DE102022209910A1 - Method for operating a gas injector - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Betreiben eines Gasinjektors zur Bestimmung eines Beginns eines Bremsstroms zur Reduzierung von Schließprellern eines Ankers eines Magnetaktors, umfassend die Schritte: Bestimmen eines Spannungsverlaufs C des Magnetaktors über die Zeit t, Bestimmen eines Loslaufzeitpunkts L des Ankers aus der geöffneten Position des Gasinjektors in Richtung einer Schließposition ausschließlich basierend auf dem Spannungsverlauf C des Magnetaktors, und Festlegen des Beginns des Bremsstroms ausschließlich basierend auf dem Spannungsverlauf C des Magnetaktors.Method for operating a gas injector for determining a start of a braking current to reduce closing bounces of an armature of a magnetic actuator, comprising the steps: determining a voltage curve C of the magnetic actuator over time t, determining a release time L of the armature from the open position of the gas injector in the direction of a Closing position based solely on the voltage curve C of the magnetic actuator, and determining the start of the braking current solely based on the voltage curve C of the magnetic actuator.
Description
Stand der TechnikState of the art
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Gasinjektors einer Brennkraftmaschine zur Vermeidung von Prellern bei einer Schließbewegung eines Ankers eines Magnetaktors.The present invention relates to a method for operating a gas injector of an internal combustion engine in order to avoid bounces during a closing movement of an armature of a magnetic actuator.
Gasinjektoren sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt. Aufgrund des gasförmigen, einzublasenden Mediums, beispielsweise Wasserstoff oder Methan oder dgl., ist für eine Einhaltung von exakten Einblasmengen eine verbesserte Regelung des Öffnungs- und Schließvorgangs des Gasinjektors notwendig. Beim Schließvorgang kommt es aufgrund einer fehlenden hydraulischen Dämpfung im Vergleich mit Injektoren für flüssige Kraftstoffe leicht zu sog. Schließprellern. Bei derartigen Schließprellern öffnet der Gasinjektor wieder, so dass eine zusätzliche Gasmenge eingeblasen wird, welche die definierte Einblasmenge erheblich vergrößert. Auch wird dadurch ein erhöhter Verschleiß am Dichtsitz sowie laute Geräusche, insbesondere bei Auftreten von mehreren Schließprellern in Reihe, erzeugt.Gas injectors are known from the prior art in different designs. Due to the gaseous medium to be injected, for example hydrogen or methane or the like, improved control of the opening and closing process of the gas injector is necessary to maintain exact injection quantities. During the closing process, so-called closing bounces easily occur due to the lack of hydraulic damping compared to injectors for liquid fuels. With such closing bouncers, the gas injector opens again so that an additional amount of gas is injected, which significantly increases the defined injection amount. This also causes increased wear on the sealing seat as well as loud noises, especially when several closing bouncers occur in a row.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines Gasinjektors einer Brennkraftmaschine zur Vermeidung von Schließprellern bei einem Schließvorgang eines Ankers eines Magnetaktors mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat dabei den Vorteil, dass Schließpreller verlässlich vermieden werden können. Dadurch ergeben sich reduzierte Fehlmengen des einzublasenden Gases sowie ein deutlich verbessertes Geräuschverhalten des Gasinjektors. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dabei sehr robust und mit hoher Genauigkeit wiederholbar. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass auf einfache Weise ein Loslaufzeitpunkt des Ankers des Magnetaktors bestimmt werden kann, bei dem der Anker aus einer geöffneten Stellung in Richtung einer Schließstellung bewegt wird. Der Loslaufzeitpunkt des Ankers wird dabei ausschließlich basierend auf Spannungswerten des Magnetaktors bestimmt. Anschließend wird der Beginn des Bremsstroms ebenfalls ausschließlich basierend auf dem Spannungsverlauf des Magnetaktors festgelegt.The method according to the invention for operating a gas injector of an internal combustion engine to avoid closing bounces during a closing process of an armature of a magnetic actuator with the features of
Somit kann eine besonders einfache und trotzdem sehr präzise Bestimmung eines idealen Freigabezeitpunktes für den Bremsstrom des Magnetaktors zum Abbremsen des Ankers während der Schließbewegung erreicht werden. Dies kann insbesondere unter allen möglichen Betriebsbedingungen des Gasinjektors sichergestellt werden.This means that a particularly simple and yet very precise determination of an ideal release time for the braking current of the magnetic actuator for braking the armature during the closing movement can be achieved. This can be ensured in particular under all possible operating conditions of the gas injector.
Der Bremsstrom ist dabei eine zweite kurze Ansteuerung des Gasinjektors während der Schließbewegung des Ankers, um eine Einschlaggeschwindigkeit des Ankers an einem Ankeranschlag zu reduzieren.The braking current is a second short activation of the gas injector during the closing movement of the armature in order to reduce the impact speed of the armature on an armature stop.
Gemäß der Erfindung kann der Zeitpunkt des Loslaufens des Ankers aus der geöffneten Position in Richtung der Schließposition ausschließlich aus dem Spannungsverlauf des Magnetaktors hergeleitet werden. Beim Schließvorgang des Ankers entsteht aufgrund der Bewegung des Ankers eine induzierte Spannung, welche am Spannungssignal eine Steigungsänderung hervorruft. Dies wird zur Bestimmung des Loslaufzeitpunkts und zum Festlegen des Beginns des Bremsstroms des Ankers verwendet.According to the invention, the time at which the armature starts moving from the open position towards the closed position can be derived exclusively from the voltage curve of the magnetic actuator. When the armature closes, an induced voltage is created due to the movement of the armature, which causes a change in the slope of the voltage signal. This is used to determine the release time and to set the start of the armature braking current.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.The subclaims show preferred developments of the invention.
Besonders bevorzugt wird der Loslaufzeitpunkt des Ankers anhand eines lokalen Maximums des Spannungsverlaufs der Spannung bestimmt, nachdem der Strom, z.B. durch ein Steuergerät, auf Null reduziert wurde, um den Schließvorgang des Gasinjektors einzuleiten.Particularly preferably, the release time of the armature is determined based on a local maximum of the voltage curve after the current has been reduced to zero, for example by a control device, in order to initiate the closing process of the gas injector.
Alternativ wird der Loslaufzeitpunkt des Ankers mittels einer Differenz zwischen einem erfassten Spannungsverlauf und einem Spannungsverlauf einer gespeicherten Grundkurve, die bspw. aus Versuchen des Schließvorgangs ohne Ankerbewegung ermittelt wird, bestimmt.Alternatively, the release time of the armature is determined by means of a difference between a recorded voltage curve and a voltage curve of a stored basic curve, which is determined, for example, from attempts at the closing process without armature movement.
Vorzugsweise wird aus Redundanzgründen sowohl die Differenzkurve als auch das lokale Maximum des Spannungsverlaufs erfasst und für den Freigabezeitpunkt des Bremsstroms berücksichtigt.For reasons of redundancy, both the difference curve and the local maximum of the voltage curve are preferably recorded and taken into account for the release time of the braking current.
Besonders bevorzugt wird der Beginn des Bremsstroms anhand eines lokalen Minimums des Spannungsverlaufs bestimmt. Weiter bevorzugt wird eine maximale Bewegungsgeschwindigkeit des Ankers während des Schließvorgangs anhand dieses lokalen Minimums festgesetzt.The start of the braking current is particularly preferably determined based on a local minimum of the voltage curve. More preferably, a maximum movement speed of the armature during the closing process is set based on this local minimum.
Besonders bevorzugt wird der Beginn des Bremsstroms aus einer zeitlichen Differenz zwischen dem lokalen Maximum des Spannungsverlaufs und dem lokalen Minimum des Spannungsverlaufs bestimmt. Diese beiden Messgrößen können einfach und schnell bestimmt werden, wobei auch die zeitliche Differenz zwischen dem lokalen Maximum und dem lokalen Minimum des Spannungsverlaufs einfach bestimmt werden kann. Dadurch ist auch eine schnelle Anpassung des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich.The start of the braking current is particularly preferably determined from a time difference between the local maximum of the voltage curve and the local minimum of the voltage curve. These two measured variables can be determined quickly and easily, and the time difference between the local maximum and the local minimum of the voltage curve can also be easily determined. This also makes it possible to quickly adapt the method according to the invention.
Weiter bevorzugt wird der Beginn des Bremsstroms aus einer Differenz und/oder einem Niveauunterschied der beiden Messgrößen, dem lokalen Maximum des Spannungsverlaufs und dem lokalen Minimum des Spannungsverlaufs, bestimmt. Diese Bestimmung des Beginns des Bremsstroms kann separat erfolgen oder als redundante Bestimmung des Beginns des Bremsstroms verwendet werden.It is further preferred that the braking current begins from a difference and/or a level The difference between the two measured variables, the local maximum of the voltage curve and the local minimum of the voltage curve, is determined. This determination of the start of the braking current can be done separately or can be used as a redundant determination of the start of the braking current.
Um eine besonders kostengünstige Lösung bereitzustellen, wird vorzugsweise der Beginn des Bremsstroms aus einem in einem Steuergerät des Gasinjektors hinterlegten Kennfeld basierend auf dem aus dem Spannungsverlauf bestimmten Loslaufzeitpunkt des Ankers bestimmt.In order to provide a particularly cost-effective solution, the start of the braking current is preferably determined from a map stored in a control unit of the gas injector based on the release time of the armature determined from the voltage curve.
Vorzugsweise wird der Beginn des Brennstroms simultan bei der Bestimmung des Spannungsverlaufs angepasst. Somit kann ggf. eine Korrektur innerhalb eines gleichen Zyklus für jede einzelne Einblasung bestimmt werden.Preferably, the start of the combustion current is adjusted simultaneously when determining the voltage curve. This means that if necessary, a correction can be determined within the same cycle for each individual injection.
Alternativ wird der Beginn des Bremsstroms als gleitender Mittelwert über eine vorbestimmte Anzahl von erfassten Spannungsverläufen angepasst. Somit ist es möglich, dass aus den vorhergehenden Spannungsverläufen der Loslaufzeitpunkt und der Beginn des Bremsstroms festgelegt werden.Alternatively, the start of the braking current is adjusted as a moving average over a predetermined number of recorded voltage curves. It is therefore possible for the starting time and the start of the braking current to be determined from the previous voltage curves.
Die Länge des Bremsstroms wird vorzugsweise aus einem in einem Steuergerät hinterlegten Kennfeld in Abhängigkeit des Loslaufzeitpunkts des Ankers bestimmt.The length of the braking current is preferably determined from a map stored in a control unit depending on the armature's release time.
Besonders bevorzugt wird das Verfahren derart ausgeführt, dass der Spannungsverlauf des Magnetaktors ausschließlich in einem Übergangsbereich zwischen einem nicht ballistischen Bereich, in welchem der Anker in der Öffnungsstellung unbeweglich steht, und einen ballistischen Bereich, in welchem sich der Anker bewegt, bestimmt. Dadurch wird ein Rechenaufwand für das erfindungsgemäße Verfahren weiter reduziert, da insbesondere nicht der gesamte Spannungsverlauf ermittelt werden muss.Particularly preferably, the method is carried out in such a way that the voltage curve of the magnetic actuator is determined exclusively in a transition region between a non-ballistic region in which the armature is immobile in the open position and a ballistic region in which the armature moves. This further reduces the computational effort for the method according to the invention, since in particular the entire voltage curve does not have to be determined.
Weiter bevorzugt wird eine Dauer des Bremsstroms des Magnetaktors in Abhängigkeit einer Rückstellbewegung des Ankers variiert. Dadurch kann eine optimale Dämpfung der Rückstellbewegung des Ankers zur Reduzierung der Rückstellgeschwindigkeit des Ankers erreicht werden und somit Schließpreller sicher vermieden werden.More preferably, a duration of the braking current of the magnetic actuator is varied depending on a return movement of the armature. This allows optimal damping of the restoring movement of the armature to be achieved in order to reduce the restoring speed of the armature and thus closing bounces can be safely avoided.
Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Steuergerät, welches eingerichtet ist, Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen. Besonders bevorzugt führt das Steuergerät einen Regelkreis aus, um eine Einblasgenauigkeit des Gasinjektors durch Optimierung des Schließvorgangs zu verbessern.Furthermore, the present invention relates to a control device which is set up to carry out steps of the method according to the invention. The control device particularly preferably carries out a control loop in order to improve the injection accuracy of the gas injector by optimizing the closing process.
Ferner wird ein Computerprogramm mit einem Programmcode vorgeschlagen, welches Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens ausführt, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer entsprechenden Recheneinheit, beispielsweise auf einem erfindungsgemäßen Steuergerät, abläuft.Furthermore, a computer program with a program code is proposed, which carries out steps of the method according to the invention when the computer program runs on a computer or a corresponding computing unit, for example on a control device according to the invention.
Weiterhin wird ein Computerprogrammprodukt mit einem erfindungsgemäßen Computerprogramm vorgeschlagen, das auf einem maschinenlesbaren Datenträger oder Speichermedium gespeichert ist.Furthermore, a computer program product is proposed with a computer program according to the invention, which is stored on a machine-readable data carrier or storage medium.
Ferner betrifft die Erfindung einen Gasinjektor einer Gasbrennkraftmaschine, welcher eingerichtet ist, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen.The invention further relates to a gas injector of a gas internal combustion engine, which is set up to carry out the method according to the invention.
Kurze Beschreibung der ZeichnungShort description of the drawing
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
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1 eine schematische Darstellung, welche vier Diagramme übereinander zeigt, um das erfindungsgemäße Verfahren gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel zu erläutern, -
2 ein Längsschnitt durch einen Gasinjektor, welcher zur Durchführung der erfindungsgemäßen Verfahren eingerichtet ist.
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1 a schematic representation showing four diagrams one above the other to explain the method according to the invention according to a first exemplary embodiment, -
2 a longitudinal section through a gas injector, which is set up to carry out the method according to the invention.
Bevorzugte Ausführungsformen der ErfindungPreferred embodiments of the invention
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die
Wenn die Magnetspule 3 bestromt wird, bildet sich ein Magnetfeld aus, dessen Magnetkraft den Anker 2 in Richtung des Schließelements 4 bewegt (Pfeil 11). Dabei gelangt ein mit dem Anker 2 verbundener Ankerbolzen 9 zur Anlage mit dem Schließelement 4, sodass das Schließelement 4 entgegen der Federkraft der Ventilfeder 7 am Dichtsitz 5 geöffnet wird. Der Anker 2 wird dabei bis zu einem Hubanschlag 6 für den Anker bewegt, was den vollständigen Öffnungszustand des Gasinjektors darstellt.When the
Zum Schließen des Gasinjektors 1 wird die Bestromung der Magnetspule 3 beendet, sodass das Rückstellelement 8 den Anker 2 wieder in die in
Das obere Diagramm in
In
Das dritte Diagramm von oben zeigt ausgehend vom geöffneten Zustand bei ca. 3 ms der Zeit t einen Hub H des Gasinjektors über der Zeit t.The third diagram from the top shows a stroke H of the gas injector over time t, starting from the open state at approx. 3 ms of time t.
Das unterste Diagramm von
Im Übergangsbereich des Ankers zwischen einem nicht ballistischen Bereich, in welchem sich der Anker nicht bewegt (Öffnungszustand des Ankers) und dem ballistischen Bereich des Ankers, in welchem der Anker sich aus dem Öffnungszustand in den Schließzustand bewegt, sind in den drei oberen Diagrammen für Strom I, Spannung U und Hub H des Gasinjektors drei alternative Kurven eingezeichnet.In the transition area of the armature between a non-ballistic area in which the armature does not move (opening state of the armature) and the ballistic area of the armature in which the armature moves from the open state to the closed state, there are currents in the three upper diagrams I, voltage U and stroke H of the gas injector three alternative curves drawn.
Wie aus dem zweiten Diagramm von oben der Spannung U über der Zeit t ersichtlich ist, kann ein Beginn eines Loslaufzeitpunkts L des Ankers in Schließrichtung ausschließlich basierend auf dem Spannungsverlauf C des Magnetaktors bestimmt werden. Nach dem Zeitpunkt t0, in welchem aufgrund des Öffnungsimpulses eines Steuergeräts ein Befehl zum Schließen des Gasinjektors erfolgt ist, verharrt die Spannung U eine kurze Zeit auf dem Löschspannungsniveau (U << 0V) und steigt dann langsam bis zum Niveau Null an. Dieses Maximum bestimmt den Loslaufzeitpunkt L des Ankers für die Schließbewegung.As can be seen from the second diagram from above of the voltage U over time t, a start of a release time L of the armature in the closing direction can be determined exclusively based on the voltage curve C of the magnetic actuator. After time t0, at which a command to close the gas injector is given due to the opening pulse of a control device, the voltage U remains at the extinguishing voltage level (U << 0V) for a short time and then slowly increases to level zero. This maximum determines the release time L of the anchor for the closing movement.
In dem Spannungsverlauf ist eine Grundkurve G in gestrichelter Weise eingezeichnet, welche den Spannungsverlauf ohne Ankerbewegung verdeutlicht. Die Grundkurve G kann bspw. durch Laborversuche oder dergleichen ermittelt werden.A basic curve G is shown in dashed lines in the voltage curve, which illustrates the voltage curve without armature movement. The basic curve G can be determined, for example, through laboratory tests or the like.
Wie anhand des Spannungsverlaufs C in
Wie weiter aus
Es sei angemerkt, dass die maximale Ankergeschwindigkeit auch durch eine Differenzkurve zwischen der Grundkurve G und dem erfassten Spannungsverlauf C bestimmt werden kann.It should be noted that the maximum anchor speed can also be determined by a difference curve between the basic curve G and the recorded voltage curve C.
Somit kann durch die zweite Messgröße des lokalen Minimums M des Spannungsverlaufs C eine Schließgeschwindigkeit des Gasinjektors bestimmt werden. Mit zunehmender Schließgeschwindigkeit erfolgt der Spannungsabbau dabei schneller. Der Umkehrpunkt des lokalen Minimums M wird damit früher erreicht. Die Ventilgeschwindigkeit kann entweder durch eine zeitliche Messung einer Messgröße Δt oder der Messgröße der Spannung ΔU zu zwei Zeitpunkten ermöglicht werden. Dabei können beide Messgrößen Δt und ΔU mit einem Sollwert, welcher bspw. in einem Steuergerät hinterlegt ist, verglichen werden und bei einer Abweichung kann ein Korrekturwert anhand eines im Steuergerät hinterlegten Korrekturkennfeldes bestimmt werden. Eine Korrektur des Beginns des Bremsstroms kann dabei entweder im gleichen Zyklus, sogenannte simultane Korrektur, bei der für jede einzelne Einblasung ein neuer Korrekturwert bestimmt wird, oder langsam als gleitender Mittelwert, der aus mehreren Messzyklen bestimmt wird, erfolgen.A closing speed of the gas injector can thus be determined using the second measured variable of the local minimum M of the voltage curve C. As the closing speed increases, the tension is reduced more quickly. The turning point of the local minimum M is therefore reached earlier. The valve speed can be made possible either by a temporal measurement of a measured variable Δt or the measured variable of the voltage ΔU at two points in time. Both measured variables Δt and ΔU can be compared with a target value, which is stored in a control unit, for example, and in the event of a deviation, a correction value can be determined based on a correction map stored in the control unit. A correction of the start of the braking current can be done either in the same cycle, so-called simultaneous correction, in which a new correction value is determined for each individual injection, or slowly as a moving average, which is determined from several measuring cycles.
Somit kann die Erfindung insbesondere im Übergangsbereich um den Loslaufzeitpunkt des Ankers relativ genau bei reduziertem Aufwand erfassen.The invention can therefore record relatively precisely with reduced effort, particularly in the transition area around the release time of the armature.
Es sei angemerkt, dass das Verfahren bspw. auch dann möglich ist, wenn der Spannungsverlauf C nur im Bereich um den Loslaufzeitpunkt L herum bestimmt wird. Hierdurch können insbesondere eine Berechnungszeit und auch Kosten aufgrund eines reduzierten Aufwands reduziert werden.It should be noted that the method is also possible, for example, if the voltage curve C is only determined in the area around the starting time L. In this way, in particular, calculation time and also costs can be reduced due to reduced effort.
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