DE102022204769A1 - Verfahren zur Ansteuerung eines elektromagnetisch ansteuerbaren Brennstoffventils, Steuergerät, Computerprogramm und Computerprogrammprodukt - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung eines elektromagnetisch ansteuerbaren Brennstoffventils zum Eindosieren eines vorzugsweise gasförmigen Brennstoffs, bei dem zum Öffnen des Brennstoffventils eine auf einen Magnetanker einwirkende Magnetspule bestromt wird und zum Offenhalten des Brennstoffventils während einer Haltephase ein Haltestrom appliziert wird. Erfindungsgemäß wird während der Haltephase die Induktivität überwacht und anhand einer Änderung der Induktivität wird ein vorzeitiges Schließen des Brennstoffventils detektiert.Die Erfindung betrifft ferner ein Steuergerät, ein Computerprogramm sowie ein Computerprogrammprodukt zur Ausführung von Schritten des Verfahrens.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung eines elektromagnetisch ansteuerbaren Brennstoffventils. Ein solches Brennstoffventil wird auch Dosierventil oder Einspritzventil genannt. Bei dem Brennstoff kann es sich insbesondere um einen gasförmigen Brennstoff, beispielsweise Wasserstoff oder Erdgas, handeln, der zum Betreiben einer Brennkraftmaschine oder eines Brennstoffzellensystems benötigt wird.
- Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Steuergerät, ein Computerprogramm sowie ein Computerprogrammprodukt zur Ausführung des Verfahrens.
- Stand der Technik
- Aus dem Stand der Technik sind eine Vielzahl von Dosier- bzw. Einspritzventilen bekannt, die elektromagnetisch ansteuerbar sind und eine Magnetspule zur Einwirkung auf einen hubbeweglichen Magnetanker aufweisen, der mit einem Ventilglied koppelbar ist oder selbst das Ventilglied ausbildet. Ein Verfahren zum Ansteuern eines Magnetventils ist beispielsweise aus
DE 10 2021 204 097 A1 bekannt. Die Ventile sind in der Regel als stromlos geschlossene Ventile ausgeführt, so dass zum Öffnen die Magnetspule bestromt werden muss. Im geöffneten Zustand wird der Magnetanker mit Hilfe eines sogenannten Haltestroms an einem Hubanschlag gehalten. Das Haltestromniveau wird dabei möglichst klein gewählt, um die Temperatur der Magnetspule auch bei ungünstigen Betriebsrandbedingungen unterhalb einer kritischen Spulentemperatur von etwa 200 °C zu halten. Ist das Haltestromniveau jedoch zu klein gewählt und/oder aufgrund erhöhter Kontaktkräfte, kann sich der Magnetanker vom Hubanschlag lösen, so dass das Ventil vorzeitig schließt. Dies hat Mengenabweichungen in der Einspritz- bzw. Einblasmenge zur Folge, was es zu verhindern gilt. - Die Erfindung ist daher mit der Aufgabe befasst, die die Zumessgenauigkeit eines elektromagnetische ansteuerbaren Brennstoffventils zu erhöhen.
- Zur Lösung der Aufgabe wird das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Darüber hinaus werden ein Steuergerät, ein Computerprogramm sowie ein Computerprogrammprodukt angegeben.
- Offenbarung der Erfindung
- Vorgeschlagen wird ein Verfahren zur Ansteuerung eines elektromagnetisch ansteuerbaren Brennstoffventils zum Eindosieren eines vorzugsweise gasförmigen Brennstoffs. Bei dem Verfahren wird zum Öffnen des Brennstoffventils eine auf einen Magnetanker einwirkende Magnetspule bestromt und zum Offenhalten des Brennstoffventils wird während einer Haltephase ein Haltestrom appliziert. Erfindungsgemäß wird während der Haltephase die Induktivität überwacht und anhand einer Änderung der Induktivität wird ein vorzeitiges Schließen des Brennstoffventils detektiert.
- Idealerweise liegt der Magentanker während der Haltephase an einem Hubanschlag an. Schließt jedoch das Brennstoffventil vorzeitig, bewegt sich der Magnetanker vom Hubanschlag weg, was zur Folge hat, dass sich der Arbeitsluftspalt zwischen dem Magnetanker und einem Polkörper des Magnetkreises vergrößert. Da mit größer werdendem Arbeitsluftspalt die Induktivität abnimmt, kann anhand dessen ein vorzeitiges Schließen des Brennstoffventils detektiert werden. Wird ein vorzeitiges Schließen erkannt, können Gegenmaßnahmen ergriffen werden, um die Zumessgenauigkeit des Brennstoffventils zu steigern.
- Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird während der Haltephase eine 2-Punkte-Stromregelung angewandt und zur Detektion einer Änderung der Induktivität wird eine Regelfrequenzanalyse durchgeführt. Bei der 2-Punkte-Stromreglung wird die Bestromung der Magnetspule zwischen einem Haltestrom „high“ und einem Haltestrom „low“ getaktet. Wird der Magnetanker während der Haltephase mittels des Haltestroms am Hubanschlag gehalten, was den Idealfall darstellt, bleibt die Regelfrequenz im Wesentlichen konstant. Geringfügige Änderungen, die aufgrund einer Erwärmung der Magnetspule während der Haltephase auftreten, sind vernachlässigbar. Löst sich der Magnetanker vom Hubanschlag während der Haltephase, nimmt die Regelfrequenz stark ab, so dass der Zeitpunkt des Loslaufens des Magnetankers genau bestimmt werden kann.
- In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass mit Hilfe der Induktivität die Position des Magnetankers bestimmt wird. Auf diese Weise kann nicht nur das Loslaufen des Magnetankers, sondern zugleich seine genaue Position bestimmt werden.
- Ferner wird vorgeschlagen, dass bei Detektion eines vorzeitigen Schließens des Brennstoffventils das Stromniveau während der Haltephase zumindest temporär erhöht wird. Durch Erhöhen des Haltestroms kann der Magnetanker am Hubanschlag gehalten werden, so dass es nicht zu einem vorzeitigen Schließen des Brennstoffventils kommt. Da mit Erhöhen des Haltestroms auch die Temperaturbelastung der Magnetspule steigt, wird vorzugsweise der Haltestrom lediglich temporär erhöht.
- Beispielsweise kann der Haltestrom erst zum Ende einer Haltephase hin erhöht werden, vorzugsweise kurz vor dem Loslaufen des Magnetankers, so dass der Magnetanker am Hubanschlag gehalten wird. Der Zeitpunkt des Loslaufens kann zuvor mit Hilfe des vorgeschlagenen Verfahrens ermittelt werden. Die Temperaturbelastung der Magnetspule kann auf diese Weise so gering wie möglich gehalten werden.
- Der Haltestrom kann darüber hinaus über mehrere Öffnungszyklen des Brennstoffventils hinweg temporär erhöht werden. Das heißt, dass nach dieser temporären Erhöhung das Stromniveau wieder gesenkt wird, um zu prüfen, ob die zum vorzeitigen Schließen führende Fehlfunktion weiterhin vorliegt. Denn denkbar ist eine Fehlfunktion, die nur für kurze Zeit auftritt, beispielsweise aufgrund von Partikeln in der Ankerführung, die dort nicht dauerhaft verbleiben. Kommt es nicht mehr zu einem vorzeitigen Schließen des Brennstoffventils, kann der Haltestrom wieder auf den anfänglichen Sollwert reduziert werden.
- Alternativ oder ergänzend wird vorgeschlagen, dass das Stromniveau während der Haltephase schrittweise erhöht wird. Vorteilhaft sind dabei insbesondere Schritte von 0,5 A. Durch schrittweises Erhöhen des Haltestroms kann die Temperaturbelastung der Magnetspule ebenfalls reduziert werden. Bevorzugt wird der Haltestrom solange schrittweise erhöht, bis kein vorzeitiges Ventilschließen mehr beobachtet wird.
- Darüber hinaus wird ein Steuergerät zur Ansteuerung eines elektromagnetisch ansteuerbaren Brennstoffventils vorgeschlagen, wobei das Steuergerät dazu eingerichtet ist, Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen. Insbesondere kann mit Hilfe des Steuergeräts eine Frequenzanalyse der Stromregelung während einer Haltephase durchgeführt werden. Wird eine Änderung der Regelfrequenz erkannt, die auf ein vorzeitiges Schließen des Brennstoffventils schließen lässt, kann mit Hilfe des Steuergeräts der Haltestrom zumindest temporär erhöht werden. Mit Hilfe des Steuergeräts kann zudem anhand der Induktivität die Ankerposition bestimmt werden.
- Ferner wird ein Computerprogramm mit einem Programmcode beansprucht, der Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens ausführt, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer entsprechenden Recheneinheit, beispielsweise auf einem Steuergerät, abläuft. Hierbei kann es sich insbesondere um ein Steuergerät zur Ansteuerung eines Brennstoffventils handeln.
- Des Weiteren wird ein Computerprogrammprodukt mit einem erfindungsgemäßen Computerprogramm vorgeschlagen, das auf einem maschinenlesbaren Datenträger oder Speichermedium gespeichert ist.
- Die Erfindung und ihre Vorteile werden nachfolgend anhand der beigefügten Figur näher beschrieben. Diese zeigt jeweils in Form eines Diagramms a) die Regelfrequenz, b) den Leitungsdruck und c) die Stromhöhe über die Zeit t.
- Ausführliche Beschreibung der Figur
- Bei einem elektromagnetisch ansteuerbaren Brennstoffventil, das als stromlos geschlossenes Ventil ausgeführt ist, wird zum Öffnen ein Magnetaktor bzw. eine Magnetspule bestromt. Bei bestromter Magnetspule wird ein Magnetfeld aufgebaut, dessen Magnetkraft auf einen Magnetanker einwirkt, so dass dieser eine Hubbewegung in Richtung eines Hubanschlags ausführt, die zum Öffnen des Brennstoffventils führt.
- Die Bestromung der Magnetspule kann dabei mehrere Phasen umfassen, insbesondere eine Boostphase, eine Anzugsphase und eine Haltephase. In der Boostphase wird kurzeitig ein sehr hoher Strom angelegt, um die anfänglich hohe Öffnungskraft bereitzustellen. In der Anzugsphase wird die Stromhöhe noch auf einem vergleichsweise hohen Niveau gehalten, um das vollständige Öffnen des Brennstoffventils zu bewirken, so dass der Magnetanker den Hubanschlag erreicht. In der abschließenden Haltephase wird das Stromniveau gesenkt, da das Halten des Magnetankers am Hubanschlag eine geringere Kraft erfordert als das Öffnen.
- Derartige mehrphasige Bestromungsprofile sind in dem Diagramm c) dargestellt. Gezeigt werden beispielhaft drei verschiedene Bestromungsprofile, die sich insbesondere in Bezug auf das Stromniveau in der Haltephase unterscheiden. In der Haltephase erfolgt die Bestromung jeweils getaktet zwischen einem Haltestrom „high“ und einem Haltestrom „low“, sogenannte 2-Punkte-Stromregelung. Verharrt der Magnetanker über die gesamte Haltephase am Hubanschlag bleibt die Regelfrequenz im Wesentlichen konstant. Löst sich jedoch der Magnetanker vom Hubanschlag, so dass es zu einem vorzeitigen Schließen des Brennstoffventils kommt, nimmt die Regelfrequenz ab. Dies ist besonders deutlich an den zugehörigen Regelfrequenzverläufen zu erkennen, die dem Diagramm a) zu entnehmen sind. Dies ist darauf zurückzuführen, dass mit Loslaufen des Magnetankers der Arbeitsluftspalt größer wird und die Induktivität abnimmt.
- Um ein vorzeitiges Schließen zu vermeiden, kann das Stromniveau während der Haltephase ausreichend hoch gewählt werden. Denn wie das Diagramm a) ebenfalls deutlich zeigt, setzt, je höher das Stromniveau ist, der Zeitpunkt des Loslaufens des Magnetankers später ein. Mit der Stromhöhe steigt jedoch zugleich die Temperaturbelastung der Magnetspule. Daher ist es vorteilhaft, wenn das Stromniveau während der Haltephase möglichst gering ist. Um ein vorzeitiges Schließen des Brennstoffventils zu verhindern, kann mit Hilfe des vorgeschlagenen Verfahrens die Position des Magnetankers während der Haltephase überwacht werden, so dass Maßnahmen dagegen ergriffen werden können. Insbesondere kann das Stromniveau erhöht werden, vorzugsweise in mehreren Schritten, so dass die Temperaturbelastung der Magnetspule entsprechend langsam steigt. Alternativ kann das Stromniveau lediglich temporär, beispielsweise erst zum Zeitpunkt des Loslaufens des Magnetankers bzw. kurz davor erhöht werden. Der Zeitpunkt des Loslaufens kann zuvor mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens ermittelt werden.
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102021204097 A1 [0003]
Claims (9)
- Verfahren zur Ansteuerung eines elektromagnetisch ansteuerbaren Brennstoffventils zum Eindosieren eines vorzugsweise gasförmigen Brennstoffs, bei dem zum Öffnen des Brennstoffventils eine auf einen Magnetanker einwirkende Magnetspule bestromt wird und zum Offenhalten des Brennstoffventils während einer Haltephase ein Haltestrom appliziert wird dadurch gekennzeichnet, dass während der Haltephase die Induktivität überwacht wird und anhand einer Änderung der Induktivität ein vorzeitiges Schließen des Brennstoffventils detektiert wird.
- Verfahren nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass während der Haltephase eine 2-Punkte-Stromregelung angewandt wird und zur Detektion einer Änderung der Induktivität eine Regelfrequenzanalyse durchgeführt wird. - Verfahren nach
Anspruch 1 oder2 , dadurch gekennzeichnet, dass mit Hilfe der Induktivität die Position des Magnetankers bestimmt wird. - Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Detektion eines vorzeitigen Schließens des Brennstoffventils das Stromniveau während der Haltephase zumindest temporär erhöht wird.
- Verfahren nach
Anspruch 4 , dadurch gekennzeichnet, dass das Stromniveau während der Haltephase schrittweise erhöht wird. - Verfahren nach
Anspruch 5 , dadurch gekennzeichnet, dass das Stromniveau in Schritten von 0,5 A erhöht wird. - Steuergerät zur Ansteuerung eines elektromagnetisch ansteuerbaren Brennstoffventils, wobei das Steuergerät dazu eingerichtet ist, Schritte eines Verfahrens nach einem der
Ansprüche 1 bis6 auszuführen. - Computerprogramm mit einem Programmcode, der Schritte eines Verfahrens nach einem der
Ansprüche 1 bis6 ausführt, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer entsprechenden Recheneinheit, insbesondere auf einem Steuergerät, abläuft. - Computerprogrammprodukt mit einem Computerprogramm nach
Anspruch 8 , das auf einem maschinenlesbaren Datenträger oder Speichermedium gespeichert ist.
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2022
- 2022-05-16 DE DE102022204769.9A patent/DE102022204769A1/de active Pending
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