DE19652719A1 - Device for determining the opening and closing times of a valve - Google Patents
Device for determining the opening and closing times of a valveInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung der Öffnungs- und Schließzeitpunkte eines Ventils nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a device for determination the opening and closing times of a valve the preamble of claim 1.
Bei Ventilen, welche durch Abheben eines Schlußgliedes von einem Ventilsitz freigebbar und durch Aufsetzen des Verschlußgliedes schließbar sind, ist in den meisten An wendungsfällen des Ventils die Bestimmung der Öffnungs- und Schließzeitpunkte und damit der Steuerzeiten von gro ßer Bedeutung. Das Ventil kontrolliert dabei den Durch fluß eines Fluids und ist dadurch maßgeblich an der Steuerung von Arbeitsprozessen beteiligt. Äußere Ein flüsse wie zum Beispiel unterschiedliche Bauteiltempera turen oder auch die Dynamik des Ventiltriebes verändern die Steuerzeitpunkte und Steuerzeiten des Ventiles und verursachen eine gegebenenfalls nachteilige Beeinflussung des von dem Ventil kontrollierten Arbeitsprozesses. Übli cherweise wird die Ventileinstellung unter Zugrundelegung von Erfahrungswerten gesteuert, wobei Abweichungen vom eingestellten Sollwert nicht erfaßbar sind und sich be triebsbedingte Einflüsse auf das Ventil uneingeschränkt auf das Ventil spiel beziehungsweise die Steuerzeitpunkte auswirken. Insbesondere bei Ventilen für Brennkraftma schinen beeinflußt das wirkliche Ventil spiel und die dar aus resultierenden Steuerzeitpunkte viele Betriebsparame ter der Brennkraftmaschine wie Leistungsabgabe, Schad stoffemission und Kraftstoffverbrauch. Eine Ventilsteue rung stellt dabei im Betrieb der Brennkraftmaschine das Ventil in jedem Betriebspunkt mit vorbekannten Parametern ein. Diese variable Ventilsteuerung mit verstellbaren Steuerzeiten erfolgt unter Zugrundelegung von Erfahrungs werten, welche vor der Inbetriebnahme der Brennkraftma schine zum Beispiel auf einem Prüfstand ermittelt werden. Die Änderungen der Steuerzeiten und Steuerzeitpunkte des Ventiles, welche mit zunehmender Betriebsdauer der Brenn kraftmaschine vermehrt auftreten und einen schädlichen Einfluß auf die Betriebsparameter der Brennkraftmaschine haben, sind nachträglich schwierig und daher in langen Wartungsintervallen ausgleichbar, da sie wie die exakte Auslegung des Ventiltriebes für den jeweils vorliegenden Anwendungsfall nur aufgrund von Erfahrungswerten durch Steuerung erfolgen kann.In the case of valves which are lifted off by a closing member releasable from a valve seat and by fitting the Closure member are closable in most cases applications of the valve the determination of the opening and closing times and thus the tax times of large of great importance. The valve controls the through flow of a fluid and is therefore essential to the Control of work processes involved. Outer one flows such as different component temperatures structures or change the dynamics of the valve train the timing and timing of the valve and cause an adverse influence of the work process controlled by the valve. Usual The valve setting is based on controlled by experience, with deviations from set setpoint are not detectable and be drive-related influences on the valve without restriction on the valve play or the timing impact. Especially for valves for internal combustion Schinen influences the real valve play and the many operating parameters from the resulting tax times ter of the internal combustion engine such as power output, damage emissions and fuel consumption. A valve control tion represents the operation of the internal combustion engine Valve at every operating point with known parameters a. This variable valve control with adjustable Tax times are based on experience values, which before the commissioning of the internal combustion engine machines can be determined on a test bench, for example. The changes in tax times and tax times of the Valves, which with increasing operating time of the Brenn engine occur more often and a harmful Influence on the operating parameters of the internal combustion engine are difficult afterwards and therefore long Maintenance intervals can be compensated because they are like the exact one Design of the valve train for the present Use case only based on experience Control can take place.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Bestimmung der wirklichen Öffnungs- und Schließzeitpunkte eines Ventils zu schaffen, welche sämtliche Einflüsse auf die Steuerzeiten berücksichtigt.It is therefore an object of the invention to provide a device for Determination of the actual opening and closing times to create a valve that influences all the tax times taken into account.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved with the features of Claim 1 solved.
Das Ventil bildet mit dem Verschlußglied und dem Ventil sitz einen Kontaktschalter in einem elektrischen Strom kreis, welcher beim Schließen des Ventils durch Aufsetzen des Verschlußgliedes auf dem Ventilsitz schließbar ist. Mindestens eine elektrische Größe des Stromkreises ist dabei von einer Auswertungseinheit erfaßbar, welche aus der Änderung der elektrischen Größe den Öffnungs- bzw. The valve forms with the closure member and the valve sit a contact switch in an electric current circle, which when closing the valve by putting on the closure member on the valve seat is closable. There is at least one electrical quantity of the circuit can be determined by an evaluation unit, which of the change in the electrical size the opening or
Schließzeitpunkt des Stromkreises ermittelt. Die Auswer tungseinheit bestimmt aus dem zeitlichen Verlauf der elektrischen Größe mit sprunghaften Änderungen bei einem Öffnungs- oder Schließereignis des elektrischen Strom kreises in direkter Abhängigkeit die Öffnungs- und Schließzeitpunkte des Ventils.Circuit closing time determined. The Auswer unit determined from the temporal course of the electrical size with abrupt changes in one Electric current opening or closing event circle in direct dependence of the opening and Valve closing times.
Von der Auswertungseinheit ist in Abhängigkeit von den elektrischen Größen des Stromkreises eine Regelgröße er zeugbar, welche vorteilhaft einer Reglereinheit zuführbar ist. Durch die Reglereinheit ist die Regelung von sämtli chen Verfahren oder Vorrichtungen möglich, für welche die exakte Kenntnis der wirklichen Öffnungs- und Schließzeit punkte eines Ventils von Bedeutung ist. Von besonderem Vorteil ist dabei, daß das Ventil bzw. die Steuerzeit punkte und Steuerzeiten des Ventils von der Reglereinheit regelbar sind, wodurch unter allen Betriebszuständen eine optimale und variable Einstellung des Ventiles ermöglicht ist.The evaluation unit is dependent on the electrical quantities of the circuit a controlled variable testable, which can advantageously be fed to a controller unit is. The regulation of all is by the controller unit Chen methods or devices possible for which the exact knowledge of the actual opening and closing times points of a valve is important. Of special The advantage here is that the valve or the control time points and timing of the valve from the controller unit are controllable, so that under all operating conditions allows optimal and variable adjustment of the valve is.
Weitere Merkmale im Hinblick auf zweckmäßige Ausgestal tungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung eines vorteil haften Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Es zei gen:Other features with regard to functional design the invention results from the subclaims and from the following description of an advantage stick embodiment with reference to the drawing. It shows gene:
Fig. 1 einen Längsabschnitt eines Einlaßventils im Zylin derkopfeiner Brennkraftmaschine, Fig. 1 is a longitudinal section of an intake valve in Zylin derkopfeiner internal combustion engine,
Fig. 2 im Längsschnitt einen Injektor einer kraftstoff einspritzenden Brennkraftmaschine. Fig. 2 in longitudinal section an injector of a fuel injection internal combustion engine.
Das in Fig. 1 dargestellte Einlaßventil 1 beherrscht ei nen Einlaßkanal 19 im Zylinderkopf 14 einer Brennkraftma schine. Der Einlaßkanal 19 ist freigebbar durch Abheben eines Ventilgliedes 3 von einem Ventilsitz 4 im Endab schnitt des Einlaßkanals 19. Der Ventilsitz 4 ist dabei am Gehäuse des Zylinderkopfes 14 ausgebildet. An dem Ven tilglied 3 ist ein Stößelschaft 11 ausgebildet, welcher einen Tassenstößel 6 trägt. Durch entsprechende Betäti gung des Tassenstößels 6 ist das Ventilglied 3 von dem Ventilsitz 4 abhebbar zur Freigabe des Einlaßkanals 19. Um eine genaue Anlage des Verschlußgliedes 3 am Ventil sitz 4 beim Verschließen des Ventils 1 zu gewährleisten, ist der Stößelschaft 11 in einer Führungshülse 8 längsge führt.The intake valve 1 shown in Fig. 1 dominates ei NEN inlet channel 19 in the cylinder head 14 of a machine Brennkraftma. The inlet channel 19 can be released by lifting a valve member 3 from a valve seat 4 in the end section of the inlet channel 19th The valve seat 4 is formed on the housing of the cylinder head 14 . On the Ven valve member 3 , a tappet shaft 11 is formed, which carries a tappet 6 . By appropriate actuation of the tappet 6 , the valve member 3 can be lifted from the valve seat 4 to release the inlet channel 19th In order to ensure an accurate contact of the closure member 3 on the valve seat 4 when the valve 1 is closed, the tappet shaft 11 is guided in a guide sleeve 8 in a longitudinal direction.
Zur Bestimmung der genauen Öffnungs- und Schließzeit punkte des Ventils 1 bilden das Verschlußglied 3 und der Ventilsitz 4 einen Schalter in einem elektrischen Strom kreis. Dabei wird an das Verschlußglied 3 ein elektri sches Spannungspotential angelegt, während der Ventilsitz 4 über das Gehäuse des Zylinderkopfes 14 einen Massekon takt 13 des Stromkreises bildet. Die elektrische Spannung wird über einen Kontakt 10 an der Führungshülse 8 ange legt, welche aus elektrisch leitfähigem Material besteht. Die Führungshülse 8 umgreift mit einer Führungsfläche 21 den Stößelschaft, womit der Kontakt 10 mit dem Ventil glied 3 elektrisch leitend zusammenwirkt. Die Führungs hülse 8 ist in einer Isolationshülse 9 aus elektrisch nicht leitfähigem Material aufgenommen und dadurch elek trisch isoliert in das Gehäuse des Zylinderkopfes 14 ein gesetzt. Darüber hinaus besteht der Tassenstößel 6 zur Betätigung des Ventilgliedes 3 aus einem elektrisch nicht leitfähigem Material, so daß der einzige Kontakt des Ven tilgliedes 3 zur Masse durch dessen Anlegen an dem Ven tilsitz 4 möglich ist. Der Kontakt 10 und der Massekon takt 13 sind an eine Spannungsquelle angeschlossen, so daß zwischen dem Verschlußglied 3 und dem Ventilsitz 4 eine vorzugsweise geringe elektrische Spannung von weni gen Volt anliegt. Beim Schließen des Ventils 1 durch An legen des Verschlußgliedes 3 tritt ein plötzlicher Span nungsabfall und beim Öffnen des Ventils 1 ein Spannungs sprung auf. Der zeitliche Verlauf der elektrischen Span nung des Stromkreises mit zwei verschiedenen Potentialni veaus und Spannungssprüngen beim Auftreten eines Öff nungs- oder Schließereignisses des Ventils 1 ist durch eine Auswertungseinheit 5 direkt digital auswertbar. Eine fallende Flanke im Spannungsverlauf bezeichnet dabei bin Schließen des Ventils 1 durch Aufsetzen des Verschluß gliedes 3 auf dem Ventilsitz 4 und eine steigende Flanke entsprechend einem Spannungsanstieg eine Öffnen des Ven tils 1 durch Abheben des Verschlußgliedes 3. Aus dem zeitlichen Spannungsverlauf des Stromkreises ist direkt der zeitliche Verlauf einer Hubkurve des Verschlußgliedes 3 ermittelbar, aus der mit Kenntnis der Kinematik des Ventiltriebes zu jedem Zeitpunkt der jeweilige Abstand des Verschlußgliedes 3 zum Ventilsitz 4 exakt ermittelbar ist.To determine the exact opening and closing points of the valve 1 , the closure member 3 and the valve seat 4 form a switch in an electrical circuit. In this case, an electrical voltage potential is applied to the closure member 3 , while the valve seat 4 forms a mass contact 13 of the circuit via the housing of the cylinder head 14 . The electrical voltage is placed via a contact 10 on the guide sleeve 8 , which consists of electrically conductive material. The guide sleeve 8 engages with a guide surface 21, the plunger shaft, with which the contact 10 with the valve member 3 cooperates in an electrically conductive manner. The guide sleeve 8 is received in an insulating sleeve 9 made of electrically non-conductive material and thereby electrically isolated in the housing of the cylinder head 14 a set. In addition, the tappet 6 for actuating the valve member 3 is made of an electrically non-conductive material, so that the only contact of the Ven valve member 3 to the mass by its application to the Ven valve seat 4 is possible. The contact 10 and the Massekon clock 13 are connected to a voltage source, so that between the closure member 3 and the valve seat 4 there is a preferably low electrical voltage of few volts. When the valve 1 is closed by inserting the closure member 3 , a sudden voltage drop occurs and a voltage jump occurs when the valve 1 is opened. The time course of the electrical voltage of the circuit with two different potential levels and voltage jumps when an opening or closing event of the valve 1 occurs can be directly digitally evaluated by an evaluation unit 5 . A falling edge in the voltage curve denotes bin closing of the valve 1 by placing the closure member 3 on the valve seat 4 and a rising edge corresponding to an increase in voltage an opening of the Ven valve 1 by lifting the closure member 3rd The temporal course of a stroke curve of the closure member 3 can be determined directly from the voltage course of the circuit over time, from which, with knowledge of the kinematics of the valve drive, the respective distance of the closure member 3 from the valve seat 4 can be exactly determined at any time.
Die Auswertungseinheit 5 bestimmt durch Auswertung des gemessenen Spannungsverlaufes die exakten Öffnungs- und Schließzeitpunkte sowie die Steuerzeiten des Ventils 1 und erzeugt aus den Auswertungsergebnissen eine korrelie rende Regelgröße 17. Eine Reglereinheit 15, der die Re gelgröße 17 zuführbar ist, regelt die Einstellung des Ventils 1, indem sie einer Ventilsteuerung zur Betätigung des Tassenstößels 6 entsprechend dem Betriebspunkt der Brennkraftmaschine optimiert erzeugbare Ventilparameter 18 zuführt. Die Reglereinheit 15 vergleicht die Regel größe 17 mit Aussage über die wirklichen Steuerzeitpunkte es Ventils 1 mit einer vorgebbaren Leitgröße und erzeugt entsprechend geregelte Ventilparameter 18. Der Regelkreis zur Optimierung der Steuerzeitpunkte des Ventils 1 ist somit geschlossen. Die Regelung durch Erfassung der wirk lichen Steuerzeitpunkte während des Betriebes der Brenn kraftmaschine berücksichtigt sämtliche Einflüsse auf das Ventil spiel wie schwankende Bauteiltemperaturen, Ver schleiß oder Bauteilverformung infolge von Krafteinwir kung und ermöglicht somit einen Betrieb der Brennkraftma schine mit optimalen Betriebsparametern.The evaluation unit 5 determines the exact opening and closing times and the control times of the valve 1 by evaluating the measured voltage curve and generates a correlating control variable 17 from the evaluation results. A controller unit 15 , which can be supplied with the control size 17 , regulates the setting of the valve 1 by supplying valve parameters 18 that can be generated in an optimized manner according to the operating point of the internal combustion engine to a valve control for actuating the tappet 6 . The controller unit 15 compares the control variable 17 with a statement about the actual control times of valve 1 with a predeterminable guide variable and generates correspondingly controlled valve parameters 18 . The control loop for optimizing the timing of the valve 1 is thus closed. The control by recording the actual control times during the operation of the internal combustion engine takes into account all influences on the valve play, such as fluctuating component temperatures, wear or component deformation as a result of the action of force, and thus enables the internal combustion engine to be operated with optimal operating parameters.
In Fig. 2 ist ein Injektor 2 für eine kraftstoffeinsprit zende Brennkraftmaschine gezeigt, in dessen Gehäuse 14 eine Kraftstoffkammer 20 ausgebildet ist. Das Gehäuse 14 ist von einem Verschlußglied 3 durchsetzt, welches mit einem im Endabschnitt der Kraftstoffkammer 20 am Gehäuse ausgebildeten Ventilsitz 4 zusammenwirkt und eine Ein spritzdüse 16 beherrscht. Bei Abheben des Verschlußglie des 3 von dem Ventilsitz 4 öffnet der Injektor 2 durch eine fluidische Verbindung der Kraftstoffkammer 20 und der Einspritzdüse 16 zum Abspritzen von Kraftstoff. Der Betrieb der Brennkraftmaschine mit optimalen Einspritz- und damit Verbrennungsbedingungen erfordert exakte Ein spritzsteuerzeiten und -zeitpunkte. Um den Einfluß der Bauteilverformung auf den Abhebe- und Aufsetzzeitpunkt des Verschlußgliedes 3 auf dem Ventilsitz infolge der Kraftstoffeinspritzung unter hohem Druck auszuschließen, ist eine Regelung der Injektorsteuerzeiten vorgesehen. Eine Reglereinheit 15 erzeugt betriebspunktoptimale In jektorparameter 18 unter Zugrundelegung einer Regelgröße 17 mit Aussage über die wirklichen Steuerzeiten des In jektors 2. Die Regelgröße 17 wird der Reglereinheit 15 von einer Auswertungseinheit 5 zugeführt, welche die wirklichen Öffnungs- und Schließzeitpunkte des Injektors 2 bestimmt. Die Auswertungseinheit 5 erfaßt dabei den zeitlichen Verlauf der Spannung in einem elektrischen Stromkreis, in dem das Zusammenwirken des Verschlußglie des 3 und des Ventilsitzes 4 einen Schalter bilden.In Fig. 2, an injector 2 for a fuel injection internal combustion engine is shown, in the housing 14 a fuel chamber 20 is formed. The housing 14 is penetrated by a closure member 3 , which cooperates with a valve seat 4 formed in the end portion of the fuel chamber 20 on the housing and controls an injection nozzle 16 . When the closure member 3 is lifted off the valve seat 4 , the injector 2 opens by fluidly connecting the fuel chamber 20 and the injection nozzle 16 for spraying fuel. The operation of the internal combustion engine with optimal injection and thus combustion conditions requires exact injection timing and times. In order to rule out the influence of the component deformation on the lifting and fitting point of the closure member 3 on the valve seat due to the fuel injection under high pressure, regulation of the injector timing is provided. A controller unit 15 generates operating point-optimized injector parameters 18 on the basis of a controlled variable 17 with a statement about the actual control times of the injector 2 . The controlled variable 17 is supplied to the controller unit 15 by an evaluation unit 5 , which determines the actual opening and closing times of the injector 2 . The evaluation unit 5 detects the time profile of the voltage in an electrical circuit in which the interaction of the closure member 3 and the valve seat 4 form a switch.
Ein Betätigungselement 10 des Verschlußgliedes 3 und eine Führungshülse 8 zur Lagerung und zur Führung des Ver schlußgliedes 3 in dem Gehäuse 14 des Injektors 2 beste hen aus einem elektrisch nicht leitfähigen Material, zum Beispiel Keramik, so daß das Schließen des Stromkreises nur durch Anlegen des Verschlußgliedes 3 an dem Ventil sitz 4 zum Schließzeitpunkt des Injektors möglich ist. Ein Massekontakt 13 des Stromkreises ist dabei im Gehäuse 14 angeordnet, welcher den Ventilsitz 4 aufweist. Das Spannungspotential am Verschlußglied 3 wird durch Schleifkontakte 12 angelegt, welche an der Führungshülse 8 befestigt sind und an der Oberfläche des Verschlußglie des 3 anliegen.An actuator 10 of the closure member 3 and a guide sleeve 8 for storing and guiding the United closure member 3 in the housing 14 of the injector 2 hen best of an electrically non-conductive material, for example ceramic, so that the closing of the circuit only by applying the closure member 3 on the valve seat 4 at the time the injector closes. A ground contact 13 of the circuit is arranged in the housing 14 , which has the valve seat 4 . The voltage potential at the closure member 3 is applied by sliding contacts 12 , which are attached to the guide sleeve 8 and bear against the surface of the closure member 3 .
Alternativ oder parallel zu den Schleifkontakten 12 ge schaltet ist ein Kontakt 10 im Betätigungselement 7 des Verschlußgliedes 3 angeordnet, wobei durch die Parallel schaltung mehrerer Kontakte die Betriebssicherheit des zu messenden Stromkreises erhöht ist. Während der Einsprit zung, das heißt bei geöffnetem Injektor 2 und vom Ventil sitz 4 abgehobenem Verschlußglied 3 wird eine geringe elektrische Spannung von wenigen Volt, zum Beispiel die Leerlaufspannung einer Spannungsquelle, an das Verschluß glied 3 angelegt. Setzt das Verschlußglied 3 zum Schließ zeitpunkt des Injektors 2 auf dem Ventilsitz 4 auf, so erfolgt durch den Kurzschluß des Stromkreises ein Absin ken der Spannung. Zum Öffnungszeitpunkt beim Abheben des Verschlußgliedes 3 von dem Ventilsitz 4 zum Abspritzen von Kraftstoff wird der Stromkreis wieder unterbrochen und die meßbare Spannung steigt plötzlich auf das höhere Niveau. Aus dem zeitlichen Verlauf der elektrischen Span nung bestimmt die Auswertungseinheit 5 die exakten Auf setz- und Abhebezeitpunkte des Verschlußgliedes 3 von dem Ventilsitz 4 und damit die wirklichen Öffnungs- und Schließzeitpunkte des Injektors 2. Da grundsätzlich nur zwei Spannungsniveaus auftreten, ist der zeitliche Ver lauf der elektrischen Spannung von der Auswertungseinheit 5 direkt digital auswertbar, wobei eine fallende Flanke im zeitlichen Verlauf entsprechend einem Absinken der Spannung das Aufsetzen des Verschlußgliedes 3 auf dem Ventilsitz 4 bezeichnet und eine steigende Flanke das Ab heben des Verschlußgliedes 3 bezeichnet. Mit der Auswer tung des zeitlichen Spannungsverlaufes bestimmt die Aus wertungseinheit 5 die wirklichen Öffnungs- und Schließ zeitpunkte des Injektors und darüber hinaus die Steuer zeiten und die Hubkurve des Verschlußgliedes 3 und er zeugt daraus die von der Reglereinheit 15 benötigte Re gelgröße 17.Alternatively or in parallel with the sliding contacts 12 , a contact 10 is arranged in the actuating element 7 of the closure member 3 , the operational reliability of the circuit to be measured being increased by the parallel connection of a plurality of contacts. During the injection, that is, with the injector 2 open and the valve member 4 lifted off the closure member 3 , a low electrical voltage of a few volts, for example the open circuit voltage of a voltage source, is applied to the closure member 3 . If the closure member 3 at the time of closing the injector 2 on the valve seat 4 , the short circuit of the circuit results in a decrease in the voltage. At the time of opening when the closure member 3 is lifted from the valve seat 4 for spraying fuel, the circuit is interrupted again and the measurable voltage suddenly rises to the higher level. From the time course of the electrical voltage, the evaluation unit 5 determines the exact times when the closure member 3 is set and lifted off from the valve seat 4 and thus the actual opening and closing times of the injector 2 . Since basically only two voltage levels occur, the temporal course of the electrical voltage can be directly digitally evaluated by the evaluation unit 5 , a falling edge in the course of time corresponding to a drop in the voltage denoting the closure member 3 on the valve seat 4 and a rising edge that From lifting the closure member 3 designated. With the Auswer the temporal voltage curve tung determines from valuation unit 5, the actual opening and closing times of the injector and beyond times the control, and the lift curve of the closing member 3, and he witnesses from the required by the controller unit 15 Re gel size 17th
Außer der Regelung der Steuerzeiten und Steuerzeitpunkte eines Ventiles ermöglicht die erfindungsgemäße Vorrich tung die Regelung von Arbeitsprozessen jeglicher Art, welche die exakte Kenntnis der wirklichen Öffnungs- und Schließzeitpunkte der beteiligten Ventile voraussetzt.Except for the regulation of tax times and tax times of a valve enables the Vorrich invention the regulation of work processes of any kind, which the exact knowledge of the real opening and Closing times of the valves involved.
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