DE102016224225A1 - Method for operating a solenoid valve injector - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Magnetventilinjektors, der einen Elektromagneten mit einer Spule aufweist, durch deren Bestromung ein Magnetanker, über den eine Ventilnadelbewegbar ist, anhebbar ist, wobei für eine Ansteuerung des Magnetventilinjektors eine Regelung eines Stroms (I) in der Spule verwendet wird, bei der zwei verschiedene Spannungswerte abwechselnd an die Spule angelegt werden, wobei wenigstens eine Zeitdauer (Δt, Δt), während welcher jeweils einer der zwei verschiedenen Spannungswerte an der Spule anliegt, ermittelt wird, wobei anhand der wenigstens einen Zeitdauer (Δt, Δt) der Hub (h) der Ventilnadel ermittelt wird, und wobei der ermittelte Hub (h) der Ventilnadel für eine Regelung einer Öffnungsdauer des Magnetventilinjektors und/oder einer durch den Magnetventilinjektor zuzumessenden Kraftstoffmenge verwendet wird.The invention relates to a method for operating a solenoid valve injector, which has an electromagnet with a coil, through the energization of which a magnet armature, via which a valve needle is movable, can be raised, a control of a current (I) in the coil being used for activating the solenoid valve injector in which two different voltage values are alternately applied to the coil, wherein at least one time duration (.DELTA.t, .DELTA.t) during which one of the two different voltage values is applied to the coil, is determined, based on the at least one time period (.DELTA.t, .DELTA.t ), the stroke (h) of the valve needle is determined, and wherein the determined stroke (h) of the valve needle is used for a control of an opening duration of the solenoid valve injector and / or an amount of fuel to be metered by the solenoid valve injector.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Magnetventilinjektors sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung.The present invention relates to a method for operating a solenoid valve injector and to a computing unit and a computer program for its implementation.
Stand der TechnikState of the art
Brennkraftmaschinen in Kraftfahrzeugen können einen Hochdruckspeicher, ein sog. Common-Rail, aufweisen, in dem Kraftstoff auf einen hohen Druck, bspw. bis zu 3.000 bar, gebracht wird. Aus diesem Hochdruckspeicher kann der Kraftstoff dann über einzelne Kraftstoffinjektoren, die an den Hochdruckspeicher angebunden sind, direkt in Brennräume der Brennkraftmaschine eingebracht werden.Internal combustion engines in motor vehicles can have a high-pressure accumulator, a so-called common rail, in which fuel is brought to a high pressure, for example up to 3,000 bar. From this high-pressure accumulator, the fuel can then be introduced directly into combustion chambers of the internal combustion engine via individual fuel injectors which are connected to the high-pressure accumulator.
Als Kraftstoffinjektoren können beispielsweise Magnetventilinjektoren verwendet werden, bei denen eine Ventilnadel zur Freigabe einer Einspritzöffnung durch Ansteuerung bzw. Bestromung einer Spule bzw. eines Elektromagneten bewegt werden kann.As fuel injectors, for example, solenoid valve injectors can be used in which a valve needle for releasing an injection opening can be moved by driving or energizing a coil or an electromagnet.
Aus der
Aus der
Auch aus der
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zum Betreiben eines Magnetventilinjektors sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.According to the invention, a method for operating a solenoid valve injector as well as a computing unit and a computer program for carrying it out with the features of the independent patent claims are proposed. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims and the following description.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren bedient sich des Ermittelns eines Hubs (d.h. eines aktuellen Abstands zum Ventilsitz) einer Ventilnadel eines Magnetventilinjektors, der einen Elektromagneten mit einer Spule aufweist, durch deren Bestromung ein Magnetanker, über den die Ventilnadel bewegbar ist, anhebbar ist. Bei einem solchen Magnetventilinjektor kann es sich insbesondere um einen direktschaltenden Magnetventilinjektor handeln, bei dem die Ventilnadel direkt über den Magnetanker geschaltet wird.A method according to the invention utilizes the determination of a stroke (i.e., a current distance to the valve seat) of a valve needle of a solenoid valve injector having an electromagnet with a coil, through the energization of which a magnet armature over which the valve needle is movable can be raised. Such a solenoid valve injector may, in particular, be a direct-acting solenoid valve injector in which the valve needle is connected directly via the magnet armature.
Für eine Ansteuerung des Magnetventilinjektors wird dabei eine Regelung eines Stroms in der Spule verwendet, bei der zwei verschiedene Spannungswerte abwechselnd an die Spule angelegt werden. Hierbei kann der Strom insbesondere auch zwischen zwei verschiedenen Stromwerten hin und her geschaltet werden, d.h. es kann dann, wenn der Strom in der Spule den niedrigeren der zwei Stromwerte erreicht durch Anlegen des höheren der zwei Spannungswerte der Strom in Richtung des höheren der zwei Stromwerte gebracht werden. Entsprechend kann der Strom bei Erreichen des höheren der zwei Stromwerte durch Anlegen des niedrigeren der zwei Spannungswerte wieder in Richtung des niedrigeren der zwei Stromwerte gebracht werden. Eine solche Regelung ist dabei auch unter dem Begriff Zwei-Punkt-Regelung bekannt. Bei den beiden Spannungswerten kann es sich beispielsweise um eine maximal von einer ausführenden Recheneinheit zur Verfügung stellbare Spannung und um Spannung Null handeln. Um den Spannungswert Null anzulegen, kann verständlicherweise auch einfach keine Spannung angelegt werden. Es versteht sich jedoch, dass auch andere Spannungswerte verwendet werden können.For controlling the solenoid valve injector, a regulation of a current in the coil is used, in which two different voltage values are alternately applied to the coil. In this case, the current can also be switched back and forth between two different current values, i. it can then, when the current in the coil reaches the lower of the two current values, be applied by applying the higher of the two voltage values of the current towards the higher of the two current values. Accordingly, when the higher of the two current values is reached, the current can be restored to the lower of the two current values by applying the lower of the two voltage values. Such a regulation is also known under the term two-point control. The two voltage values may be, for example, a voltage that can be set at a maximum by an executing computing unit and zero voltage. Understandably, no voltage can be applied to apply the voltage value zero. It is understood, however, that other voltage values may be used.
Es wird nun wenigstens eine Zeitdauer, während welcher jeweils einer der zwei verschiedenen Spannungswerte an der Spule anliegt, ermittelt, wobei dann anhand der wenigstens einen Zeitdauer der Hub der Ventilnadel ermittelt wird.At least one period of time, during which one of the two different voltage values is applied to the coil, is then determined, the stroke of the valve needle then being determined on the basis of the at least one time duration.
Das vorgeschlagene Verfahren macht sich dabei zunutze, dass allgemein die Position des Magnetankers relativ zur Spule und speziell der Abstand zwischen dem Magnetanker und der Spule einen Einfluss auf die Induktivität der Spule des Magnetventilinjektors und damit auf die zeitliche Änderung des Stromes in der Spule bei Anlegen einer Spannung an die Spule hat. Je kleiner dieser Abstand ist, desto höher ist die Induktivität der Spule und desto langsamer steigt der Strom in der Spule an. Auch steigt der Strom beispielsweise umso schneller an, je größer der Abstand ist. Entsprechendes gilt für das Absinken des Stroms in der Spule. Da die Ventilnadel über den Magnetanker bewegt wird, hat der Hub der Ventilnadel Einfluss auf den Hub des Magnetankers und damit auf den Abstand des Magnetankers von der Spule. Insbesondere bei dem erwähnten direktschaltenden Magnetventil besteht ein direkter Zusammenhang zwischen dem Hub der Ventilnadel und dem Hub des Magnetankers, der sehr einfach mit einberechnet werden kann. Etwaige Einflüsse aufgrund einer gewissen Weichheit der Düsennadel können ebenfalls mit berücksichtigt werden.The proposed method makes use of the fact that in general the position of the armature relative to the coil and especially the distance between the armature and the coil an influence on the inductance of the coil of the solenoid valve injector and thus on the temporal change of the current in the coil when applying a Has tension on the coil. The smaller this distance, the higher the inductance of the coil and the slower the current in the coil increases. For example, the greater the distance, the faster the current increases. The same applies to the decrease in the current in the coil. As the valve needle is moved over the armature, the stroke of the valve needle has an influence on the stroke of the armature and thus on the distance of the magnet armature from the coil. In particular, in the aforementioned direct-switching solenoid valve, there is a direct relationship between the stroke of the valve needle and the stroke of the magnet armature, which can be easily included. Any influences due to a certain softness of the nozzle needle can also be taken into account.
Die unterschiedlichen zeitlichen Änderungen des Stroms führen bei der erwähnten Regelung des Stroms dazu, dass die Zeitdauern, bis der Strom den höheren bzw. den niedrigeren Stromwert erreicht, in Abhängigkeit vom Hub der Ventilnadel variieren. Entsprechend variieren damit auch die Zeitdauern, in welchen der höhere bzw. der niedrigere Spannungswert an der Spule anliegt. Für die zu ermittelnde wenigstens eine Zeitdauer kommen daher insbesondere eine oder mehrere Zeitdauern in Frage, während welcher ein niedrigerer der zwei Spannungswerte anliegt und/oder während welcher ein höherer der zwei Spannungswerte anliegt.The different temporal changes of the current in the mentioned control of the current cause the time periods until the current reaches the higher or the lower current value, depending on the stroke of the valve needle vary. Accordingly, the time periods in which the higher or the lower voltage value is applied to the coil also vary accordingly. For the at least one time period to be determined, therefore, one or more periods of time are particularly suitable, during which a lower one of the two voltage values is present and / or during which a higher one of the two voltage values is present.
Auf diese Weise kann also durch Ermitteln bzw. Erfassen und Auswerten solcher Zeitdauern der Hub der Ventilnadel ermittelt werden. Insbesondere kann dabei ein Hubanschlag der Ventilnadel ermittelt werden, da sich die Ventilnadel im geöffneten Zustand des Ventils üblicherweise dort befindet.In this way, the stroke of the valve needle can thus be determined by determining or detecting and evaluating such time periods. In particular, a stroke stop of the valve needle can be determined, since the valve needle is usually located there in the open state of the valve.
Weiterhin wird der ermittelte Hub der Ventilnadel dann für eine Regelung einer Öffnungsdauer des Magnetventilinjektors und/oder einer durch den Magnetventilinjektor zuzumessenden Kraftstoffmenge verwendet. Durch die vorgeschlagene Möglichkeit, den Hub der Ventilnadel zu ermitteln, wird eine besonders einfache und schnelle Möglichkeit geschaffen, aktuelle Informationen zum Zustand des Magnetventilinjektors zu erhalten, die dann sehr schnell für eine entsprechende Regelung verwendet werden können, womit diese auch sehr genau wird.Furthermore, the determined stroke of the valve needle is then used for a regulation of an opening duration of the solenoid valve injector and / or an amount of fuel to be metered in by the solenoid valve injector. The proposed possibility to determine the stroke of the valve needle, a particularly simple and quick way to obtain current information about the state of the solenoid valve injector, which can then be used very quickly for a corresponding regulation, which this is also very accurate.
Besonders vorteilhaft kann der Hub der Ventilnadel bei jeder Ventilbetätigung ermittelt werden, so dass während des Betriebs prinzipiell immer ein aktueller Wert bekannt ist, der für die Regelung des nächsten Einspritzvorgangs berücksichtigt werden kann.Particularly advantageous, the stroke of the valve needle can be determined at each valve actuation, so that in principle always a current value is known during operation, which can be considered for the control of the next injection process.
Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z.B. ein Steuergerät eines Kraftfahrzeugs, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.An arithmetic unit according to the invention, e.g. a control device of a motor vehicle is, in particular programmatically, configured to perform a method according to the invention.
Auch die Implementierung des Verfahrens in Form eines Computerprogramms ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere wenn ein ausführendes Steuergerät noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere magnetische, optische und elektrische Speicher, wie z.B. Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, DVDs u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich. Also, the implementation of the method in the form of a computer program is advantageous because this causes very low costs, especially if an executive controller is still used for other tasks and therefore already exists. Suitable data carriers for providing the computer program are in particular magnetic, optical and electrical memories, such as e.g. Hard drives, flash memory, EEPROMs, DVDs, etc. It is also possible to download a program via computer networks (Internet, intranet, etc.).
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.Further advantages and embodiments of the invention will become apparent from the description and the accompanying drawings.
Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.The invention is illustrated schematically with reference to an embodiment in the drawing and will be described below with reference to the drawing.
Figurenlistelist of figures
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1 zeigt schematisch eine Brennkraftmaschine mit Hochdruckspeicher, bei der ein beispielhafter Magnetventilinjektor verwendet werden kann.1 schematically shows an internal combustion engine with high-pressure accumulator, in which an exemplary solenoid valve injector can be used. -
2 zeigt schematisch einen Magnetventilinjektor, welcher für ein erfindungsgemäßes Verfahren herangezogen werden kann.2 schematically shows a solenoid valve injector, which can be used for a method according to the invention. -
3 zeigt Verläufe von Strom in der Spule des Magnetventilinjektors, Hub der Ventilnadel sowie Zeitdauern der anliegenden Spannungswerte bei einem erfindungsgemäßen Verfahren in einer bevorzugten Ausführungsform.3 shows curves of current in the coil of the solenoid valve injector, stroke of the valve needle and time periods of the applied voltage values in a method according to the invention in a preferred embodiment.
Ausführungsform(en) der ErfindungEmbodiment (s) of the invention
In
Jedem Brennraum
Der Hochdruckspeicher
Weiterhin ist ein Steuergerät
In
Der Magnetventilinjektor
An der Innenwandung des unteren Endes des Gehäuses
Die Ventilnadel
Innerhalb des Hochdruckraums
Das Gehäuse
Axial beabstandet zur Durchgangsbohrung
Der ringförmige Zwischenraum
Innerhalb des Gehäuses
Die Spule
Der Magnetanker
Der Magnetkern weist eine Aufnahme bzw. Durchgangsbohrung
Die Funktion des Magnetventilinjektors
Die Spule
Der Magnetanker
Zum Verschließen der Einspritzöffnungen
In
Der Verlauf des Stroms I entspricht hier dem üblichen Verlauf bei einer Zwei-Punkt-Regelung, bei der der Strom durch Anlegen und Absetzen einer Spannung (was dem Anlegen eines Spannungswerts von Null entspricht) zwischen einem niedrigeren Stromwert, hier beispielsweise ca. 16 A, und einem höheren Stromwert, hier beispielsweise ca. 18 A, hin und her geschaltet wird, nachdem der Strom zunächst von Null auf den höheren Stromwert gebracht wurde. Ab einer Zeit von ca. 1,7 ms wird der Strom wieder abgesetzt, um den Magnetventilinjektor zu schließen.The course of the current I here corresponds to the usual course in a two-point control, in which the current by applying and setting a voltage (which corresponds to the application of a voltage value of zero) between a lower current value, here for example about 16 A, and a higher current value, here for example about 18 A, is switched back and forth after the current has first been brought from zero to the higher current value. From a time of about 1.7 ms, the power is released again to close the solenoid valve injector.
Am zugehörigen Verlauf des Hubs h ist zu sehen, dass die Ventilnadel zunächst langsam bis zum maximalen Hub von ca. 0,15 µm angehoben wird. Anschließend senkt und hebt sich die Ventilnadel abwechselnd etwas, wobei es sich dabei um eine mechanische Schwingung handelt, die durch das Auftreffen der Düsennadel am oberen Hubanschlag hervorgerufen wird.It can be seen from the associated course of the stroke h that the valve needle is initially lifted slowly up to the maximum stroke of approx. 0.15 μm. Subsequently, the valve needle alternately lowers and raises slightly, which is a mechanical vibration caused by the impact of the nozzle needle on the upper stroke stop.
An den Verläufen der Zeitdauern Δt1 und Δt0, die hier als auf integrierte Werte dargestellt sind, ist zu sehen, dass diese Zeitdauern mit dem Hub h korrelieren. Bei geringerem Hub sind die Zeitdauern Δt0 mit Spannungswert Null länger und bei größerem Hub kürzer, was durch die bereits erwähnte Variation der Induktivität der Spule zu erklären ist. Dabei ist festzustellen, dass diese Unterschiede deutlicher ausgeprägt sind, nachdem der Elektromagnet eine gewisse Magnetisierung erreicht hat.It can be seen from the curves of the time periods Δt 1 and Δt 0 , which are shown here as integrated values, that these time periods correlate with the stroke h. With a shorter stroke, the periods Δt 0 with voltage value zero are longer and shorter with a larger stroke, which can be explained by the already mentioned variation of the inductance of the coil. It should be noted that these differences are more pronounced after the electromagnet has reached a certain magnetization.
Das erste Minimum in Δt1 und das erste Maximum in Δt0 kennzeichnen dabei das Erreichen des oberen Hubanschlags. Der Zeitversatz zur Ventilnadel ist systematisch und durch die mechanische Weichheit zwischen Anker und Ventilnadel bedingt. Man erkennt selbst die mechanische Schwingung der Ventilnadel in den Zeitdauern von Δt1 und Δt0.The first minimum in Δt 1 and the first maximum in Δt 0 characterize the achievement of the upper stroke stop. The time offset to the valve needle is systematic and due to the mechanical softness between the armature and valve needle. One recognizes even the mechanical oscillation of the valve needle in the periods of Δt 1 and Δt 0 .
Das Verhalten der Zeitdauern Δt1 ist vergleichbar, wobei im gezeigten Beispiel jedoch eine geringere Mess-Auflösung als für die Zeitdauern Δt0 gewählt wurde.The behavior of the durations Δt1 is comparable, but in the example shown a lower measurement resolution than for the time periods .DELTA.t 0 was selected.
Durch geeignete Vergleichswerte kann nun beispielsweise anhand der gezeigten Zeitdauern der Hub der Ventilnadel ermittelt werden, welcher wiederum zur Regelung verschiedener Größen des Magnetventilinjektors verwendet werden kann. Der Hubanschlag bzw. der maximale Hub lassen sich jedoch auch anhand des Verhältnisses der Zeitdauern untereinander ermitteln.By suitable comparison values, the stroke of the valve needle can now be determined, for example based on the time periods shown, which in turn can be used to control various sizes of the solenoid valve injector. However, the stroke stop or the maximum stroke can also be determined based on the ratio of durations with each other.
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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