DE102016224682A1 - Method for heating a gas valve, in particular a fuel injector - Google Patents
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Abstract
Für ein Verfahren zur Erwärmung eines Gasventils (31), insbesondere eines Kraftstoffinjektors (31), mit einer Magnetspule (36) durch Erzeugung von Wirbelströmen, wobei das Gasventil (31) durch eine Bestromung der Magnetspule (36) öffenbar ist, wobei die Magnetspule (36) durch eine Spannungsquelle (21,22) von einem Strom (13) beaufschlagt wird, wird vorgeschlagen, dass die Magnetspule (36) während wenigstens einer Heizungsdauer (49,50) entsprechend eines Spannungs-Zeit-Profils (10) mit einer alternierenden Spannung (12) beaufschlagt wird, so dass in dem Gasventil (31) Wirbelströme erzeugt werden, wobei der Strom (13) während der gesamten Heizungsdauer (49,50) kleiner als eine Öffnungsstromstärke (lo) ist, die zum Öffnen des Gasventils (31) notwendig ist.For a method for heating a gas valve (31), in particular a fuel injector (31), with a magnet coil (36) by generating eddy currents, wherein the gas valve (31) can be opened by energizing the magnet coil (36), wherein the magnet coil ( 36) by a voltage source (21,22) is acted upon by a current (13), it is proposed that the magnetic coil (36) during at least one heating period (49,50) corresponding to a voltage-time profile (10) with an alternating Voltage (12) is applied, so that in the gas valve (31) eddy currents are generated, wherein the current (13) during the entire heating period (49,50) is smaller than an opening current (lo), which is used to open the gas valve (31 ) necessary is.
Description
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erwärmung eines Gasventils, insbesondere eines Kraftstoffinjektors, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des unabhängigen Anspruchs 1.The invention relates to a method for heating a gas valve, in particular a fuel injector, having the features of the preamble of the
Ein Verbrennungsmotor hat einen oder mehrere Zylinder mit einem Brennraum, in den zu einem genau definierten Zeitpunkt im Arbeitszyklus des Zylinders eine genau definierte Kraftstoffmenge einzuspritzen ist. Für die Zumessung der Kraftstoffmenge werden Kraftstoffinjektoren verwendet. Alle Kraftstoffinjektoren bilden gemeinsam mit ihrer Ansteuerung ein Einspritzsystem.An internal combustion engine has one or more cylinders with a combustion chamber into which a precisely defined amount of fuel is to be injected at a precisely defined time in the cylinder duty cycle. Fuel injectors are used to meter the amount of fuel. All fuel injectors together with their control form an injection system.
Kraftstoffinjektoren für gasförmige Kraftstoffe müssen eine besonders kleine Leckage aufweisen, damit das vorgegebene Zeit-Mengen-Profil für die Einspritzung genau eingehalten wird. An Stelle der bei Kraftstoffinjektoren für flüssige Kraftstoffe üblichen Metall-Metall-Dichtungen an der Zumessstelle kommen daher vielfach Metall-Elastomer-Dichtungen zum Einsatz. Bei kalter Umgebungstemperatur neigen diese Dichtungen zum Kleben. Reicht die bei Ansteuerung des Injektors ausgeübte Öffnungskraft nicht aus, um zusätzlich zur Rückstellkraft der Ventilfeder und zum Gegendruck des Gases im Kraftstoffrail auch den durch das Kleben bewirkten Widerstand zu überwinden, so ist der Injektor nicht funktionsfähig und der Kaltstart gefährdet.Fuel injectors for gaseous fuels must have a particularly small leakage, so that the predetermined time-volume profile for the injection is maintained exactly. In place of the usual in fuel injectors for liquid fuels metal-metal seals at the metering point therefore often metal-elastomer seals are used. At cold ambient temperatures, these seals tend to stick. If the opening force exerted during activation of the injector is insufficient to overcome the resistance caused by sticking in addition to the restoring force of the valve spring and the back pressure of the gas in the fuel rail, the injector is not functional and the cold start is jeopardized.
Aus der
Bei einem monovalenten, d.h. nur mit Gas betriebenen, Verbrennungsmotor besteht ein noch dringenderer Bedarf, den Kaltstart zu erleichtern, da es bei einem Misslingen des Kaltstarts keine Möglichkeit gibt, das Kraftfahrzeug aus eigener Kraft fortzubewegen.In a monovalent, i. only gas-powered, internal combustion engine, there is an even more urgent need to facilitate the cold start, since there is no possibility in a failure of the cold start to move the motor vehicle by its own power.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Erwärmung eines Gasventils, insbesondere eines Kraftstoffinjektors, mit einer Magnetspule durch Erzeugung von Wirbelströmen vorgeschlagen. Das Gasventil ist durch eine Bestromung der Magnetspule öffenbar, wobei die Magnetspule durch eine Spannungsquelle von einem Strom beaufschlagt wird. Erfindungsgemäß wird die Magnetspule während wenigstens einer Heizungsdauer entsprechend eines Spannungs-Zeit-Profils mit einer alternierenden Spannung beaufschlagt, so dass in dem Gasventil Wirbelströme erzeugt werden, wobei der Strom während der gesamten Heizungsdauer kleiner als eine Öffnungsstromstärke ist, die zum Öffnen des Gasventils notwendig ist.According to the invention, a method is proposed for heating a gas valve, in particular a fuel injector, with a magnetic coil by generating eddy currents. The gas valve can be opened by energizing the magnetic coil, wherein the magnetic coil is acted upon by a current from a voltage source. According to the invention, the magnet coil is subjected during at least one heating period corresponding to a voltage-time profile with an alternating voltage, so that eddy currents are generated in the gas valve, wherein the current during the entire heating period is less than an opening current, which is necessary to open the gas valve ,
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Durch das Verfahren und die Vorrichtung wird während der Heizungsdauer durch die Beaufschlagung der Magnetspule mit alternierender Spannung, d.h. sich zeitlich ändernder Spannung, ein sich zeitlich änderndes Magnetfeld erzeugt. Das durch die Magnetspule erzeugte, sich zeitlich ändernde Magnetfeld induziert Wirbelströme in elektrisch leitfähigen Teilen des Gasventils, beispielsweise eines Kraftstoffinjektors. Die Wirbelströme können die elektrisch leitfähigen Teile des Gasventils vorteilhaft aufheizen. Somit kann durch das erfindungsgemäße Verfahren durch die alternierende Spannung und die dadurch in den elektrisch leitenden Teilen des Gasventils induzierten Wirbelströme auch mit vergleichsweise geringen Stromstärken eine sehr hohe Heizleistung eingebracht werden. Die Wirbelströme können beispielsweise bei einem als Kraftstoffinjektor ausgebildeten Gasventil vorteilhaft beispielsweise in dem Anker des Kraftstoffinjektors induziert werden, so dass sich dieser erwärmt und die Wärme direkt beispielsweise an der Metall-Elastomerdichtung des Kraftstoffinjektors eingebracht wird. Durch die Erwärmung im Bereich der Metall-Elastomerdichtung durch die Wirbelströme beispielsweise in dem Anker oder in anderen elektrisch leitenden Teilen des Kraftstoffinjektors kann der Bereich der Metall-Elastomerdichtung auf eine Temperatur erwärmt werden, bei der ein Kleben des Elastomers an dem Metall ausgeschlossen wird. So kann der Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von Kraftstoff einfach und sicher durch Bestromung der Magnetspule geöffnet werden, ohne dass ein Kleben des Elastomers an dem Metall auftritt. So kann durch das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung beispielsweise für ein als Kraftstoffinjektor ausgebildetes Gasventil der Kaltstart eines Kraftfahrzeugs vorteilhaft verbessert werden. Dabei ist während der Heizungsdauer der Strom durch die Spule vorteilhaft stets geringer als eine Öffnungsstromstärke, die zum Öffnen des Gasventils notwendig ist. Somit bleibt beispielsweise ein als Kraftstoffinjektor ausgebildetes Gasventil in dem erfindungsgemäßen Verfahren und in der erfindungsgemäßen Vorrichtung während der gesamten Heizungsdauer, während der Wirbelströme zur Aufheizung des Kraftstoffinjektors in elektrisch leitende Teile des Injektors induziert werden, vorteilhaft geschlossen, so dass während der gesamten Heizungsdauer vorteilhaft kein Kraftstoff durch den Kraftstoffinjektor eingespritzt wird.By the method and apparatus, during the heating period, the application of alternating voltage, i. E. Time-varying voltage, a time-varying magnetic field generated. The time-varying magnetic field generated by the magnetic coil induces eddy currents in electrically conductive parts of the gas valve, for example a fuel injector. The eddy currents can advantageously heat the electrically conductive parts of the gas valve. Thus, can be introduced by the inventive method by the alternating voltage and thereby induced in the electrically conductive parts of the gas valve eddy currents even with comparatively low currents, a very high heat output. The eddy currents can be advantageously induced for example in a gas injector designed as a gas valve, for example in the armature of the fuel injector, so that this is heated and the heat is introduced directly, for example, to the metal-elastomer seal of the fuel injector. By heating in the region of the metal-elastomeric seal by the eddy currents, for example in the armature or in other electrically conductive parts of the fuel injector, the region of the metal-elastomeric seal can be heated to a temperature at which sticking of the elastomer to the metal is excluded. Thus, the fuel injector for injecting fuel can be easily and safely opened by energizing the solenoid, without sticking of the elastomer to the metal occurs. Thus, the cold start of a motor vehicle can be advantageously improved by the inventive method and apparatus according to the invention, for example, for a gas valve designed as a fuel injector. In this case, during the heating period, the current through the coil is advantageously always lower than an opening current which is necessary for opening the gas valve. Thus, for example, a gas valve designed as a fuel injector in the method according to the invention and in the device according to the invention during the entire heating period, while the eddy currents for heating the fuel injector are induced in electrically conductive parts of the injector, advantageously closed so that advantageously no fuel during the entire heating period is injected by the fuel injector.
Weiterhin kann durch induzierte Wirbelströme auch eine vorteilhaft höhere Heizwirkung in dem beispielsweise als Kraftstoffinjektor ausgebildeten Gasventil erzeugt werden, als beispielsweise durch Wärmeentwicklung bei Stromfluss durch die Magnetspule aufgrund des ohmschen Widerstandes der Magnetspule möglich wäre.Furthermore, by induced eddy currents, an advantageously higher heating effect in the example designed as a fuel injector Gas valve can be generated, for example, would be possible by heat generation in current flow through the solenoid due to the ohmic resistance of the solenoid.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung werden durch die in den Unteransprüchen angegebenen Merkmale ermöglicht.Further advantageous embodiments and modifications of the invention are made possible by the features specified in the subclaims.
Gemäß eines vorteilhaften Ausführungsbeispiels ist es vorgesehen, dass die alternierende Spannung während der Heizungsdauer durch alternierendes Einschalten und Ausschalten der Spannungsquelle während der Heizungsdauer erzeugt wird, wobei die Spannungsquelle nach dem Einschalten für eine Einschaltdauer eingeschaltet ist und nach dem Ausschalten für eine Ausschaltdauer ausgeschaltet ist. Somit kann vorteilhaft einfach eine alternierende Spannung an der Magnetspule erzeugt werden und beispielsweise durch wiederholtes Einschalten und Ausschalten der Spannungsquelle vorteilhaft gute Wirbelströme zum Heizen des Gasventils erzeugt werden. Dabei kann beispielsweise die an der Magnetspule angelegte Spannung vorteilhaft schnell variiert werden, wodurch sich ein sich vorteilhaft schnell änderndes Magnetfeld ergibt, das vorteilhaft starke Wirbelströme in den elektrisch leitenden Bauteilen des Gasventils induzieren kann.According to an advantageous embodiment, it is provided that the alternating voltage is generated during the heating period by alternately turning on and off the power source during the heating period, the power source is switched on for a duty after switching on and off after switching off for a switch-off. Thus, an alternating voltage can advantageously be generated at the magnetic coil and, for example, by repeatedly switching on and off the voltage source advantageously good eddy currents for heating the gas valve can be generated. In this case, for example, the voltage applied to the magnetic coil voltage can advantageously be varied rapidly, resulting in an advantageously rapidly changing magnetic field, which can advantageously induce strong eddy currents in the electrically conductive components of the gas valve.
In einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel wird nach dem Einschalten der Spannungsquelle bei einem Erreichen einer maximalen Einschaltdauer und/oder einem Erreichen einer Abschaltstromstärke die Spannungsquelle wieder ausgeschaltet. Dabei ist die Abschaltstromstärke keiner als die Öffnungsstromstärke. So kann auf vorteilhaft einfache Weise einem Öffnen des Gasventils, insbesondere des Kraftstoffinjektors, innerhalb der Heizungsdauer vorgebeugt werden indem die Spannungsquelle nach dem Einschalten rechtzeitig wieder ausgeschaltet wird. Der Zeitpunkt des Ausschaltens der Spannungsquelle nach einem Einschalten kann somit vorteilhaft beispielsweise zeitlich, über die maximale Einschaltdauer, geregelt sein. Der Zeitpunkt des Ausschaltens nach einem Einschalten kann vorteilhaft aber auch über den Strom durch die Magnetspule geregelt sein, indem die Spannungsquelle ausgeschaltet wird, sobald der Strom nach dem Einschalten der Spannungsquelle die Abschaltstromstärke erreicht hat.In an advantageous embodiment, after switching on the voltage source when reaching a maximum duty cycle and / or reaching a Abschaltstromstärke the voltage source is turned off again. The Abschaltstromstärke is none than the opening current. Thus, in an advantageously simple manner opening the gas valve, in particular of the fuel injector, be prevented within the heating period by the power source is switched off in good time after switching. The time of switching off the voltage source after switching on can thus advantageously be regulated, for example, in terms of time, over the maximum switch-on duration. The time of switching off after switching on can advantageously be regulated but also via the current through the magnetic coil by the voltage source is turned off when the current has reached the Abschaltstromstärke after switching on the power source.
Es kann sich weiterhin als Vorteil erweisen, wenn die Einschaltdauer und/oder die Ausschaltdauer und/oder die Heizungsdauer durch Motorparameter bestimmt werden. Motorparameter können beispielsweise Motorgrößen und Umgebungsgrößen wie beispielsweise Motortemperatur, Gastemperatur und Kraftstoffdruck, Motordrehzahl, Motorlast sowie beispielsweise auch Dauer und Lage der regelmäßigen Bestromung zum Öffnen der beispielsweise als Kraftstoffinjektoren ausgebildete Gasventile sein oder einer oder mehrere dieser Werte können in den Motorparameter eingehen. Somit kann das Verfahren vorteilhaft den Betriebsbedingungen und der Steuerung des Motors angepasst werden.It may also prove advantageous if the switch-on duration and / or the switch-off duration and / or the heating duration are determined by motor parameters. Engine parameters may include, for example, engine sizes and environmental variables such as engine temperature, gas temperature and fuel pressure, engine speed, engine load and, for example, duration and location of the regular energization for opening the gas valves configured as fuel injectors, for example, or one or more of these values may be included in the engine parameters. Thus, the method can be advantageously adapted to the operating conditions and the control of the engine.
Vorteilhaft wird die Magnetspule mit einer Spannung, insbesondere von einer Boosterspannung beaufschlagt, die größer ist als eine Batteriespannung, beispielsweise als die Batteriespannung einer Starterbatterie für das Kraftfahrzeug. Durch eine Boosterspannung kann vorteilhaft ein im Vergleich zu einer geringeren Batteriespannung, beispielsweise der Batteriespannung der Starterbatterie für das Kraftfahrzeug, bei Einschalten der Spannungsquelle das Magnetfeld schneller aufgebaut werden sowie in Folge dessen stärkere Wirbelströme und eine höhere Heizwirkung entstehen.Advantageously, the magnet coil is subjected to a voltage, in particular of a booster voltage, which is greater than a battery voltage, for example as the battery voltage of a starter battery for the motor vehicle. By a booster voltage can advantageously be compared to a lower battery voltage, for example, the battery voltage of the starter battery for the motor vehicle, when the power source, the magnetic field is built faster and as a result, stronger eddy currents and a higher heating effect.
Vorteilhaft erfolgt das Ausschalten der Spannungsquelle mittels einer Schnelllöscheinrichtung. Durch eine Schnelllöscheinrichtung, beispielsweise mit einer Zenerdiode, kann eine steile Stromabfallsflanke erzielt werden. Somit kann ein vorteilhaft schneller Magnetfeldabbau sowie in Folge dessen stärkere Wirbelströme und somit eine höhere Heizwirkung erzielt werden.Advantageously, the switching off of the voltage source by means of a quick-release device. By a quick extinguishing device, for example with a Zener diode, a steep current drop edge can be achieved. Thus, an advantageous rapid magnetic field degradation and consequently stronger eddy currents and thus a higher heating effect can be achieved.
In einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist es vorgesehen, dass ein Teil der beim Ausschalten der Spannungsquelle mittels Schnelllöscheinrichtung abgebauten Spulenenergie für die Erzeugung der Spannung, insbesondere zur Erzeugung der Boosterspannung, zurückgewonnen wird.In an advantageous embodiment, it is provided that part of the coil energy dissipated when the voltage source is switched off by means of the quick-release device is recovered for the generation of the voltage, in particular for the generation of the booster voltage.
In einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel wird ein Anlaufen eines Starters um die Heizungsdauer verzögert und das Anlaufen des Starters für einen Motorstart und eine Zumessung von Kraftstoff durch beispielsweise ein als Kraftstoffinjektor ausgebildetes Gasventil beginnt erst nach der Heizungsdauer.In an advantageous embodiment, a start-up of a starter is delayed by the duration of the heating and starting of the starter for engine start and metering of fuel by, for example, a gas valve designed as a fuel injector only begins after the heating time.
Es kann sich als Vorteil erweisen, wenn die Magnetspule während wenigstens einer Öffnungsdauer vor und/oder nach der Heizungsdauer von einem Öffnungsstrom beaufschlagt wird, wobei der Öffnungsstrom größer oder gleich der Öffnungsstromstärke ist, so dass der Kraftstoffinjektor während der Öffnungsdauer geöffnet wird. So kann bei einem Kraftstoffinjektor als Gasventil der Kraftstoffinjektor beispielsweise auch während einer Heizungsdauer zwischen zwei Öffnungsdauern aufgeheizt werden. Durch ein Heizen auch zwischen zwei Öffnungsvorgängen kann kurzzeitigem Abkühlen des Kraftstoffinjektors während des Betriebs vorteilhaft vorgebeugt werden und es kann vorteilhaft ein durchgehender Betrieb des Kraftstoffinjektors ohne Kleben beispielsweise des Elastomers an dem Metall beispielsweise im Bereich der Metall-Elastomerdichtung, beispielsweise auch zwischen zwei Öffnungsdauern, sichergestellt werden.It may prove advantageous if the solenoid is acted upon by an opening current during at least one opening period before and / or after the heating period, wherein the opening current is greater than or equal to the opening current, so that the fuel injector is opened during the opening period. Thus, in the case of a fuel injector as a gas valve, the fuel injector can also be heated, for example, during a heating period between two opening periods. By heating also between two opening operations, short-term cooling of the fuel injector during operation can advantageously be prevented and it can advantageously be a continuous operation of the fuel injector without sticking, for example, the elastomer to the metal, for example in the region of the metal-elastomeric seal, For example, between two opening periods, be ensured.
Weiterhin vorteilhaft ist ein Computerprogramm, das eingerichtet ist, das Verfahren auszuführen.Also advantageous is a computer program that is set up to carry out the method.
Weiterhin vorteilhaft ist eine Vorrichtung zur Erwärmung eines Gasventils, insbesondere eines Kraftstoffinjektors, wobei die Vorrichtung wenigstens ein Steuergerät und wenigstens ein Gasventil umfasst.Also advantageous is a device for heating a gas valve, in particular a fuel injector, wherein the device comprises at least one control device and at least one gas valve.
Weiterhin vorteilhaft ist ein Kraftfahrzeug mit der Vorrichtung.Further advantageous is a motor vehicle with the device.
Figurenlistelist of figures
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
-
1 ein Ausführungsbeispiel eines als Kraftstoffinjektor ausgebildeten Gasventils, -
2 ein beispielhaftes Spannungs-Zeit-Profil und ein beispielhaftes Strom-Zeit-Profil während der Heizungsdauer des erfindungsgemäßen Verfahrens, -
3 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens, -
4 eine schematisches Schaltbild, -
5 ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens.
-
1 an embodiment of a gas injector designed as a gas valve, -
2 an exemplary voltage-time profile and an exemplary current-time profile during the heating period of the method according to the invention, -
3 a flowchart of an embodiment of the method according to the invention, -
4 a schematic circuit diagram, -
5 a flow diagram of the method according to the invention.
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erwärmung eines Gasventils
Der Kraftstoffinjektor
In diesem Ausführungsbeispiel des Kraftstoffinjektors
Bei tiefen Temperaturen kann es vorkommen, dass die Elastomerdichtung
Ein Erwärmen des Kraftstoffinjektors
Durch das in der vorliegenden Anmeldung beschriebene Verfahren werden Wirbelströme in elektrisch leitenden Teilen, insbesondere dem Magnetanker
Dazu wird die Magnetspule
In
Die alternierende Spannung
Um ein Öffnen des Kraftstoffinjektors
Vorteilhaft kann die Heizungsdauer 49,50 beispielsweise kennfeldabhängig gesteuert sein. In das Kennfeld können beispielsweise Motorgrößen und Umgebungsgrößen wie beispielsweise Motortemperatur, Kraftstofftemperatur, Kraftstoffdruck, Motordrehzahl, Motorlast sowie Dauer und Lage der regelmäßigen Bestromung zum Öffnen des Kraftstoffinjektors
In einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens kann auch nach dem Ausschalten
In dem Verfahren können die Einschaltdauer
Vor und/oder nach der Heizungsdauer 49,50 kann die Magnetspule
In
Parallel zu dem Starter in
Weiterhin ist in
In
Wie in
Vorteilhaft kann beispielsweise auch ein Teil der beim Ausschalten
In Schritt
In Schritt
In Schritt
In Schritt
In Schritt
In Schritt
In Schritt
In Schritt
Selbstverständlich sind noch weitere Ausführungsbeispiele und Mischformen der dargestellten Ausführungsbeispiele möglich.Of course, further embodiments and hybrid forms of the illustrated embodiments are possible.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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