EP2947303A1 - Verfahren zur ansteuerung eines elektromagnetischen druckregelventils - Google Patents
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- F02M63/0235—Means for varying pressure in common rails by bleeding fuel pressure
- F02M63/025—Means for varying pressure in common rails by bleeding fuel pressure from the common rail
Definitions
- the invention relates to a method for controlling an electromagnetic pressure control valve for pressure control in a high-pressure accumulator of a fuel injection system of an internal combustion engine.
- the fuel injection system may in particular be a common-rail injection system.
- an electromagnetic pressure control valve for regulating the pressure at a load port of the pressure regulating valve to a control value.
- the pressure regulating valve comprises a magnetic part with a magnetic coil and a movable armature and a valve part with an inlet connection, a consumer connection and a return connection and a first and a second seat valve for opening and closing a hydraulic connection between the inlet connection and the consumer connection or between the inlet connection and the return port.
- a pressure control valve is an oscillatory system having a natural frequency. In the present case, the natural frequency is determined by the dependence of the consumer pressure on the opening stroke on the second seat valve.
- the natural frequency can thus vary in particular depending on the respective installation location or intended use of the pressure regulating valve. If the system oscillates, which are in the range of natural frequency, this is usually accompanied by a disturbing noise. To avoid this is in the DE 10 2006 053 306 A1 proposed the setting of the natural frequency over a fixed throttle point in the pressure control valve. Depending on the specific configuration of the throttle point also different natural frequencies can be adjusted, so that in this way an adjustment of the pressure control valve at installation location and intended use is possible.
- the present invention has the object, as far as possible to prevent disturbing noise by vibrations of the pressure control valve in the range of its natural frequency, taking into account that the natural frequency can vary. Furthermore, the use of a standardized pressure control valve should be possible in order to reduce costs.
- a pulse width modulated signal is used for the control according to the invention, whose frequency is varied depending on at least one operating parameter of the internal combustion engine.
- PWM Pulse Width Modulation
- the natural frequency of the pressure regulating valve resulting from the installation situation and / or the natural frequency of a component connected hydraulically or mechanically to the pressure regulating valve can also be taken into account, so that a frequency of the PWM signal is selected which differs from the respective natural frequency of the PWM signal Pressure control valve and / or connected to the pressure control valve member is.
- the proposed method for controlling a pressure control valve allows the use of a standardized pressure control valve, as constructive changes to the pressure control valve itself are not made. It is varied depending on the particular installation situation, only the driving method by the frequency of the PWM signal is changed. The implementation of the method requires at most a software adaptation and is therefore largely cost-neutral. In addition, a variety of different installation situations can be taken into account via the control method, so that the use of standardized products is possible.
- the engine speed, the engine torque, the injection quantity, the pressure in the high-pressure accumulator and / or the drive current for controlling the pressure regulating valve is / are used as the operating parameter.
- These are typical operating parameters in a fuel injection system, which provide information about the specific installation situation, so that an adaptation can be made to this.
- the frequency of the pulse width modulated signal is varied in accordance with a two-dimensional characteristic or a three-dimensional characteristic field.
- the control or the setting of the frequency of the pulse-width modulated drive signal is therefore preferably made operating point dependent. In this way, the optimum frequency of the pulse-width-modulated signal can be set for each operating point, which takes into account in particular the aforementioned criteria a) -d).
- a control device in which preferably the two-dimensional characteristic curve or the three-dimensional characteristic curve field is stored, is used to control the pressure regulating valve. It may be a control unit which is at least part of the engine control and is connected to the pressure regulating valve via at least one control line. An adaptation of the control device, in particular a modification of the hardware, for carrying out the proposed method is not required. Only a corresponding software is programmed and stored in the control unit.
- a frequency of the pulse width modulated signal is selected at least in certain operating points of the internal combustion engine, which differs from the natural frequency of the pressure control valve and / or the natural frequency of a hydraulically or mechanically connected to the pressure control valve component.
- a disturbing noise generated by vibrations in the natural frequency range should be avoided. This is particularly relevant when the internal combustion engine is in an operating mode in which the engine noise itself is low, so that the noises generated by resonant vibrations are clearly perceptible.
- a frequency of the pulse-width-modulated signal can be selected that is very far away from critical natural frequencies. Since no high pressures in the high-pressure accumulator are applied at this operating point, sufficiently long turn-off times can be achieved even at high frequencies. In contrast, in the high engine speed range, the engine and vehicle noise is so dominant that frequencies can be selected which include higher magnetic forces within a magnetic circuit for actuation allow the pressure control valve, even if this natural frequencies should be taken. It is therefore not necessary that the frequency of the PWM signal must constantly be outside the natural frequency of the pressure regulating valve or a component connected to the pressure regulating valve.
- Tables 1 and 2 relate to preferred embodiments of the method according to the invention. They contain specific operating parameters of the internal combustion engine and associated frequencies of a PWM signal for controlling the pressure regulating valve in a high-pressure accumulator of a fuel injection system of the internal combustion engine.
- the values of Table 1 can be stored as a two-dimensional characteristic and the values of Table 2 as a three-dimensional characteristic field in a control device for controlling the pressure control valve, so that the frequency of the PWM signal for controlling the pressure regulating valve is varied as a function of at least one operating parameter.
Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung eines elektromagnetischen Druckregelventils zur Druckregelung in einem Hochdruckspeicher eines Kraftstoffeinspritzsystems einer Brennkraftmaschine, insbesondere in einem Common-Rail-Einspritzsystem. Erfindungsgemäß wird zur Ansteuerung des elektromagnetischen Druckregelventils ein pulsweitenmoduliertes Signal verwendet, dessen Frequenz in Abhängigkeit von mindestens einem Betriebsparameter der Brennkraftmaschine variiert wird.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung eines elektromagnetischen Druckregelventils zur Druckregelung in einem Hochdruckspeicher eines Kraftstoffeinspritzsystems einer Brennkraftmaschine. Bei dem Kraftstoffeinspritzsystem kann es sich insbesondere um ein Common-Rail-Einspritzsystem handeln.
- Aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2006 053 306 A1 ist ein elektromagnetisches Druckregelventil zum Einregeln des Drucks an einem Verbraucheranschluss des Druckregelventils auf einen Regelwert bekannt. Das Druckregelventil umfasst hierzu ein Magnetteil mit einer Magnetspule und einem beweglichen Anker sowie ein Ventilteil mit einem Zulaufanschluss, einem Verbraucheranschluss und einem Rücklaufanschluss sowie einem ersten und einem zweiten Sitzventil zum Öffnen und Schließen einer hydraulischen Verbindung zwischen dem Zulaufanschluss und dem Verbraucheranschluss bzw. zwischen dem Zulaufanschluss und dem Rücklaufanschluss. Ein solches Druckregelventil stellt ein schwingungsfähiges System dar, das eine Eigenfrequenz besitzt. Die Eigenfrequenz wird vorliegend bestimmt durch die Abhängigkeit des Verbraucherdrucks vom Öffnungshub am zweiten Sitzventil. Die Eigenfrequenz kann somit insbesondere in Abhängigkeit vom jeweiligen Einbauort oder Verwendungszweck des Druckregelventils variieren. Wird das System in Schwingungen versetzt, welche im Bereich der Eigenfrequenz liegen, geht dies in der Regel mit einer störenden Geräuschentwicklung einher. Um dies zu vermeiden wird in derDE 10 2006 053 306 A1 die Einstellung der Eigenfrequenz über eine feste Drosselstelle im Druckregelventil vorgeschlagen. In Abhängigkeit von der konkreten Ausgestaltung der Drosselstelle lassen sich zudem unterschiedliche Eigenfrequenzen einstellen, so dass auf diesem Wege eine Anpassung des Druckregelventils an Einbauort und Verwendungszweck ermöglicht wird. - Die in der
DE 10 2006 053 306 A1 vorgeschlagene Einstellung der Eigenfrequenz über eine feste Drosselstelle setzt die Kenntnis des späteren Einbauortes bzw. des Verwendungszwecks des Druckregelventils voraus, um eine entsprechende Anpassung der Eigenfrequenz vorzunehmen. Dies erschwert eine Herstellung des Druckregelventils als standardisiertes Produkt. Alternativ können für jeden Einbauort bzw. Verwendungszweck standardisierte Druckregelventile mit unterschiedlich ausgestalteten festen Drosselstellen vorgehalten werden, aus denen es dann das passende Druckregelventil auszuwählen gilt. Beides wirkt sich jedoch ungünstig auf die Herstellungskosten aus. Darüber hinaus kann eine einmal vorgenommene Einstellung der Eigenfrequenz über eine feste Drosselstelle im Druckregelventil nicht mehr variiert werden. - Ausgehend von dem vorstehend genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine störende Geräuschentwicklung durch Schwingungen des Druckregelventils im Bereich seiner Eigenfrequenz möglichst zu unterbinden, wobei berücksichtigt werden soll, dass die Eigenfrequenz variieren kann. Ferner soll der Einsatz eines standardisierten Druckregelventils möglich sein, um die Kosten zu senken.
- Zur Lösung der Aufgabe wird das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
- Bei dem vorgeschlagenen Verfahren zur Ansteuerung eines elektromagnetischen Druckregelventils zur Druckregelung in einem Hochdruckspeicher eines Kraftstoffeinspritzsystems einer Brennkraftmaschine, insbesondere in einem Common-Rail-Einspritzsystem, wird erfindungsgemäß ein pulsweitenmoduliertes Signal zur Ansteuerung verwendet, dessen Frequenz in Abhängigkeit von mindestens einem Betriebsparameter der Brennkraftmaschine variiert wird. Das heißt, dass das eingesetzte PWM (Pulsweitenmodulation)-Signal keine konstante Frequenz besitzt. Indem die Frequenz variiert wird, kann über das Ansteuersignal den unterschiedlichen Einbausituationen Rechnung getragen werden. Im Rahmen dessen kann auch die sich regelmäßig aus der Einbausituation ergebende Eigenfrequenz des Druckregelventils und/oder die Eigenfrequenz eines mit dem Druckregelventils hydraulisch oder mechanisch verbundenen Bauteils berücksichtigt werden, so dass eine Frequenz des PWM-Signals gewählt wird, die abweichend von der jeweiligen Eigenfrequenz des Druckregelventils und/oder des mit dem Druckregelventil verbundenen Bauteils ist.
- Das vorgeschlagene Verfahren zur Ansteuerung eines Druckregelventils ermöglicht den Einsatz eines standardisierten Druckregelventils, da konstruktive Veränderungen am Druckregelventil selbst nicht vorzunehmen sind. Es wird in Abhängigkeit von der jeweiligen Einbausituation lediglich das Ansteuerverfahren variiert, indem die Frequenz des PWM-Signals verändert wird. Die Umsetzung des Verfahrens erfordert allenfalls eine Softwareanpassung und ist insofern weitgehend kostenneutral. Zudem kann über das Ansteuerverfahren einer Vielzahl unterschiedlicher Einbausituationen Rechnung getragen werden, so dass der Rückgriff auf standardisierte Produkte möglich ist.
- Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird bzw. werden die Motordrehzahl, das Motordrehmoment, die Einspritzmenge, der Druck im Hochdruckspeicher und/oder der Ansteuerstrom zur Ansteuerung des Druckregelventils als Betriebsparameter verwendet. Hierbei handelt es sich um typische Betriebsparameter in einem Kraftstoffeinspritzsystem, die Aufschluss über die konkrete Einbausituation geben, so dass eine Anpassung hieran vorgenommen werden kann.
- Wird die Ansteuerung des Druckregelventils auf der Grundlage entsprechender Betriebsparameter vorgenommen, können ferner folgende Kriterien berücksichtigt bzw. erfüllt werden:
- a) Vermeidung von Druckschwankungen aufgrund einer zu niedrigen Frequenz,
- b) Ermöglichung einer Fehlerdiagnose durch ausreichend lange Ausschaltzeiten,
- c) Vermeidung statischer Reibung am Aktor aufgrund zu langsamer Bewegungen und
- d) Vermeidung eines Sitzkontakts bei niedrigen Ankerhüben oder großer Ankeramplitude der Ankerschwingung.
- Weiterhin bevorzugt wird die Frequenz des pulsweitenmodulierten Signals nach Maßgabe einer zweidimensionalen Kennlinie oder eines dreidimensionalen Kennlinienfelds variiert. Die Ansteuerung bzw. die Einstellung der Frequenz des pulsweitenmodulierten Ansteuersignals wird demnach bevorzugt betriebspunktabhängig vorgenommen. Auf diese Weise kann für jeden Betriebspunkt die optimale Frequenz des pulsweitenmodulierten Signals eingestellt werden, die insbesondere den zuvor genannten Kriterien a)-d) Rechnung trägt.
- Ferner wird vorgeschlagen, dass ein Steuergerät, in dem vorzugsweise die zweidimensionale Kennlinie oder das dreidimensionale Kennlinienfeld hinterlegt ist, zur Ansteuerung des Druckregelventils verwendet wird. Dabei kann es sich um die ein Steuergerät handeln, das zumindest Teil der Motorsteuerung ist, und über wenigstens eine Steuerleitung mit dem Druckregelventil verbunden ist. Eine Anpassung des Steuergeräts, insbesondere eine Modifikation der Hardware, zur Durchführung des vorgeschlagenen Verfahrens ist nicht erforderlich. Es wird lediglich eine entsprechende Software programmiert und in dem Steuergerät hinterlegt.
- Vorteilhafterweise wird zumindest in bestimmten Betriebspunkten der Brennkraftmaschine eine Frequenz des pulsweitenmodulierten Signals gewählt, die von der Eigenfrequenz des Druckregelventils und/oder der Eigenfrequenz eines mit dem Druckregelventil hydraulisch oder mechanisch verbundenen Bauteils abweicht. Dadurch soll insbesondere eine durch Schwingungen im Eigenfrequenzbereich erzeugte störende Geräuschentwicklung vermieden werden. Dies ist besonders relevant, wenn sich die Brennkraftmaschine in einem Betriebsmodus befindet, in dem die Motorgeräusche selbst gering sind, so dass die durch Resonanzschwingungen erzeugten Geräusche gut wahrnehmbar sind.
- Beispielsweise kann im geräuschsensiblen Leerlauf der Brennkraftmaschine eine Frequenz des pulsweitenmodulierten Signals gewählt werden, die sehr weit entfernt von kritischen Eigenfrequenzen liegt. Da in diesem Betriebspunkt keine hohen Drücke im Hochdruckspeicher appliziert werden, können auch bei hohen Frequenzen ausreichend lange Ausschaltzeiten erreicht werden. Demgegenüber sind im Bereich hoher Motordrehzahlen die Motor- und Fahrzeuggeräusche so dominant, dass Frequenzen gewählt werden können, die höhere Magnetkräfte innerhalb eines Magnetkreises zur Betätigung des Druckregelventils ermöglichen, selbst wenn dabei Eigenfrequenzen getroffen werden sollten. Es ist demnach nicht erforderlich, dass die Frequenz des PWM-Signals ständig außerhalb der Eigenfrequenz des Druckregelventils oder eines mit dem Druckregelventil verbundenen Bauteils liegen muss.
- Die nachfolgenden Tabellen 1 und 2 betreffen bevorzugte Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens. Sie enthalten konkrete Betriebsparameter der Brennkraftmaschine sowie diesen zugeordnete Frequenzen eines PWM-Signals zur Ansteuerung des Druckregelventils in einem Hochdruckspeicher eines Kraftstoffeinspritzsystems der Brennkraftmaschine. Die Werte der Tabelle 1 können als zweidimensionale Kennlinie und die Werte der Tabelle 2 als dreidimensionales Kennlinienfeld in einem Steuergerät zur Ansteuerung de Druckregelventils hinterlegt werden, so dass die Frequenz des PWM-Signals zur Ansteuerung des Druckregelventils in Abhängigkeit von wenigstens einem Betriebsparametern variiert wird.
Tabelle 1 Drehzahl (1/min) 800 1600 2400 3200 PWM-Frequenz (Hz) 1000 950 900 850 Tabelle 2 Drehzahl (1/min) 800 1600 2400 3200 Einspritzmenge (mm3/E) 0 1050 1000 950 900 10 1000 950 900 850 20 975 925 875 825 30 950 900 850 800 40 925 875 825 775
Claims (5)
- Verfahren zur Ansteuerung eines elektromagnetischen Druckregelventils zur Druckregelung in einem Hochdruckspeicher eines Kraftstoffeinspritzsystems einer Brennkraftmaschine, insbesondere in einem Common-Rail-Einspritzsystem,
dadurch gekennzeichnet, dass zur Ansteuerung ein pulsweitenmoduliertes Signal verwendet wird, dessen Frequenz in Abhängigkeit von mindestens einem Betriebsparameter der Brennkraftmaschine variiert wird. - Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die Motordrehzahl, das Motordrehmoment, die Einspritzmenge, der Druck im Hochdruckspeicher und/oder der Ansteuerstrom zur Ansteuerung des Druckregelventils als Betriebsparameter verwendet wird bzw. werden. - Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz des pulsweitenmodulierten Signals nach Maßgabe einer zweidimensionalen Kennlinie oder eines dreidimensionalen Kennlinienfelds variiert wird. - Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass ein Steuergerät, in dem vorzugsweise die zweidimensionale Kennlinie oder das dreidimensionale Kennlinienfeld hinterlegt ist, zur Ansteuerung des Druckregelventils verwendet wird. - Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass zumindest in bestimmten Betriebspunkten der Brennkraftmaschine eine Frequenz des pulsweitenmodulierten Signals gewählt wird, die von der Eigenfrequenz des Druckregelventils und/oder der Eigenfrequenz eines mit dem Druckregelventil hydraulisch oder mechanisch verbundenen Bauteils abweicht.
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- 2015-04-10 EP EP15163229.6A patent/EP2947303A1/de not_active Withdrawn
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