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 DE 10 2008 054 877 A1 ist beispielsweise eine Möglichkeit zum Betreiben eines elektromechanischen Aktors, der insbesondere in einem Magnetventilinjektor verwendet werden kann, bekannt. Dabei können aus elektrischen Ansteuergrößen Informationen über eine Bewegung oder eine Ausdehnung des Aktors ermittelt werden.From the DE 10 2008 054 877 A1 For example, a possibility for operating an electromechanical actuator, which can be used in particular in a solenoid valve injector known. In this case, information about a movement or an extension of the actuator can be determined from electrical control variables.

Aus der DE 10 2013 203 130 A1 ist ein Verfahren zum Betrieb eines direktschaltenden Magnetventilinjektors bekannt, bei dem verschiedene Ansteuerphasen verwendet werden, wobei insbesondere zum Schließen der Einspritzöffnung eine Lösch-Spannung angelegt wird, um den verwendeten Elektromagneten schneller zu entmagnetisieren.From the DE 10 2013 203 130 A1 a method for operating a direct-acting solenoid injector is known in which different drive phases are used, in particular for closing the injection port, an erase voltage is applied to demagnetize the electromagnet used faster.

Auch aus der DE 10 2010 041 109 A1 und der DE 10 2013 212 138 A1 sind ebenfalls sog. direktschaltende Magnetventilinjektoren bekannt, bei denen die Ventilnadel direkt mittels eines Magnetankers bewegt wird, der Teil eines elektromagnetischen Aktors ist und durch Bestromung der Spule bewegt wird.Also from the DE 10 2010 041 109 A1 and the DE 10 2013 212 138 A1 are also known. Direct switching solenoid valve injectors are known in which the valve needle is moved directly by means of a magnet armature, which is part of an electromagnetic actuator and is moved by energizing the coil.

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

  • 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 1 ist schematisch und vereinfacht eine Brennkraftmaschine 100 gezeigt, bei welcher ein Magnetventilinjektor verwendet werden kann, bei dem wiederum der Hub der Ventilnadel ermittelt werden kann. Beispielhaft weist die Brennkraftmaschine 100 vier Brennräume 103 und ein Saugrohr 106 auf, welches an jeden der Brennräume 103 angeschlossen ist.In 1 is schematic and simplifies an internal combustion engine 100 shown in which a solenoid valve injector can be used, in turn, the stroke of the valve needle can be determined. By way of example, the internal combustion engine 100 four combustion chambers 103 and a suction tube 106 on which to each of the combustion chambers 103 connected.

Jedem Brennraum 103 ist ein Magnetventilinjektor 200 zur Einbringung von Kraftstoff in den jeweiligen Brennraum 103 zugeordnet. Die Magnetventilinjektoren 200 sind mit einer Hochdruckleitung 162 an einen Hochdruckspeicher 161, ein sog. Rail oder Common-Rail, angebunden. Der Übersichtlichkeit halber ist nur eine Hochdruckleitung 162 zu einem der Magnetventilinjektoren 200 gezeigt, es versteht sich jedoch, dass jeder der Magnetventilinjektoren 200 an eine Hochdruckleitung angebunden ist.Every combustion chamber 103 is a solenoid valve injector 200 for introducing fuel into the respective combustion chamber 103 assigned. The solenoid valve injectors 200 are with a high pressure line 162 to a high-pressure accumulator 161 , a so-called rail or common rail, connected. For the sake of clarity, only one high pressure line 162 to one of the solenoid valve injectors 200 However, it is understood that each of the solenoid valve injectors 200 is connected to a high pressure line.

Der Hochdruckspeicher 161 wiederum wird über eine Hochdruckpumpe 160 mit Kraftstoff versorgt. Die Hochdruckpumpe 160 wird dabei in der Regel von der Brennkraftmaschine angetrieben. Die Magnetventilinjektoren 200, die Hochdruckleitungen 162, der Hochdruckspeicher 161 sowie die Hochdruckpumpe 160 sind dabei Teil eines Hochdrucksystems 165 der Brennkraftmaschine 100.The high-pressure accumulator 161 in turn, will be via a high pressure pump 160 fueled. The high pressure pump 160 is usually driven by the internal combustion engine. The solenoid valve injectors 200 , the high pressure lines 162 , the high pressure store 161 as well as the high pressure pump 160 are part of a high-pressure system 165 the internal combustion engine 100 ,

Weiterhin ist ein Steuergerät 115 vorgesehen, mit dem die Magnetventilinjektoren 200 angesteuert werden können Furthermore, a control unit 115 provided with the solenoid valve injectors 200 can be controlled

In 2 ist schematisch ein Magnetventilinjektor 200, welcher für ein erfindungsgemäßes Verfahren verwendet werden kann, detaillierter als in 1 dargestellt. Der Magnetventilinjektor 200 ist hier als direktschaltender Magnetventilinjektor ausgebildet.In 2 is schematically a solenoid valve injector 200 , which can be used for a method according to the invention, more detailed than in 1 shown. The solenoid valve injector 200 is designed here as a direct-switching solenoid valve injector.

Der Magnetventilinjektor 200 weist ein Gehäuse 211 auf. Am unteren, d.h. dem im Brennraum angeordneten Ende weist das Gehäuse 211 wenigstens eine, in der Regel jedoch mehrere Einspritzöffnungen 217 zum Einbringen von Kraftstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine auf.The solenoid valve injector 200 has a housing 211 on. At the bottom, that is arranged in the combustion chamber end, the housing 211 at least one, but usually several injection openings 217 for introducing fuel into the combustion chamber of the internal combustion engine.

An der Innenwandung des unteren Endes des Gehäuses 211 ist eine Sitzfläche 218 ausgebildet, die mit einer entsprechenden Gegenfläche einer auf und ab beweglich angeordneten Ventilnadel 220 in der abgesenkten Position der Ventilnadel 220 unter Ausbildung eines Dichtsitzes 221 zusammenwirkt. Die stiftförmige Ventilnadel 220 ist mit ihrer Längsachse 222 innerhalb des Gehäuses 211 aufgenommen. Hierbei wird ein Hochdruckraum 224 ausgebildet, der über eine Versorgungsbohrung 225 und die Hochdruckleitung 162 mit dem Hochdruckspeicher 161, wie in 1 dargestellt, verbunden ist und dadurch mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff befüllt ist.On the inner wall of the lower end of the housing 211 is a seat 218 formed, which with a corresponding counter surface of an up and down movably arranged valve needle 220 in the lowered position of the valve needle 220 under formation of a sealing seat 221 interacts. The pin-shaped valve needle 220 is with its longitudinal axis 222 inside the case 211 added. This is a high pressure room 224 formed, which has a supply hole 225 and the high pressure line 162 with the high-pressure accumulator 161 , as in 1 represented, is connected and thereby filled with high-pressure fuel.

Die Ventilnadel 220 weist in einem einen geringeren Durchmesser aufweisenden Abschnitt des unteren Endes des Gehäuses 211 einen Führungsabschnitt 228 auf, dessen Außendurchmesser dem Innendurchmesser des Gehäuses angepasst ist. Der Führungsabschnitt 228 weist eine Durchgangsbohrung 229 mit einer Zulaufdrossel 230 auf, die den Hochdruckraum 224 mit einem Speichervolumen 231 verbindet, über das wiederum bei angehobener Ventilnadel 220 der Kraftstoff über die Einspritzöffnung 217 in den Brennraum der Brennkraftmaschine abgegeben wird.The valve needle 220 has in a smaller diameter portion of the lower end of the housing 211 a guide section 228 on, whose outer diameter is adapted to the inner diameter of the housing. The guide section 228 has a through hole 229 with an inlet throttle 230 on top of the high pressure room 224 with a storage volume 231 connects, in turn, with raised valve needle 220 the fuel over the injection port 217 is discharged into the combustion chamber of the internal combustion engine.

Innerhalb des Hochdruckraums 224 weist die Ventilnadel 220 optional eine ringförmige Verdickung 232 auf, die mit einem die Verdickung 232 radial zumindest bereichsweise umfassenden Ring 233 derart zusammenwirkt, dass zwischen dem Außenumfang der Verdickung 232 und dem Innendurchmesser des Rings 233 ein Quetschspalt 234 ausgebildet ist, so dass die Verdickung 232 und der Ring 233 eine hydraulisch wirkende Dämpfungseinrichtung 235 zur Dämpfung der Bewegung der Ventilnadel 220 ausbilden.Inside the high pressure room 224 points the valve needle 220 optionally an annular thickening 232 on top of that with a thickening 232 radially at least partially comprehensive ring 233 cooperates such that between the outer circumference of the thickening 232 and the inner diameter of the ring 233 a nip 234 is formed, so that the thickening 232 and the ring 233 a hydraulic damping device 235 for damping the movement of the valve needle 220 form.

Das Gehäuse 211 weist weiterhin an einem platten- bzw. ringförmigen Führungsabschnitt 246 eine Durchgangsbohrung 236 für die Ventilnadel 220 auf. Die Durchgangsbohrung 236 wirkt als ein Dichtelement 237 für den Hochdruckraum 224, und zwar derart, dass über die Durchgangsbohrung 236 möglichst wenig Kraftstoff aus dem Hochdruckraum 224 in Richtung des oberen Bereichs des Gehäuses 211 strömt. Gleichzeitig wirkt die Durchgangsbohrung 236 als Radialführung für die Ventilnadel 220, so dass diese zusätzlich zum Führungsabschnitt 228 über die Durchgangsbohrung 236 radial geführt ist.The housing 211 also has a plate or annular guide section 246 a through hole 236 for the valve needle 220 on. The through hole 236 acts as a sealing element 237 for the high pressure room 224 in such a way that over the through hole 236 as little fuel from the high-pressure chamber 224 towards the top of the case 211 flows. At the same time the through hole acts 236 as a radial guide for the valve needle 220 so that these in addition to the guide section 228 over the through hole 236 is guided radially.

Axial beabstandet zur Durchgangsbohrung 236 ist innerhalb des oberen Bereichs des Gehäuses 211 ein weiteres, im Ausführungsbeispiel platten- bzw. ringförmiges Dichtelement 238 angeordnet. Das zweite Dichtelement 238 weist eine Durchgangsbohrung 239 auf, die die Ventilnadel 220 mit radialem Abstand umgibt. Innerhalb der Durchgangsbohrung 239 ist eine Dichtung 240 angeordnet, die in Anlagekontakt mit dem Umfang der Ventilnadel 220 angeordnet ist.Axially spaced from the through hole 236 is within the upper area of the housing 211 another, in the embodiment plate-shaped or annular sealing element 238 arranged. The second sealing element 238 has a through hole 239 on that the valve needle 220 surrounds with radial distance. Inside the through hole 239 is a seal 240 arranged in abutting contact with the circumference of the valve needle 220 is arranged.

Der ringförmige Zwischenraum 242 zwischen der Durchgangsbohrung 236 und dem weiteren Dichtelement 238 kann über eine beispielhaft innerhalb des oberen Endes des Gehäuses 211 verlaufende Entlastungsbohrung 243 mit einem Kraftstoffrücklauf 244 verbunden sein, der wiederum in einen Rücklaufbehälter 245 mündet. Dadurch wird über die Durchgangsbohrung 236 aus dem Hochdruckraum 224 in den Zwischenraum 242 überströmender Kraftstoff aus dem Gehäuse 211 abgeführt, und zwar derart, dass innerhalb des Zwischenraums 242 im Wesentlichen kein (gegenüber der Umgebung) erhöhter hydraulischer Druck herrscht.The annular space 242 between the through-hole 236 and the further sealing element 238 can be an example within the upper end of the housing 211 running relief hole 243 be connected to a fuel return 244, in turn, in a return tank 245 empties. This will be through the through hole 236 from the high pressure room 224 in the gap 242 overflowing fuel from the housing 211 dissipated, in such a way that within the space 242 essentially no (compared to the environment) increased hydraulic pressure prevails.

Innerhalb des Gehäuses 211 ist ein Aufnahmeraum 248 für einen elektromagnetischen Aktor 250 ausgebildet. Der elektromagnetische Aktor 250 weist im dargestellten Ausführungsbeispiel einen mit einem Endbereich der Ventilnadel 220 verbundenen plattenförmigen Magnetanker 252 auf, der vorzugsweise aus weichmagnetischem Material besteht. Der Magnetanker 252 wirkt mit einem im Aufnahmeraum 248 angeordneten Elektromagneten 253 mit Magnetkern (vorzugsweise aus Weicheisen bestehend) zusammen, in den eine Spule 254 eingebracht ist.Inside the case 211 is a recording room 248 for an electromagnetic actuator 250 educated. The electromagnetic actuator 250 has in the illustrated embodiment one with an end portion of the valve needle 220 connected plate-shaped armature 252 on, which preferably consists of soft magnetic material. The magnet armature 252 works with one in the recording room 248 arranged electromagnet 253 with magnetic core (preferably made of soft iron), in which a coil 254 is introduced.

Die Spule 254 ist an eine Spannungsquelle, die eine Spannung U bereitstellen kann, angebunden, so dass in der Spule 254 ein Strom I fließen kann, sofern die Spule 254 bestromt wird. Die Spannungsquelle bzw. die Spannung U kann dabei bspw. durch das Steuergerät 115 bereitgestellt werden, wenn der Magnetventilinjektor 200, wie in 1 gezeigt, in einer Brennkraftmaschine eingebaut ist und dort verwendet wird.The sink 254 is connected to a voltage source, which can provide a voltage U, connected, so that in the coil 254 a current I can flow, provided the coil 254 is energized. The voltage source or the voltage U can, for example, by the control unit 115 be provided when the solenoid valve injector 200 , as in 1 shown, is installed in an internal combustion engine and used there.

Der Magnetanker 252 weist -je nach Betriebssituation - einen bestimmten Abstand zur Spule 254 auf. Im gezeigten Fall, d.h. wenn die Ventilnadel 220 den Ventilsitz verschließt, ist dieser Abstand maximal.The magnet armature 252 has - depending on the operating situation - a certain distance to the coil 254 on. In the case shown, ie when the valve needle 220 closes the valve seat, this distance is maximum.

Der Magnetkern weist eine Aufnahme bzw. Durchgangsbohrung 255 auf, in der eine Feder 257 angeordnet ist, deren eine Stirnseite sich gegen Einstellmittel 261, bspw. in Form einer Einstellscheibe, und darüber gegen das Gehäuse 211 abstützt, und deren andere Stirnseite mit der ihr zugewandten Stirnseite der Ventilnadel 220 zusammenwirkt. Der Aufnahmeraum 248 ist über eine Entlüftungsbohrung 258, die innerhalb des Gehäuses 211 angeordnet ist, mit der Umgebung verbunden, so dass der Aufnahmeraum 248 mit (Umgebungs-)Luft geflutet ist. The magnetic core has a receptacle or through hole 255 on, in which a spring 257 is arranged, whose one end face against adjusting 261 , For example, in the form of a shim, and above it against the housing 211 supported, and the other end face with the facing end face of the valve needle 220 interacts. The recording room 248 is via a vent hole 258 inside the case 211 is arranged, connected to the environment, leaving the recording room 248 flooded with (ambient) air.

Die Funktion des Magnetventilinjektors 200 bei Verwendung als Kraftstoffinjektor in einer Brennkraftmaschine soll im Folgenden kurz erläutert werden. Der Hochdruckraum 224 ist über den Hochdruckspeicher mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff befüllt. In der in der Figur dargestellten abgesenkten Stellung der Ventilnadel 220 wird diese von der Schließfeder 257 gegen die Sitzfläche 218 unter Bildung des Dichtsitzes 221 gedrückt, so dass die Einspritzöffnungen 217 verschlossen sind.The function of the solenoid valve injector 200 when used as a fuel injector in an internal combustion engine will be explained briefly below. The high pressure room 224 is filled via the high-pressure accumulator with fuel under high pressure. In the lowered position of the valve needle shown in the figure 220 this is done by the closing spring 257 against the seat 218 forming the sealing seat 221 pressed so that the injection openings 217 are closed.

Die Spule 254 ist zunächst unbestromt. Zum Einspritzen von Kraftstoff wird die Spule 254 bestromt, indem ein bestimmter Spannungswert an die Spule angelegt wird, so dass der Magnetanker 252, der hier mit der Ventilnadel 220 starr verbunden ist, entgegen der Schließkraft der Feder 257 von der Sitzfläche 218 abhebt, so dass die Einspritzöffnungen 217 freigegeben werden. Dabei wird die Bewegung der Ventilnadel 220 über die Dämpfungseinrichtung 235 gedämpft.The sink 254 is initially energized. The coil is used to inject fuel 254 energized by a certain voltage is applied to the coil, so that the armature 252 , the here with the valve needle 220 is rigidly connected, against the closing force of the spring 257 from the seat 218 lifts off, leaving the injection openings 217 be released. Thereby the movement of the valve needle becomes 220 over the damping device 235 attenuated.

Der Magnetanker 252 wird dabei bis zum Anschlag einer Einstellscheibe 260 auf der ringförmigen Verdickung 232 bis zum Gehäuse angehoben. In dieser Stellung ist der Magnetanker maximal angehoben, d.h. er hat seinen maximalen Hub hmax erreicht, wobei mit h der Hub bezeichnet ist. Die Ventilnadel ist damit in Hubanschlag und hat ebenso ihren maximalen Hub erreicht. Sofern etwaige Stauchungen der Ventilnadel unberücksichtigt bleiben, entspricht der Hub h des Magnetankers auch dem Hub der Ventilnadel.The magnet armature 252 is doing up to the stop of a shim 260 on the annular thickening 232 raised to the housing. In this position, the armature is maximally raised, ie it has reached its maximum stroke h max , where h denotes the stroke. The valve needle is thus in stroke stop and has also reached its maximum stroke. Unless any upsetting of the valve needle are disregarded, the stroke h of the magnet armature also corresponds to the stroke of the valve needle.

Zum Verschließen der Einspritzöffnungen 217 wird die Spule 254 wieder von der Spannungsquelle abgekoppelt, d.h. es wird der Spannungswert Null an die Spule angelegt, so dass die Ventilnadel 220, verursacht durch die Federkraft der Feder 257, unter Bildung des Dichtsitzes 221 wieder an der Sitzfläche 218 anliegt. Auch diese Bewegung wird ggf. durch die Dämpfungseinrichtung 235 beeinflusst bzw. gedämpft.For closing the injection openings 217 becomes the coil 254 again decoupled from the voltage source, that is, the voltage value zero is applied to the coil, so that the valve needle 220 , caused by the spring force of the spring 257 , forming the sealing seat 221 again on the seat 218 is applied. This movement is possibly by the damping device 235 influenced or damped.

In 3 sind beispielhaft Verläufe eines Stroms I in der Spule des Magnetventilinjektors in A, eines Hub h der Ventilnadel in µm sowie von Zeitdauern Δt1 eines höheren Spannungswerts und Δt0 eines niedrigeren Spannungswerts, hier Null, in µs, jeweils über der Zeit t in ms dargestellt, wie sie bei Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer bevorzugten Ausführungsform auftreten können. Bei Δt1 und Δt0 handelt es sich insbesondere um den Verlauf der integrierten Zeit in dem entsprechenden Spannungszustand. Bei dem entsprechenden Maximum handelt es sich dann um die Verweildauer in dem entsprechenden Schaltungszustand. Danach wird der Zeitintegrator wieder auf Null gesetzt.In 3 are exemplary curves of a current I in the coil of the solenoid valve injector in A, a stroke h of the valve needle in microns and time periods .DELTA.t 1 of a higher voltage value and .DELTA.t 0 of a lower voltage value, here zero, in μs, each shown over the time t in ms , as they may occur when carrying out a method according to the invention in a preferred embodiment. Δt 1 and Δt 0 are, in particular, the course of the integrated time in the corresponding voltage state. The corresponding maximum is then the residence time in the corresponding circuit state. Thereafter, the time integrator is reset to zero.

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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Claims (10)

Verfahren zum Betreiben eines Magnetventilinjektors (200), der einen Elektromagneten (253) mit einer Spule (254) aufweist, durch deren Bestromung ein Magnetanker (252), über den eine Ventilnadel (220) bewegbar ist, anhebbar ist, wobei für eine Ansteuerung des Magnetventilinjektors (200) eine Regelung eines Stroms (I) in der Spule (254) verwendet wird, bei der zwei verschiedene Spannungswerte abwechselnd an die Spule (254) angelegt werden, wobei wenigstens eine Zeitdauer (Δt1, Δt0), während welcher jeweils einer der zwei verschiedenen Spannungswerte an der Spule (254) anliegt, ermittelt wird, wobei anhand der wenigstens einen Zeitdauer (Δt1, Δt0) ein Hub (h) der Ventilnadel (220) ermittelt wird, und wobei der ermittelte Hub (h) der Ventilnadel (220) für eine Regelung einer Öffnungsdauer des Magnetventilinjektors (200) und/oder einer durch den Magnetventilinjektor (200) zuzumessenden Kraftstoffmenge verwendet wird.Method for operating a solenoid valve injector (200) which has an electromagnet (253) with a coil (254), through the energization of which a magnet armature (252), via which a valve needle (220) is movable, can be raised, wherein a control of the Solenoid valve injector (200), a control of a current (I) in the coil (254) is used in which two different voltage values are alternately applied to the coil (254), wherein at least a period of time (.DELTA.t 1 , .DELTA.t 0 ), during which one of the two different voltage values is applied to the coil (254) is determined, wherein based on the at least one time period (.DELTA.t 1 , .DELTA.t 0 ) a stroke (h) of the valve needle (220) is determined, and wherein the determined stroke (h) the valve needle (220) is used to control an opening duration of the solenoid valve injector (200) and / or an amount of fuel to be metered by the solenoid injector (200). Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Ermittlung des Hubs (h) der Ventilnadel (h) eine Ermittlung eines oberen Hubanschlags der Ventilnadel (220) umfasst.Method according to Claim 1 wherein the determination of the stroke (h) of the valve needle (h) comprises a determination of an upper stroke stop of the valve needle (220). Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die wenigstens eine Zeitdauer (Δt0) eine oder mehrere Zeitdauern umfasst, während welcher ein niedrigerer der zwei Spannungswerte anliegt.Method according to Claim 1 or 2 wherein the at least one period of time (Δt 0 ) comprises one or more periods of time during which a lower one of the two voltage values is applied. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die wenigstens eine Zeitdauer (Δt1) eine oder mehrere Zeitdauern umfasst, während welcher ein höherer der zwei Spannungswerte anliegt.Method according to one of the preceding claims, wherein the at least one time duration (Δt 1 ) comprises one or more periods during which a higher of the two voltage values is present. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei als Magnetventilinjektor (200) ein direktschaltender Magnetventilinjektor verwendet wird.Method according to one of the preceding claims, wherein a direct-acting solenoid valve injector is used as the solenoid valve injector (200). Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei bei der Regelung des Stroms (I) in der Spule (254) der Strom (I) zwischen zwei verschiedenen Stromwerten hin und her geschaltet wird.Method according to one of the preceding claims, wherein in the regulation of the current (I) in the coil (254), the current (I) is switched back and forth between two different current values. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Hub (h) der Ventilnadel (220) bei jeder Ventilbetätigung ermittelt wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the stroke (h) of the valve needle (220) is determined at each valve actuation. Recheneinheit (115), die dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche durchzuführen.Arithmetic unit (115) adapted to perform a method according to any one of the preceding claims. Computerprogramm, das eine Recheneinheit (115) dazu veranlasst, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 durchzuführen, wenn es auf der Recheneinheit (115) ausgeführt wird.Computer program that causes a computing unit (115) to perform a method according to any one of Claims 1 to 7 when executed on the arithmetic unit (115). Maschinenlesbares Speichermedium mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm nach Anspruch 9.Machine-readable storage medium with a computer program stored thereon Claim 9 ,
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