr angebracht sind. Diese Ventile sind im unbestromten Zustand geschlossen und werden durch Bestromung gegen eine Federkraft sowie gegen die Druckkraft des Kraftstoffs geöffnet.For the cylinder-specific fuel metering directly switched solenoid valves with pot magnet and flat armature are used, which are preferably mounted close to the intake valve of the relevant cylinder on the intake manifold. These valves are closed in the de-energized state and are opened by energization against a spring force and against the pressure force of the fuel.

Es ist sehr wichtig, dass zu einem genau definierten Zeitpunkt eine genau vorgegebene Menge an Kraftstoff eindosiert wird. Bei Ansteuerung mit dem gleichen Strom-Zeit-Profil weichen jedoch nachteilig die effektiven Öffnungsdauern verschiedener Magnetventile einer Serie voneinander ab. Die effektive Öffnungsdauer hängt von einer Vielzahl von Einflussgrößen insbesondere im Magnetkreis ab, die schwer kontrollierbar sind. Derzeit lässt sich die Exemplarstreuung der effektiven Öffnungsdauer nur bis auf ±1 % bis ±10 % (typabhängig) drücken.It is very important that at a precisely defined point in time a precisely predetermined amount of fuel is metered. When activated with the same current-time profile, however, the effective opening times of various solenoid valves of a series differ disadvantageously. The effective opening time depends on a large number of influencing variables, in particular in the magnetic circuit, which are difficult to control. At present, the specimen spread of the effective opening duration can only be pressed down to ± 1% to ± 10% (depending on the type).

Wie alle beweglichen Teile unterliegen Magnetventile einem Verschleiß. Dadurch verändert sich der Massenstrom durch das Magnetventil über die Lebensdauer erheblich, um bis zu ±5 %. Dies muss bei der Wahl des Arbeitspunktes für den Gasmotor berücksichtigt werden, damit keinesfalls die Klopfgrenze überschritten wird.Like all moving parts, solenoid valves are subject to wear. As a result, the mass flow through the solenoid valve changes significantly over the lifetime, by up to ± 5%. This must be taken into account when choosing the operating point for the gas engine, so that the knock limit is never exceeded.

Aus der US 5,995 356 A ist ein Verfahren bekannt, mit dem die effektive Öffnungsdauer eines elektromagnetisch betätigten Injektors für Dieselkraftstoff durch eine Analyse des im Freilaufbetrieb in der Magnetspule des Injektors fließenden Stroms bestimmt werden kann. Das Verfahren ist kostengünstig an Fahrzeugen realisierbar und kann somit durch exaktere Dosierung des Kraftstoffs Betriebskosten einsparen. Weitere Verfahren, mit denen zumindest der Ausschaltzeitpunkt eines derartigen elektromagnetisch betätigten Injektors bestimmt werden kann, sind aus der DE 10 2009 044 969 A1 , aus der WO 2009/095 125 A1 sowie aus der US 5,650,909 A bekannt.From the US 5,995,356 A A method is known with which the effective opening duration of an electromagnetically actuated injector for diesel fuel can be determined by an analysis of the current flowing in free-running operation in the solenoid coil of the injector current. The method can be realized inexpensively on vehicles and can therefore save operating costs by more precise metering of the fuel. Other methods, with which at least the switch-off of such an electromagnetically actuated injector can be determined, are from the DE 10 2009 044 969 A1 , from the WO 2009/095 125 A1 as well as from the US 5,650,909 A known.

Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention

Im Rahmen der Erfindung wurde ein Verfahren zur Bestimmung des Anzugszeitpunkts tON und des Abfallzeitpunkts tOFF eines Magnetventils entwickelt. Das Magnetventil hat einen ferromagnetischen Anker, der durch Bestromung eines Elektromagneten ausgehend von einer ersten Endposition gegen eine Rückstellkraft in eine zweite Endposition verbringbar ist. Ausgehend von der zweiten Endposition kann der Anker durch Verminderung oder Abschalten der Bestromung des Elektromagneten in Kombination mit der Rückstellkraft in die erste Endposition verbracht werden. Zu jeder der beiden Endpositionen des Ankers korrespondiert eine Schaltstellung des Magnetventils.In the context of the invention, a method has been developed for determining the application time t ON and the time of departure t OFF of a solenoid valve. The solenoid valve has a ferromagnetic armature, which can be brought to a second end position by energizing an electromagnet starting from a first end position against a restoring force. Starting from the second end position of the armature can be spent by reducing or switching off the energization of the electromagnet in combination with the restoring force in the first end position. To each of the two end positions of the armature corresponds to a switching position of the solenoid valve.

Erfindungsgemäß wird während einer Bewegung des Ankers von der ersten Endposition in die zweite Endposition der durch den Elektromagneten fließende Strom I zeitabhängig gemessen und der Zeitpunkt eines Extremums, und/oder einer Unstetigkeit, im Strom I als Anzugszeitpunkt tON, zu dem sich der Anker in der zweiten Endposition befindet, gewertet. Weiterhin wird während einer Bewegung des Ankers von der zweiten Endposition in die erste Endposition die am Elektromagneten anliegende Spannung U zeitabhängig gemessen und der Zeitpunkt eines Extremums, und/oder einer Unstetigkeit, in der Spannung U als Abfallzeitpunkt tOFF, zu dem sich der Anker in der ersten Endposition befindet, gewertet.According to the invention during a movement of the armature from the first end position to the second end position of the current flowing through the electromagnet current I is measured time-dependent and the time of an extremum, and / or a discontinuity in the current I as the application time t ON , to which the anchor in the second end position is scored. Furthermore, during a movement of the armature from the second end position to the first end position, the voltage applied to the electromagnet U is measured time-dependent and the time of an extremum, and / or a discontinuity in the voltage U as a fall time t OFF , to which the anchor in the first end position is scored.

Gegenüber dem bisherigen Stand der Technik wird hierbei zunächst der Nachteil in Kauf genommen, dass zwei verschiedene Messsignale zeitabhängig erfasst werden müssen, nämlich zum Einen der Strom I und zum Anderen die Spannung U. Insbesondere ist eine zeitabhängige Spannungsmessung mit einer Genauigkeit, die eine sichere Erkennung eines lokalen Extremums bzw. einer lokalen Unstetigkeit gewährleistet, kostenaufwändig. Für eine Anwendung in einem Straßenfahrzeug ist die Kombination aus Strom- und Spannungsmessung daher in aller Regel zu teuer. Die Erfinder haben nun erkannt, dass bei Motoren höherer Leistungsklassen der Zusatzaufwand zum einen im Verhältnis zur Gesamtinvestition eine untergeordnete Rolle spielt und zum anderen durch den speziell bei größeren Motoren relevanten Nutzen überkompensiert wird.Compared to the prior art, the disadvantage is that two different measurement signals must be detected in a time-dependent manner, namely the current I and the voltage U. In particular, a time-dependent voltage measurement with an accuracy that is a reliable detection a local extremum or a local discontinuity, costly. For an application in a road vehicle, the combination of current and voltage measurement is therefore usually too expensive. The inventors have now recognized that in engines of higher power classes of the additional effort on the one hand plays a minor role in relation to the total investment and on the other is overcompensated by the relevant benefits especially for larger engines.

So kommt es beispielsweise bei einem Gasmotor, der zur Stromerzeugung oder als Antriebsquelle oder Hilfsaggregat für ein Schiff verwendet wird, für die Gesamtkosten über die Lebensdauer (Total Cost of Ownership) auf jedes zehntel Prozent an Wirkungsgrad an. Ein Unterschied, der im Betrieb eines PKW im Rauschen untergehen würde, summiert sich über die Lebensdauer eines Großmotors zu einer erheblichen Ersparnis an Kraftstoff.For example, for a gas engine that is used to generate electricity or as a propulsion source or auxiliary for a ship, the total cost of ownership is equal to every tenth of a percent of efficiency. A difference in operation of a car in the noise would add over the life of a large engine to a significant savings in fuel.

Weiterhin werden Großmotoren über eine wesentlich längere Zeit betrieben als ein PKW-Motor, der häufig sogar schon während der vergleichsweise kurzen Lebensdauer eines PKW ausgetauscht werden muss. Daher ist bei Großmotoren die Veränderung des Massenstroms durch ein Magnetventil auf Grund von Verschleiß ein deutlich relevanterer Faktor.Furthermore, large engines are operated over a much longer time than a car engine, which often even has to be replaced during the relatively short life of a car. Therefore, in large engines, the change in mass flow through a solenoid valve due to wear is a much more relevant factor.

Somit ist für die Anwendung des Verfahrens gemäß der Erfindung ein Gasventil für die Zuführung eines gasförmigen Kraftstoffs in einem Einspritzsystem eines Gasmotors der Hauptanwendungsfall. Das Gasventil hat vorteilhaft einen Hub zwischen 100 μm und 350 μm, und/oder einen Restluftspalt zwischen 50 μm und 200 μm, bei gleichzeitigem Durchfluss im vollständig geöffneten Zustand von 50–500 kg/h oder mehr, bevorzugt von 1000 kg/h oder mehr. Dies sind typische Kenndaten für Gasventile in Großmotoren, wobei XL-Versionen auch einen statischen Durchfluss im vollständig geöffneten Zustand von bis zu 2500 kg/h haben können. Die hohen Dynamikanforderungen an die Gasventile bedingen, dass die Öffnungszeiten und Schließzeiten im Bereich 1 ms oder kürzer liegen. Die hierfür eingesetzten Elektromagnete sind in der Lage, hohe Kräfte im Bereich einiger hundert Newton, bis etwa 1000 Newton, zu erzeugen. Die Ventile können insbesondere groß dimensioniert sein mit einem Durchmesser von Ventilsitz und Ventilteller von einigen cm bis etwa 15 cm.Thus, for the application of the method according to the invention, a gas valve for supplying a gaseous fuel in an injection system of a gas engine is the main application case. The gas valve advantageously has a stroke between 100 microns and 350 microns, and / or a residual air gap between 50 microns and 200 microns, with simultaneous flow in the fully open state of 50-500 kg / h or more, preferably from 1000 kg / h or more , These are typical characteristics for gas valves in large engines, where XL versions can also have a static open-flow of up to 2500 kg / h. The high dynamic demands on the gas valves mean that the opening and closing times are in the range of 1 ms or less. The electromagnets used for this purpose are able to produce high forces in the range of a few hundred Newton, to about 1000 Newton. The valves may in particular be dimensioned large with a diameter of the valve seat and valve disc from a few cm to about 15 cm.

Das zeitabhängige Stromsignal I(t) und das zeitabhängige Spannungssignal U(t) können unmittelbar auf eine lokale Unstetigkeit oder ein lokales Extremum ausgewertet werden. Es können aber auch beliebige mathematische Operationen angewendet werden, um die Unstetigkeit oder das Extremum klarer herauszuarbeiten. Beispielsweise können Ableitungen erster oder höherer Ordnung herangezogen und auf einen Nulldurchgang ausgewertet werden. Alternativ oder auch in Kombination hierzu können beliebige Methoden zur Glättung und Filterung des Signals angewendet werden.The time-dependent current signal I (t) and the time-dependent voltage signal U (t) can be evaluated directly for a local discontinuity or a local extremum. However, any mathematical operations can be used to clarify the discontinuity or the extremum. For example, first order or higher order derivatives can be used and evaluated for a zero crossing. Alternatively or in combination, any methods for smoothing and filtering the signal can be used.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird zur Messung des Stroms I die Spannungsversorgung des Elektromagneten zu einem vor dem Anzugszeitpunkt tON liegenden Zeitpunkt tM unterbrochen. Diese Unterbrechung führt dazu, dass der im Elektromagneten fließende Strom mit der Zeit abklingt. Erreicht der Anker die zweite Endposition, kommt es durch die Gegeninduktion und die Beeinflussung des Magnetkreises zu einer sichtbaren Änderung des zeitabhängigen Stromsignals I(t), die sich als Unstetigkeit oder als Extremum äußert.In a particularly advantageous embodiment of the invention, the voltage supply to the electromagnet to a front of the tightening time t ON earliest time t M will be interrupted for measuring the current I. This interruption causes the current flowing in the electromagnet to decay over time. If the armature reaches the second end position, the mutual induction and the influence of the magnetic circuit result in a visible change in the time-dependent current signal I (t), which manifests itself as a discontinuity or as an extremum.

Beispielsweise kann zum Öffnen des Magnetventils zunächst eine hohe Boost-Spannung an den Elektromagneten angelegt werden, um schnellstmöglich einen hohen Strom IP für die beschleunigte Bewegung des Ankers aufzubauen. Diese Bewegung beginnt, sobald die auf den Anker wirkende Magnetkraft größer ist als die Rückstellkraft. Ist der Strom IP erreicht, so kann er beispielsweise in einer Pull-In-Phase konstant oder im Zeitmittel gehalten werden, bevor er nach dem erfolgten Öffnen auf einen geringeren Haltestrom IH abgesenkt und dieser Haltestrom IH wiederum konstant oder im Zeitmittel gehalten wird. Zur Realisierung der Erfindung kann dieses Ansteuerschema dahingehend abgeändert werden, dass die Pull-In-Phase verkürzt wird und das Absinken des Stroms von IP nach IH bereits beginnt, bevor der Anker die zweite Endposition erreicht hat.For example, in order to open the solenoid valve, a high boost voltage is first applied to the electromagnet in order to build up a high current I P as quickly as possible for the accelerated movement of the armature. This movement begins as soon as the magnetic force acting on the armature is greater than the restoring force. If the current I P is reached, it can be kept constant or in the time average, for example, in a pull-in phase before it is lowered to a lower holding current I H after opening and this holding current I H is again kept constant or time-averaged , To implement the invention, this drive scheme can be modified to shorten the pull-in phase and to begin sinking the current from I P to I H before the armature reaches the second end position.

Dies stellt einen Eingriff in den normalen Betrieb des Magnetventils dar. Wird der Zeitpunkt tM zu früh gewählt, so öffnet das Magnetventil möglicherweise nicht vollständig oder im Extremfall gar nicht. Das Magnetventil wird also zwecks Messung des Stroms I bewusst nahe an der Fehlfunktion betrieben. Um daraus resultierende Störungen des Motorbetriebs (etwa Leistungsverluste) zu vermeiden, kann die Messung beispielsweise nicht kontinuierlich, sondern periodisch in bestimmten Zeitabständen erfolgen. Um die Exemplarstreuung im Öffnungsverhalten verschiedener Magnetventile zu erfassen, genügt je eine Messung aller Magnetventile. Die Änderung des Öffnungsverhaltens auf Grund von Verschleiß wiederum ist ein allmählicher Prozess, zu dessen Erkennung eine vergleichsweise weitmaschige Überwachung ausreicht.This is an intervention in the normal operation of the solenoid valve. If the time t M is chosen too early, the solenoid valve may not open completely or in extreme cases not at all. The solenoid valve is thus operated for the purpose of measuring the current I deliberately close to the malfunction. To avoid resulting disturbances of the engine operation (such as power losses), the measurement can be done, for example, not continuously, but periodically at certain intervals. In order to detect the specimen scattering in the opening behavior of different solenoid valves, one measurement of all solenoid valves is sufficient. The change in the opening behavior due to wear, on the other hand, is a gradual process that requires comparatively wide-ranging monitoring.

Um den Zeitpunkt tM zu bestimmen und dabei die Auswirkungen auf den normalen Betrieb des Magnetventils zu minimieren, wird in einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wiederholt jeweils ausgehend von der ersten Endposition des Ankers der Elektromagnet für eine Dauer tS mit Spannung versorgt. Dabei wird zwischen den Wiederholungen die Dauer tS verkürzt. Das Auftreten eines Extremums, und/oder einer Unstetigkeit, im nach dem Zeitpunkt tS zeitabhängig gemessenen Strom I(t) wird als Signal dafür gewertet, dass tS ein geeigneter Wert für tM ist. Es wird also beispielsweise ausgehend vom Normalbetrieb des Magnetventils schrittweise die Pull-In-Phase verkürzt, bis das Eintreffen des Ankers in der zweiten Endposition erkennbar in die Freilaufphase des Elektromagneten fällt und der Zeitpunkt tON dieses Eintreffens über das Extremum bzw. über die Unstetigkeit bestimmt werden kann.In order to determine the time t M while minimizing the effects on the normal operation of the solenoid valve, in a particularly advantageous embodiment of the invention is supplied in each case starting from the first end position of the armature of the electromagnet for a duration t S with voltage. In this case, the duration t S is shortened between the repetitions. The occurrence of an extremum, and / or a discontinuity, in the current I (t) measured in a time-dependent manner after the instant t S is taken as a signal for the fact that t S is a suitable value for t M. Thus, for example, starting from the normal operation of the solenoid valve, the pull-in phase is gradually shortened until the arrival of the armature in the second end position noticeably falls into the freewheeling phase of the electromagnet and the time t ON of this arrival via the extremum or via the discontinuity is determined can be.

Vorteilhaft wird der Zeitpunkt tM in Abhängigkeit einer veränderlichen Rückstellkraft festgelegt. Bei einem direkt schaltenden Gasventil tragen sowohl die Kraft der Ventilfeder als auch statische und dynamische Gaskräfte zur Rückstellkraft bei. Die Rückstellkraft hängt also beispielsweise von der am Magnetventil anliegenden Druckdifferenz ab.Advantageously, the time t M is set as a function of a variable restoring force. With a direct-acting gas valve, both the force of the valve spring and static and dynamic gas forces contribute to the restoring force. The Restoring force thus depends, for example, on the pressure difference applied to the solenoid valve.

Soll das Magnetventil wieder geschlossen werden, wird die Bestromung des Elektromagneten mit dem Haltestrom IH beendet. Dabei kann optional eine kurze Lösch-Spannung mit umgekehrter Polarität an den Elektromagneten angelegt werden mit dem Ziel, die im Magnetkreis gespeicherte Energie möglichst rasch und reproduzierbar abzubauen. Sobald die Rückstellkraft größer ist als die zeitlich abfallende Magnetkraft, verlässt der Anker die zweite Endposition und bewegt sich zurück in Richtung der ersten Endposition. Erreicht der Anker die erste Endposition, entsteht analog zum Öffnungsvorgang eine Gegeninduktion, und die Eigenschaften des Magnetkreises werden verändert. Dies zeigt sich in einem Extremum oder einer Unstetigkeit der am Elektromagneten anliegenden Spannung U. Der Zeitpunkt, zu dem das Extremum bzw. die Unstetigkeit auftritt, ist der Abfallzeitpunkt tOFF.If the solenoid valve to be closed again, the energization of the electromagnet with the holding current I H is terminated. Optionally, a short erase voltage with reversed polarity can be applied to the electromagnet with the aim of reducing the energy stored in the magnetic circuit as quickly and reproducibly as possible. As soon as the restoring force is greater than the time-decreasing magnetic force, the armature leaves the second end position and moves back toward the first end position. If the armature reaches the first end position, analogous to the opening process, a mutual induction occurs, and the properties of the magnetic circuit are changed. This manifests itself in an extremum or discontinuity of the voltage U. applied to the electromagnet. The time at which the extremum or discontinuity occurs is the fall time t OFF .

Die Erkennung von tOFF über die Spannung U hat in diesem Zusammenhang den Vorteil, dass sie durch eine Löschung des Stroms I mit der Lösch-Spannung nicht beeinträchtigt wird. Die Löschung mit dem Ziel, die für das Schließen des Magnetventils benötigte Zeit zu verkürzen, kollidiert also nicht mit dem Ziel, tOFF zu bestimmen.The detection of t OFF via the voltage U in this context has the advantage that it is not affected by a deletion of the current I with the erase voltage. The deletion with the aim of shortening the time required for the closing of the solenoid valve thus does not conflict with the aim of determining t OFF .

Das Extremum bzw. die Unstetigkeit im zeitabhängigen Spannungssignal U(t) ist schwach ausgeprägt. Um eine Falscherkennung von tOFF zu vermeiden, kann beispielsweise nur in einem definierten Zeitfenster, innerhalb dessen das Eintreffen des Ankers in der ersten Endposition physikalisch zu erwarten ist, nach dem Extremum bzw. nach der Unstetigkeit gesucht werden. Vorteilhaft wird dieses Zeitfenster in Abhängigkeit einer veränderlichen Rückstellkraft festgelegt, zu der beispielsweise bei einem direkt schaltenden Gasventil auch statische und dynamische Gaskräfte beitragen. Ist das Gasventil in einem Motor eingebaut, liegen die entsprechenden Informationen dem Steuergerät des Motors meistens standardmäßig vor, da sie motorrelevante Stellgrößen sind. Die Auswertung kann jedoch auch über weitere Signale verschiedener Sensoren erweitert bzw. verbessert werden.The extremum or the discontinuity in the time-dependent voltage signal U (t) is weak. In order to avoid a false detection of t OFF , for example, only in a defined time window, within which the arrival of the armature in the first end position is to be expected physically, can be searched for the extremum or for the discontinuity. This time window is advantageously determined as a function of a variable restoring force, to which, for example, in the case of a directly switching gas valve, static and dynamic gas forces also contribute. If the gas valve is installed in a motor, the corresponding information is usually available to the control unit of the engine as standard because they are motor-relevant manipulated variables. However, the evaluation can also be extended or improved via further signals from different sensors.

Nach dem zuvor Gesagten bezieht sich die Erfindung auch auf ein Verfahren zum Betreiben eines Gasmotors, dessen Einspritzsystem mindestens ein Gasventil enthält. Der Anzugszeitpunkt tON und der Abfallzeitpunkt tOFF des Gasventils werden mit dem Verfahren gemäß der Erfindung gemessen.In accordance with the foregoing, the invention also relates to a method of operating a gas engine, the injection system of which includes at least one gas valve. The application time t ON and the waste time t OFF of the gas valve are measured by the method according to the invention.

Auf diese Weise kann zum einen der tatsächliche Beginn der Einspritzung zeitlich in Übereinstimmung mit dem nominellen Beginn gebracht werden. Zum anderen kann die tatsächlich eingespritzte Menge in Übereinstimmung mit der nominell einzuspritzenden Menge gebracht werden.In this way, on the one hand, the actual beginning of the injection can be brought in time in accordance with the nominal start. On the other hand, the actual amount injected can be brought into conformity with the nominal amount to be injected.

Beispielsweise können in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung der Anzugszeitpunkt tON und der Abfallzeitpunkt tOFF des Gasventils vom Motorsteuergerät des Gasmotors herangezogen werden, um den Einfluss einer Exemplarstreuung zwischen mehreren Gasventilen, und/oder einer verschleißbedingte Veränderung mindestens eines Gasventils, auf den Massenstrom durch das Gasventil auszugleichen.For example, in an advantageous embodiment of the invention, the application time t ON and the waste time t OFF of the gas valve can be used by the engine control unit of the gas engine to determine the influence of a sample spread between a plurality of gas valves, and / or a wear-related change of at least one gas valve on the mass flow through the Balance gas valve.

Weiterhin können alternativ oder in Kombination hierzu der Anzugszeitpunkt tON und der Abfallzeitpunkt tOFF des Gasventils vom Motorsteuergerät des Gasmotors herangezogen werden, um den Arbeitspunkt des Gasmotors näher an die Klopfgrenze zu fahren. Dies führt zu einem besseren Wirkungsgrad und somit zu einer Ersparnis an Kraftstoffkosten. Speziell bei Großmotoren musste auf Grund der Unsicherheiten, mit der der Einspritzzeitpunkt und die Einspritzmenge behaftet waren, ein erheblicher Sicherheitsabstand zur Klopfgrenze eingehalten werden, da ein Überschreiten der Klopfgrenze aus zwei Gründen unbedingt zu vermeiden ist: Zum einen sind im Vergleich zu PKW-Motoren die beim Klopfen wirkenden Kräfte, und somit auch die Reparaturkosten für durch Klopfen verursachte Schäden, deutlich größer. Zum anderen dient der Betrieb von Großmotoren in aller Regel dazu, Geld zu verdienen, so dass Ausfallzeiten sehr kostenintensiv sind. Indem die Unsicherheiten bezüglich des Einspritzzeitpunkts und der Einspritzmenge vermindert sind, sind die Verhältnisse im Brennraum des Zylinders insgesamt genauer bekannt, so dass der Sicherheitsabstand zur Klopfgrenze ohne Gefährdung für den Motor vermindert werden kann.Furthermore, alternatively or in combination with this, the application time t ON and the waste time t OFF of the gas valve can be used by the engine control unit of the gas engine to move the operating point of the gas engine closer to the knock limit. This leads to a better efficiency and thus to a saving in fuel costs. Due to the uncertainties associated with the injection time and the injection quantity, a considerable safety margin to the knock limit had to be maintained, especially for large engines, because exceeding the knock limit must be avoided for two reasons: Firstly, compared to passenger car engines when knocking forces, and thus the repair costs for damage caused by knocking, significantly larger. On the other hand, the operation of large engines usually serves to earn money, so that downtime is very costly. By reducing the uncertainties regarding the injection timing and the injection quantity, the conditions in the combustion chamber of the cylinder as a whole are more accurately known, so that the safety margin to the knock limit can be reduced without endangering the engine.

Das Motorsteuergerät (electronic control unit, ECU) ist vorteilhaft in der Lage, jedes Magnetventil individuell anzusteuern. Bevorzugt hat das Motorsteuergerät Eingäge z.B. für Sensoren, die etwa den NOx-Gehalt des Abgases, die Temperatur und/oder den Zylinderdruck messen, sowie weitere Eingänge für den Gasdruck sowie die Last(wechsel)anforderungen. Zwischen dem Motorsteuergerät und dem Magnetventil sind geeignete elektrische Verbindungen (Kabel), Schnittstellen (Stecker) sowie optional weitere Vorrichtungen für einen sicheren und robusten Betrieb vorzusehen (beispielsweise Zugentlastungen, Kabelführungen, Knickschutz).The engine control unit (electronic control unit, ECU) is advantageously able to control each solenoid valve individually. Preferably, the engine control unit inputs eg for sensors that measure about the NO x content of the exhaust gas, the temperature and / or the cylinder pressure, and other inputs for the gas pressure and the load (change) requirements. Between the engine control unit and the solenoid valve, suitable electrical connections (cables), interfaces (plugs) as well as optionally further devices for safe and robust operation are to be provided (eg strain reliefs, cable guides, anti-kink protection).

Großmotoren und die dazugehörigen Steuergeräte, die einen oder mehrere Schaltschränke füllen können, sind langlebige Investitionsgüter. Die mit den Verfahren gemäß der Erfindung bereitgestellten Verbesserungen lassen sich vorteilhaft im Wege der Nachrüstung in bestehende Anlagen integrieren. Zu diesem Zweck bezieht sich die Erfindung auch auf ein Anpassgerät zur Kompensation des Einflusses einer Exemplarstreuung und/oder eines Verschleißes eines Magnetventils auf den Massenstrom durch das Magnetventil.Large engines and associated control equipment that can fill one or more cabinets are durable capital goods. The improvements provided by the methods according to the invention can be advantageously integrated by retrofitting into existing systems. For this purpose, the invention also relates to an adapter to compensate for the influence of a sample scattering and / or wear of a solenoid valve on the mass flow through the solenoid valve.

Das Anpassgerät ist dazu gedacht, in den von einem bestehenden Steuergerät zu dem Magnetventil führenden Signalweg geschaltet zu werden. Zu diesem Zweck weist das Anpassgerät eine Eingangsstufe für ein erstes Strom- und/oder Spannungssignal auf, die mit dem Ausgang des bestehenden Steuergeräts verbindbar ist. Weiterhin ist eine Ausgangsstufe zur Beaufschlagung des Magnetventils mit einem zweiten Strom- und/oder Spannungssignal vorgesehen.The adapter is intended to be switched into the signal path leading from an existing controller to the solenoid valve. For this purpose, the adapter has an input stage for a first current and / or voltage signal, which is connectable to the output of the existing controller. Furthermore, an output stage for acting on the solenoid valve with a second current and / or voltage signal is provided.

Erfindungsgemäß ist eine Auswerteeinheit vorgesehen, die dazu ausgebildet ist, aus dem ersten Strom- und/oder Spannungssignal mindestens eine gewünschte Öffnungsdauer tO des Magnetventils auszuwerten. Insbesondere kann die Auswerteeinheit zusätzlich dazu ausgebildet sein, aus dem ersten Strom- und/oder Spannungssignal auch einen gewünschten Öffnungszeitpunkt des Magnetventils auszuwerten.According to the invention, an evaluation unit is provided, which is designed to evaluate at least one desired opening duration t O of the solenoid valve from the first current and / or voltage signal. In particular, the evaluation unit may additionally be designed to also evaluate a desired opening time of the solenoid valve from the first current and / or voltage signal.

Zusätzlich ist eine Messeinheit vorgesehen, die dazu ausgebildet ist, den Anzugszeitpunkt tON und den Abfallzeitpunkt tOFF des Magnetventils mit einem Verfahren gemäß der Erfindung zu bestimmen.In addition, a measuring unit is provided, which is designed to determine the application time t ON and the time of waste t OFF of the solenoid valve with a method according to the invention.

Schließlich ist eine Korrektureinheit vorgesehen, aus dem Vergleich des Anzugszeitpunkts tON und des Abfallzeitpunkts tOFF des Magnetventils mit zuvor bestimmten Werten und/oder mit festen Referenzwerten mindestens eine Abweichung zwischen der tatsächlichen Öfffnungsdauer tOFF–tON und der gewünschten Öffnungsdauer tO des Magnetventils zu bestimmen und/oder auszuregeln. Die Korrektureinheit erzeugt also aus dem ersten Strom- und/oder Spannungssignal genau dasjenige zweite Strom- und/oder Spannungssignal, das benötigt wird, damit das Magnetventil der Exemplarstreuung und dem Vergleich zum Trotz tatsächlich genauso lange öffnet wie durch das erste Strom- und/oder Spannungssignal vorgegeben. Analog kann auch der Öffnungszeitpunkt korrigiert werden.Finally, a correction unit is provided, from the comparison of the pull-in instant t ON and the fall time t OFF of the solenoid valve with previously determined values and / or with fixed reference values, at least one deviation between the actual opening duration t OFF -t ON and the desired opening duration t O of the solenoid valve to determine and / or correct. The correction unit thus generates from the first current and / or voltage signal exactly that second current and / or voltage signal that is required so that the magnetic valve of the specimen scattering and the comparison actually opens just as long as by the first current and / or Voltage signal specified. Similarly, the opening time can be corrected.

Die Korrektur muss nicht zwangsläufig innerhalb eines einzigen Einspritzzyklus erfolgen. Stellt die Korrektureinheit beispielsweise in einem Einspritzzyklus fest, dass die Einspritzung tatsächlich länger gedauert hat als nominell vorgegeben, so kann die Ansteuerdauer des Magnetventils für den nächsten Einspritzzyklus entsprechend verkürzt werden.The correction does not necessarily have to be done within a single injection cycle. If the correction unit detects, for example, in an injection cycle that the injection actually lasted longer than nominal, then the activation duration of the solenoid valve for the next injection cycle can be correspondingly shortened.

Das Anpassgerät kann als separates elektronisches Gerät, das in die Verbindung zwischen dem Motorsteuergerät und dem Magnetventil eingeschleift wird, gefertigt und dementsprechend als separates Nachrüstprodukt verkauft werden. Anders als im Motorraum eines PKW ist in Anlagen, die Großmotoren verwenden, in der Regel eine entsprechende Reserve an Einbauraum für ein derartiges Nachrüstgerät vorhanden. Weiterhin kann das Anpassgerät aber auch in das Magnetventil (large engine gas valve, LEGV) selbst integriert sein, etwa im Bereich des Steckers oder im Bereich der Kabelführung innerhalb des Ventils.The adapter can be manufactured as a separate electronic device which is looped into the connection between the engine control unit and the solenoid valve and accordingly sold as a separate retrofit product. Unlike in the engine compartment of a car is in systems that use large engines, usually a corresponding reserve of installation space for such a retrofit device available. Furthermore, the adapter can also be integrated into the solenoid valve (large engine gas valve, LEGV) itself, for example in the region of the plug or in the region of the cable guide within the valve.

Das Anpassgerät kann weiterhin Informationen von bereits vorhandenen Sensoren, wie beispielsweise zylinderindividuellen Klopfsensoren an Motorzylindern, oder auch von zusätzlichen Informationen für die Korrektur heranziehen.The adapter can also use information from existing sensors, such as cylinder-specific knock sensors on engine cylinders, or also from additional information for the correction.

Gemäß der Erfindung können der Anzugszeitpunkt tON und des Abfallzeitpunkt tOFF eines Magnetventils insbesondere nach der Montage des Magnetventils in einen Motor oder auf einem Prüfstand im Rahmen der „End of Line“-Prüfung bestimmt werden. Diese Werte können mit jedem Magnetventil beispielsweise in Form eines Messprotokolls oder eines QR-Codes mitgeliefert werden, so dass das Motorsteuergerät durch eine geeignete Änderung der Strom-Zeit-Profile für das Öffnen die Exemplarstreuung zwischen den Magnetventilen von vornherein ausgleichen kann.According to the invention, the application time t ON and the waste time t OFF of a solenoid valve can be determined in particular after the assembly of the solenoid valve into an engine or on a test bench in the context of the "end of line" test. These values can be supplied with each solenoid valve, for example in the form of a measurement protocol or a QR code, so that the engine control unit by a suitable change of the current-time profiles for the opening of the Exemplarstreuung between the solenoid valves can compensate in advance.

Schließlich kann die Erfindung, sofern eine geeignete Sensorik für das zeitabhängige Stromsignal I(t) und das zeitabhängige Spannungssignal U(t) vorhanden ist, auch ganz ohne Änderung der Hardware in Software implementiert sein. Diese Software kann in eine bestehende Anlage eingespielt werden und ist insofern ein eigenständig verkaufbares Produkt. Die Erfindung bezieht sich daher auch auf ein Computerprogrammprodukt mit maschinenlesbaren Anweisungen, die, wenn sie auf einem Computer, einem Motorsteuergerät und/oder einem Anpassgerät ausgeführt werden, den Computer, das Motorsteuergerät und/oder das Anpassgerät zu einem Anpassgerät gemäß der Erfindung aufwerten und/oder dazu veranlassen, ein Verfahren gemäß der Erfindung auszuführen.Finally, provided that a suitable sensor for the time-dependent current signal I (t) and the time-dependent voltage signal U (t) is present, the invention can also be implemented in software without changing the hardware. This software can be imported into an existing system and is therefore an independently salable product. The invention therefore also relates to a computer program product with machine-readable instructions which, when executed on a computer, an engine control unit and / or an adapter, upgrade the computer, the engine control unit and / or the adapter to a fitting device according to the invention and / / or cause it to perform a method according to the invention.

Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Figuren näher dargestellt.Further measures improving the invention will be described in more detail below together with the description of the preferred embodiments of the invention with reference to figures.

Ausführungsbeispieleembodiments

Es zeigt: It shows:

1 Magnetventil 1 mit Beschaltung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung; 1 magnetic valve 1 with circuitry for carrying out the method according to the invention;

2 Auswertung des Anzugszeitpunkts tON des Magnetventils 1 aus dem Strom I durch den Elektromagneten 3. 2 Evaluation of the application time t ON of the solenoid valve 1 from the current I through the electromagnet 3 ,

3 Auswertung des Abfallzeitpunkts tOFF des Magnetventils 1 aus der Spannung U am Elektromagneten 3. 3 Evaluation of the time of decay t OFF of the solenoid valve 1 from the voltage U at the electromagnet 3 ,

4 Schemazeichnung eines gemäß der Erfindung betreibbaren Gasmotors 7. 4 Schematic diagram of a gas engine operable according to the invention 7 ,

5 Ausführungsbeispiel eines Anpassgeräts 80, das zwischen einem Motorsteuergerät 8 und einem Magnetventil 1 vermittelt. 5 Embodiment of an adapter 80 that between an engine control unit 8th and a solenoid valve 1 taught.

1 ist eine nicht maßstabsgetreue Schemazeichnung eines Magnetventils 1, dessen Hub stark übertrieben dargestellt ist. Das Magnetventil 1 umfasst ein Gehäuse 5 mit einem Einlass 5a und einem Auslass 5b. Im unbetätigten Zustand (Schaltstellung 1a des Magnetventils 1) liegt auf dem Ventilsitz 5c der Ventilteller 6 auf, der den Auslass 5b verschließt. Der Ventilteller 6 wird durch eine Rückstellkraft 4 auf den Ventilsitz 5c gedrückt. Die Rückstellkraft 4 setzt sich zusammen aus der Kraft einer Druckfeder 41 und der durch den im Gehäuse 5 gegenüber dem Auslass 5b anliegenden Differenzdruck p ausgeübten Kraft 42. 1 is a not to scale drawing of a solenoid valve 1 whose stroke is greatly exaggerated. The solenoid valve 1 includes a housing 5 with an inlet 5a and an outlet 5b , In the unactuated state (switch position 1a of the solenoid valve 1 ) lies on the valve seat 5c the valve plate 6 on, the outlet 5b closes. The valve plate 6 is due to a restoring force 4 on the valve seat 5c pressed. The restoring force 4 is composed of the force of a compression spring 41 and the one in the case 5 opposite the outlet 5b applied differential pressure p applied force 42 ,

Der Ventilteller 6 ist an den Anker 2 gekoppelt. In der Schaltstellung 1a des Magnetventils 1 befindet sich der Anker 2 in der ersten Endposition 2a. Wird der Elektromagnet 3 bestromt, wird der Anker 2 zur zweiten Endposition 2b gezogen; er ist an dieser Endposition 2b gestrichelt als 2' eingezeichnet. Der an den Anker 2 gekoppelte Ventilteller 6 wird dementsprechend vom Ventilsitz 5c abgehoben, so dass das Magnetventil 1 in die geöffnete Schaltstellung 1b übergeht und den Auslass 5b freigibt. Der Ventilteller 6 ist in dieser Schaltstellung 1b gestrichelt als 6' eingezeichnet.The valve plate 6 is at the anchor 2 coupled. In the switch position 1a of the solenoid valve 1 is the anchor 2 in the first end position 2a , Will the electromagnet 3 energized, becomes the anchor 2 to the second end position 2 B drawn; he is at this end position 2 B dashed as 2 ' located. The anchor 2 coupled valve disc 6 is accordingly from the valve seat 5c lifted off, leaving the solenoid valve 1 in the open switching position 1b passes over and the outlet 5b releases. The valve plate 6 is in this switching position 1b dashed as 6 ' located.

Die Beschaltung des Elektromagneten 3 enthält sowohl ein Messgerät für den durch den Elektromagneten 3 fließenden Strom I als auch ein Messgerät für die am Elektromagneten 3 anliegende Spannung U. Der Elektromagnet 3 kann unmittelbar über ein Motorsteuergerät 8 oder auch vermittelt durch ein Anpassgerät 80 gespeist werden.The wiring of the electromagnet 3 contains both a meter for the by the electromagnet 3 flowing current I as well as a meter for the electromagnet 3 voltage applied U. The electromagnet 3 can directly via an engine control unit 8th or also mediated by an adapter 80 be fed.

2 zeigt die Bestimmung des Anzugszeitpunkts tON gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Über der Zeit t sind jeweils die am Elektromagneten 3 angelegte Spannung U, der durch den Elektromagneten 3 fließende Strom I, die Drücke p1 und p2 vor und hinter dem Magnetventil 1 sowie der Hub h des Ankers 2, und damit auch des damit verbundenen Ventiltellers 6, aufgetragen. 2 shows the determination of the application time t ON according to an embodiment of the invention. Over time t are the electromagnets 3 applied voltage U, passing through the electromagnet 3 flowing current I, the pressures p 1 and p 2 before and after the solenoid valve 1 and the stroke h of the anchor 2 , and thus the associated valve disc 6 , applied.

Die Kurven A, B und C unterscheiden sich jeweils in dem Zeitprogramm U(t) der am Elektromagneten 3 angelegten Spannung U. Ausgehend von einer hohen Boost-Spannung UB, die den Strom I schnell erhöht, wird in der Pull-In-Phase nach Art eines Schaltnetzteils durch schnelles getaktetes Hin- und Herschalten der Spannung U zwischen Null und UB der Strom I im Zeitmittel auf einem konstanten Niveau (hier beispielhaft 13 A ± 1 A) stabilisiert. Auf diese Weise kann durch alleinige Veränderung des Taktes ein beliebiger mittlerer Strom I eingestellt werden, wobei nur eine einzige Spannungsquelle für die Spannung UB erforderlich ist. Für dieses Takten kann eine Vielzahl von Signalfolgen verwendet werden, wie beispielsweise Abfolgen von rechteckigen Formen (inklusive Slew Rates von steigenden und fallenden Flanken, d.h. trapezoide Formen) oder auch dreieckige Formen („Sägezahn“). In der Realität unterliegen diese Signalformen oftmals vielfältigen Verzerrungen.The curves A, B and C each differ in the time program U (t) of the electromagnet 3 applied voltage U. Starting from a high boost voltage U B , which increases the current I quickly, in the pull-in phase in the manner of a switching power supply by fast clocked switching back and forth of the voltage U between zero and U B, the current I in the time average at a constant level (here exemplified 13 A ± 1 A) stabilized. In this way, by arbitrary change of the clock, an arbitrary average current I can be set, wherein only a single voltage source for the voltage U B is required. For this clocking, a variety of signal sequences may be used, such as sequences of rectangular shapes (including slew rates of rising and falling edges, ie trapezoidal shapes) or triangular shapes ("sawtooth"). In reality, these waveforms are often subject to multiple distortions.

Zu einem Zeitpunkt tM, der sich in den drei Zeitprogrammen unterscheidet (tM,A, tM,B, tM,C), wird die Spannung U auf Null zurückgefahren und der Elektromagnet 3 somit in den Freilauf geschaltet. Zu einem späteren Zeitpunkt tH wird in allen drei Zeitprogrammen damit begonnen, die Spannung U schnell zwischen Null und einem niedrigeren Wert UH zu takten. Auf diese Weise wird der mittlere Strom I auf einem niedrigeren Niveau (hier beispielhaft 2,25 A) stabilisiert.At a time t M , which differs in the three time programs (t M, A , t M, B , t M, C ), the voltage U is reduced to zero and the electromagnet 3 thus switched to freewheeling. At a later time t H is started in all three programs so that time, the voltage U to clock fast between zero and a lower value U H. In this way, the average current I is stabilized at a lower level (2.25 A by way of example here).

Gemäß Schritt 110 wird der Strom I permanent gemessen. Die Kurven A und B für tM,A = 2000 μs bzw. tM,B = 1500 μs zeigen im Freilauf des Elektromagneten 3 keine Extrema oder Diskontinuitäten. Dies zeigt an, dass zu den Zeitpunkten tM,A und tM,B der Anker 2 bereits an der zweiten Endposition 2b angeschlagen war. Erst bei tM,C = 1000 μs (Kurve C) beginnt der Freilauf des Elektromagneten 3 rechtzeitig vor dem Kontakt des Ankers 2 mit der zweiten Endposition 2b. In der Folge zeigen sich zu den Zeitpunkten t1, t2 und t3 jeweils kleine Knicke im Strom I, die jeweils einen Kontakt des Ankers 2 mit der zweiten Endposition 2b anzeigen. Dabei handelt es sich beim ersten Kontakt zum Zeitpunkt t1 um die eigentliche Öffnung des Magnetventils 2 und bei den Kontakten zu den Zeitpunkten t2 und t3 um Preller.According to step 110 the current I is measured permanently. The curves A and B for t M, A = 2000 μs and t M, B = 1500 μs show in the freewheel of the electromagnet 3 no extremes or discontinuities. This indicates that at times t M, A and t M, B is the anchor 2 already at the second end position 2 B was struck. Only at t M, C = 1000 μs (curve C) starts the freewheel of the electromagnet 3 in time before the contact of the anchor 2 with the second end position 2 B , As a result, at times t 1 , t 2 and t 3, there are small kinks in the current I, each of which is in contact with the armature 2 with the second end position 2 B Show. This is the first contact at time t 1 to the actual opening of the solenoid valve 2 and in the contacts at times t 2 and t 3 to Preller.

Dabei ist aus der Kurve C des Hubes h ersichtlich, dass das Umschalten des Elektromagneten 3 in den Freilauf noch vor der Öffnung des Magnetventils 1 zum Zeitpunkt t1 das Verhalten des Magnetventils 1 beeinflusst: Die Periode, mit der die Preller auftreten und schließlich abklingen, ist verändert. Das Öffnen ist weniger robust und stabil.It can be seen from the curve C of the stroke h that the switching of the electromagnet 3 in the freewheel even before the opening of the solenoid valve 1 at time t 1, the behavior of the solenoid valve 1 influenced: The period, with which the Preller occur and finally die away, is changed. The opening is less robust and stable.

Die Zeitpunkte t1, t2 und t3 werden entsprechend Schritt 120 des Verfahrens als Anzugszeitpunkte tON des Magnetventils 1 gewertet.The times t 1 , t 2 and t 3 are corresponding step 120 of the method as the application times t ON of the solenoid valve 1 scored.

3a zeigt die Bestimmung des Abfallszeitpunkts tOFF des Magnetventils 1. Über der Zeit t sind jeweils die am Elektromagneten 3 angelegte Spannung U, der durch den Elektromagneten 3 fließende Strom I sowie die Drücke p1 und p2 vor und hinter dem Magnetventil 1 aufgetragen. Dabei beziehen sich die verschieden gestrichelten Kurven für die Drücke p1 und p2 jeweils auf verschiedene Magnetventile 1, um die Exemplarstreuung in deren Verhalten zu verdeutlichen. 3a shows the determination of the fall time t OFF of the solenoid valve 1 , Over time t are the electromagnets 3 applied voltage U, passing through the electromagnet 3 flowing current I and the pressures p 1 and p 2 before and after the solenoid valve 1 applied. In this case, the differently dashed curves for the pressures p 1 and p 2 each refer to different solenoid valves 1 to clarify the specimen scattering in their behavior.

Für die in 3a gezeigten Messungen wurde die Spannung U erst zum Zeitpunkt tM = 2 ms auf Null zurückgefahren, um den Elektromagneten 3 in den Freilauf zu schalten. Nach dem Abklingen des Stroms I wurde das Magnetventil 1 nicht weiter mit einem Haltestrom offengehalten, sondern es wurde zum Zeitpunkt tL mit einem negativen Löschpuls in der Spannung U die magnetische Energie aus dem Magnetkreis entfernt. Zum Zeitpunkt tF war der Strom I im Elektromagneten vollständig gelöscht; der Elektromagnet 3 wurde von der Spannungsquelle getrennt und somit in den Freilauf geschaltet.For the in 3a As shown, the voltage U was reduced to zero only at time t M = 2 ms to the electromagnet 3 to switch to the freewheel. After the decay of the current I became the solenoid valve 1 not kept open with a holding current, but it was at the time t L with a negative erase pulse in the voltage U, the magnetic energy removed from the magnetic circuit. At time t F , the current I in the electromagnet was completely extinguished; the electromagnet 3 was disconnected from the voltage source and thus switched to the freewheel.

Der Zeitpunkt, zu dem im Spannungssignal U anschließend eine Diskontinuität auftritt, wird gemäß Schritt 140 als Abfallzeitpunkt tOFF des Magnetventils 1 gewertet.The point in time at which a discontinuity subsequently occurs in the voltage signal U is determined according to step 140 as the waste time t OFF of the solenoid valve 1 scored.

3b zeigt, wie das Spannungssignal U(t) noch weiter aufbereitet werden kann. Über der Zeit t sind jeweils der Strom I durch den Elektromagneten 3 sowie die am Elektromagneten 3 anliegende Spannung U in geglätteter Form aufgetragen. Weiterhin ist die erste Ableitung dU/dt der Spannung U aufgetragen. Die Kurven A und B wurden am gleichen Magnetventil 1 aufgenommen. Kurve A wurde im Neuzustand aufgenommen, Kurve B nach einem Dauerlauftest. 3b shows how the voltage signal U (t) can be further processed. Over time t are each the current I through the electromagnet 3 as well as the electromagnet 3 applied voltage U applied in a smoothed form. Furthermore, the first derivative dU / dt of the voltage U is plotted. The curves A and B were on the same solenoid valve 1 added. Curve A was recorded when new, curve B after an endurance test.

Während die Diskontinuität im Stromsignal U(t) auf der Zeitachse ausgedehnt ist und einen Interpretationsspielraum dahingehend zulässt, welcher Zeitpunkt denn jetzt als Abfallzeitpunkt tOFF zu werten ist, ist der Nulldurchgang der Ableitung dU/dt ein scharfer Moment. Die Zeitpunkte tOFF,A und tOFF,B, zu denen die Kurven A und B die Nulllinie schneiden, sind deutlich verschieden und lassen einen quantitativen Rückschluss darauf zu, wie das Schließen des Magnetventils 1 auf Grund von Verschleiß verzögert wird.While the discontinuity in the current signal U (t) is extended on the time axis and allows a margin of interpretation as to what time is now to be considered a fall time t OFF , the zero crossing of the derivative dU / dt is a sharp moment. The times t OFF, A and t OFF, B , to which the curves A and B intersect the zero line, are significantly different and allow a quantitative inference to how close the solenoid valve 1 delayed due to wear.

Weiterhin ist aus 3b ersichtlich, dass die Auswertung der ersten Ableitung dU/dt vorteilhaft auf ein geeignetes Zeitfenster beschränkt wird. Ansonsten könnte auch der Nulldurchgang zum Zeitpunkt tN fälschlicherweise als Zeitpunkt tOFF gewertet werden.Furthermore, it is off 3b It can be seen that the evaluation of the first derivative dU / dt is advantageously limited to a suitable time window. Otherwise, the zero crossing may at time t N are erroneously considered a time t OFF.

4 ist eine Schemazeichnung eines Gasmotors 7, der mit dem Verfahren gemäß der Erfindung betreibbar ist. Das Einspritzsystem 9 des Gasmotors 7 umfasst vier Gasventile 11–14 für gasförmigen Kraftstoff, die aus einem gemeinsamen Kraftstoffrail 75 versorgt sind. Jedes der Gasventile 11–14 ist in dem Bereich angeordnet, wo das Saugrohr 70 des Gasmotors 7 über eines der Einlassventile 76–69 jeweils in einen zugeordneten Zylinder 71–74 des Gasmotors mündet. Alle Gasventile 11–14 werden über das Motorsteuergerät 8 des Gasmotors 7 angesteuert. 4 is a schematic diagram of a gas engine 7 which is operable with the method according to the invention. The injection system 9 of the gas engine 7 includes four gas valves 11 - 14 for gaseous fuel coming from a common fuel rail 75 are supplied. Each of the gas valves 11 - 14 is located in the area where the suction pipe 70 of the gas engine 7 over one of the intake valves 76 - 69 each in an associated cylinder 71 - 74 the gas engine opens. All gas valves 11 - 14 be via the engine control unit 8th of the gas engine 7 driven.

5 ist eine Schemazeichnung eines Anpassgeräts 80 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, das zwischen einem Motorsteuergerät 8 und einem Magnetventil 1 vermittelt. Eine Eingangsstufe 81 nimmt das erste Strom- oder Spannungssignal 82 vom Motorsteuergerät 8 entgegen, digitalisiert dieses erste Signal 82 und gibt es an die Auswerteeinheit 85 weiter. In der Auswerteeinheit 85 wird aus dem ersten Signal 82 die nominelle Öffnungsdauer tO für das Magnetventil 1 ermittelt. Die nominelle Öffnungsdauer tO wird an die Ausgangsstufe 83 übermittelt, welche ein entsprechendes zweites Strom- und/oder Spannungssignal 84 generiert und an das Magnetventil 1 ausgibt. 5 is a schematic drawing of an adapter 80 according to an embodiment of the invention, between an engine control unit 8th and a solenoid valve 1 taught. An entrance level 81 takes the first current or voltage signal 82 from the engine control unit 8th contrary, digitizes this first signal 82 and gives it to the evaluation unit 85 further. In the evaluation unit 85 will be from the first signal 82 the nominal opening time t O for the solenoid valve 1 determined. The nominal opening time t O is sent to the output stage 83 which transmits a corresponding second current and / or voltage signal 84 generated and to the solenoid valve 1 outputs.

Eine Messeinheit 86 ist mit Messinstrumenten für den Strom I und die Spannung U in der Zuleitung von der Ausgangsstufe 83 zum Magnetventil 1 verbunden. Die Messeinheit 86 ermittelt den Anzugszeitpunkt tON und den Abfallzeitpunkt tOFF des Magnetventils 1, und somit auch die tatsächliche Öffnungsdauer tOFF–tON. Die Korrektureinheit 87 vergleicht diese tatsächliche Öffnungsdauer tOFF–tON mit der gewünschten Öffnungsdauer tO und ändert das an das Magnetventil zu übermittelte zweite Strom- und/oder Spannungssignal 84 um einen Differenzbetrag Δ84 ab, um die tatsächliche Öffnungsdauer mit der gewünschten Öffnungsdauer in Übereinstimmung zu bringen. Auf analoge Weise kann auch der tatsächliche Öffnungzeitpunkt in Übereinstimmung mit dem gewünschten Öffnungszeitpunkt gebracht werden.A measuring unit 86 is with measuring instruments for the current I and the voltage U in the supply line from the output stage 83 to the solenoid valve 1 connected. The measuring unit 86 determines the application time t ON and the waste time t OFF of the solenoid valve 1 , and thus the actual opening time t OFF -t ON . The correction unit 87 compares this actual opening duration t OFF -t ON with the desired opening duration t O and changes the second current and / or voltage signal transmitted to the solenoid valve 84 by a difference amount Δ84 to make the actual opening duration coincide with the desired opening duration. In an analogous manner, the actual opening time can also be brought into conformity with the desired opening time.

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Claims (12)

Verfahren zur Bestimmung des Anzugszeitpunkts tON und des Abfallzeitpunkts tOFF eines Magnetventils (1) mit einem ferromagnetischen Anker (2), wobei der Anker (2) durch Bestromung eines Elektromagneten (3) ausgehend von einer ersten Endposition (2a) gegen eine Rückstellkraft (4) in eine zweite Endposition (2b) verbringbar ist, wobei der Anker (2) ausgehend von der zweiten Endposition (2b) durch Verminderung oder Abschalten der Bestromung des Elektromagneten (3) in Kombination mit der Rückstellkraft (4) in die erste Endposition (2a) verbringbar ist und wobei zu jeder der beiden Endpositionen (2a, 2b) des Ankers (2) eine Schaltstellung (1a, 1b) des Magnetventils (1) korrespondiert, dadurch gekennzeichnet, dass während einer Bewegung des Ankers (2) von der ersten Endposition (2a) in die zweite Endposition (2b) der durch den Elektromagneten (3) fließende Strom I zeitabhängig gemessen (110) und der Zeitpunkt eines Extremums, und/oder einer Unstetigkeit, im Strom I als Anzugszeitpunkt tON, zu dem sich der Anker (2) in der zweiten Endposition (2b) befindet, gewertet wird (120), und dass während einer Bewegung des Ankers (2) von der zweiten Endposition (2b) in die erste Endposition (2a) die am Elektromagneten (3) anliegende Spannung U zeitabhängig gemessen (130) und der Zeitpunkt eines Extremums, und/oder einer Unstetigkeit, in der Spannung U als Abfallzeitpunkt tOFF, zu dem sich der Anker (2) in der ersten Endposition (2a) befindet, gewertet wird (140).Method for determining the time of application t ON and the time of fall t OFF of a solenoid valve ( 1 ) with a ferromagnetic armature ( 2 ), the anchor ( 2 ) by energizing an electromagnet ( 3 ) starting from a first end position ( 2a ) against a restoring force ( 4 ) into a second end position ( 2 B ), the anchor ( 2 ) starting from the second end position ( 2 B ) by reducing or switching off the energization of the electromagnet ( 3 ) in combination with the restoring force ( 4 ) in the first end position ( 2a ) and to each of the two end positions ( 2a . 2 B ) of the anchor ( 2 ) a switching position ( 1a . 1b ) of the solenoid valve ( 1 ) corresponds, characterized in that during a movement of the armature ( 2 ) from the first end position ( 2a ) in the second end position ( 2 B ) by the electromagnet ( 3 ) current I measured time-dependent ( 110 ) and the time of an extremum, and / or a discontinuity, in the current I as the time of application t ON , to which the armature ( 2 ) in the second end position ( 2 B ) is scored ( 120 ), and that during a movement of the anchor ( 2 ) from the second end position ( 2 B ) in the first end position ( 2a ) on the electromagnet ( 3 ) applied voltage U measured time-dependent ( 130 ) and the time of an extremum, and / or a discontinuity, in the voltage U as a fall time t OFF , to which the armature ( 2 ) in the first end position ( 2a ) is scored ( 140 ). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Messung des Stroms I die Spannungsversorgung des Elektromagneten (3) zu einem vor dem Anzugszeitpunkt tON liegenden Zeitpunkt tM unterbrochen wird.A method according to claim 1, characterized in that for measuring the current I, the voltage supply of the electromagnet ( 3 ) is interrupted at a time t M lying before the application time t ON . Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitpunkt tM bestimmt wird, indem wiederholt jeweils ausgehend von der ersten Endposition (2a) des Ankers (2) der Elektromagnet (3) für eine Dauer tS mit Spannung versorgt wird, wobei zwischen den Wiederholungen die Dauer tS verkürzt wird und das Auftreten eines Extremums, und/oder einer Unstetigkeit, im nach dem Zeitpunkt tS zeitabhängig gemessenen Strom I(t) als Signal dafür gewertet wird, dass tS ein geeigneter Wert für tM ist.A method according to claim 2, characterized in that the time t M is determined by repeating in each case starting from the first end position ( 2a ) of the anchor ( 2 ) the electromagnet ( 3 ) is supplied with voltage for a duration t S , whereby the duration t S between the repetitions is shortened and the occurrence of an extremum and / or a discontinuity in the time-dependently measured current I (t) after the time t S is taken as a signal for this is that t S is a suitable value for t M. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitpunkt tM in Abhängigkeit einer veränderlichen Rückstellkraft (4) festgelegt wird.Method according to one of claims 2 to 3, characterized in that the time t M as a function of a variable restoring force ( 4 ). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zeitfenster, in dem ein Extremum, und/oder eine Unstetigkeit, der Spannung U gesucht wird, in Abhängigkeit einer veränderlichen Rückstellkraft (4) festgelegt wird.Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that a time window in which an extremum, and / or a discontinuity of the voltage U is sought, as a function of a variable restoring force ( 4 ). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gasventil (11–14) für die Zuführung eines gasförmigen Kraftstoffs in einem Einspritzsystem (9) eines Gasmotors (7) als Magnetventil (1) gewählt wird.Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that a gas valve ( 11 - 14 ) for the supply of a gaseous fuel in an injection system ( 9 ) of a gas engine ( 7 ) as a solenoid valve ( 1 ) is selected. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gasventil (11–14) mit einem Hub zwischen 100 μm und 350 μm, und/oder mit einem Restluftspalt zwischen 50 μm und 200 μm, bei gleichzeitigem Durchfluss im vollständig geöffneten Zustand von 50 kg/h bis 500 kg/h oder mehr, bevorzugt von 1000 kg/h oder mehr, gewählt wird.Method according to claim 6, characterized in that a gas valve ( 11 - 14 ) with a stroke between 100 microns and 350 microns, and / or with a residual air gap between 50 microns and 200 microns, with simultaneous flow in the fully open state of 50 kg / h to 500 kg / h or more, preferably from 1000 kg / h or more, is selected. Verfahren zum Betreiben eines Gasmotors (7), dessen Einspritzsystem mindestens ein Gasventil (11–14) enthält, dadurch gekennzeichnet, dass der Anzugszeitpunkt tON und der Abfallzeitpunkt tOFF des Gasventils (11–14) mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 7 gemessen werden.Method for operating a gas engine ( 7 ), whose injection system has at least one gas valve ( 11 - 14 ), characterized in that the application time t ON and the waste time t OFF of the gas valve ( 11 - 14 ) are measured by a method according to any one of claims 6 to 7. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Anzugszeitpunkt tON und der Abfallzeitpunkt tOFF des Gasventils (1) vom Motorsteuergerät (8) des Gasmotors (7) herangezogen werden, um den Einfluss einer Exemplarstreuung zwischen mehreren Gasventilen (11–14), und/oder einer verschleißbedingte Veränderung mindestens eines Gasventils (11–14), auf den Massenstrom durch das Gasventil (11–14) auszugleichen. A method according to claim 8, characterized in that the application time t ON and the waste time t OFF of the gas valve ( 1 ) from the engine control unit ( 8th ) of the gas engine ( 7 ) are used to assess the influence of a sample spread between several gas valves ( 11 - 14 ), and / or a wear-related change of at least one gas valve ( 11 - 14 ), on the mass flow through the gas valve ( 11 - 14 ). Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Anzugszeitpunkt tON und der Abfallzeitpunkt tOFF des Gasventils (11–14) vom Motorsteuergerät (8) des Gasmotors (7) herangezogen werden, um den Arbeitspunkt des Gasmotors (7) näher an die Klopfgrenze zu fahren.Method according to one of claims 8 to 9, characterized in that the application time t ON and the waste time t OFF of the gas valve ( 11 - 14 ) from the engine control unit ( 8th ) of the gas engine ( 7 ) are used to determine the operating point of the gas engine ( 7 ) to drive closer to the knock limit. Anpassgerät (80) zur Kompensation des Einflusses einer Exemplarstreuung und/oder eines Verschleißes eines Magnetventils (1) auf den Massenstrom durch das Magnetventil (1), umfassend eine Eingangsstufe (81) für ein erstes Strom- und/oder Spannungssignal (82) und eine Ausgangsstufe (83) zur Beaufschlagung des Magnetventils (1) mit einem zweiten Strom- und/oder Spannungssignal (84), dadurch gekennzeichnet, dass eine Auswerteeinheit (85) vorgesehen ist, die dazu ausgebildet ist, aus dem ersten Strom- und/oder Spannungssignal (82) mindestens eine gewünschte Öffnungsdauer tO des Magnetventils (1) auszuwerten, wobei zusätzlich eine Messeinheit (86) vorgesehen ist, die dazu ausgebildet ist, den Anzugszeitpunkt tON und den Abfallzeitpunkt tOFF des Magnetventils (1) mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zu bestimmen, und wobei weiterhin eine Korrektureinheit (87) vorgesehen ist, die dazu ausgebildet ist, mindestens eine Abweichung zwischen der tatsächlichen Öfffnungsdauer tOFF–tON und der gewünschten Öffnungsdauer tO des Magnetventils (1) zu bestimmen und/oder auszuregeln.Fitting device ( 80 ) for compensating the influence of specimen scattering and / or wear of a solenoid valve ( 1 ) to the mass flow through the solenoid valve ( 1 ), comprising an input stage ( 81 ) for a first current and / or voltage signal ( 82 ) and an output stage ( 83 ) for acting on the solenoid valve ( 1 ) with a second current and / or voltage signal ( 84 ), characterized in that an evaluation unit ( 85 ) is provided which is adapted from the first current and / or voltage signal ( 82 ) at least one desired opening duration t O of the solenoid valve ( 1 ), wherein additionally a measuring unit ( 86 ) is provided which is adapted to the tightening time t ON and the waste time t OFF of the solenoid valve ( 1 ) with a method according to one of claims 1 to 7, and wherein furthermore a correction unit ( 87 ) is provided, which is adapted to at least one deviation between the actual opening duration t OFF -t ON and the desired opening duration t O of the solenoid valve ( 1 ) to determine and / or correct. Computerprogrammprodukt, enthaltend maschinenlesbare Anweisungen, die, wenn sie auf einem Computer, einem Motorsteuergerät (8) und/oder einem Anpassgerät (80) ausgeführt werden, den Computer, das Motorsteuergerät (8) und/oder das Anpassgerät (80) zu einem Anpassgerät (80) nach Anspruch 11 aufwerten und/oder dazu veranlassen, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 auszuführen.Computer program product containing machine-readable instructions which, when stored on a computer, 8th ) and / or an adapter ( 80 ), the computer, the engine control unit ( 8th ) and / or the fitting device ( 80 ) to an adapter ( 80 ) according to claim 11 and / or cause to carry out a method according to one of claims 1 to 10.
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