EP3227639A1 - Verfahren zur kalibrierung eines regelventils - Google Patents

Verfahren zur kalibrierung eines regelventils

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EP3227639A1
EP3227639A1 EP15794084.2A EP15794084A EP3227639A1 EP 3227639 A1 EP3227639 A1 EP 3227639A1 EP 15794084 A EP15794084 A EP 15794084A EP 3227639 A1 EP3227639 A1 EP 3227639A1
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EP
European Patent Office
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control valve
throughput
measured
voltage
calibrating
Prior art date
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Application number
EP15794084.2A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Osman Sari
Stefan Vitt
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Pierburg GmbH
Original Assignee
Pierburg GmbH
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Publication date
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Ceased legal-status Critical Current

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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D3/00—Indicating or recording apparatus with provision for the special purposes referred to in the subgroups
    • G01D3/02—Indicating or recording apparatus with provision for the special purposes referred to in the subgroups with provision for altering or correcting the law of variation
    • G01D3/022—Indicating or recording apparatus with provision for the special purposes referred to in the subgroups with provision for altering or correcting the law of variation having an ideal characteristic, map or correction data stored in a digital memory
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K37/00—Special means in or on valves or other cut-off apparatus for indicating or recording operation thereof, or for enabling an alarm to be given
    • F16K37/0025—Electrical or magnetic means
    • F16K37/0033—Electrical or magnetic means using a permanent magnet, e.g. in combination with a reed relays
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K37/00—Special means in or on valves or other cut-off apparatus for indicating or recording operation thereof, or for enabling an alarm to be given
    • F16K37/0075—For recording or indicating the functioning of a valve in combination with test equipment
    • F16K37/0083—For recording or indicating the functioning of a valve in combination with test equipment by measuring valve parameters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K37/00—Special means in or on valves or other cut-off apparatus for indicating or recording operation thereof, or for enabling an alarm to be given
    • F16K37/0075—For recording or indicating the functioning of a valve in combination with test equipment
    • F16K37/0091—For recording or indicating the functioning of a valve in combination with test equipment by measuring fluid parameters
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D18/00—Testing or calibrating apparatus or arrangements provided for in groups G01D1/00 - G01D15/00
    • G01D18/002—Automatic recalibration

Definitions

  • the invention relates to a method for calibrating a control valve with a permanent magnet, which is moved with a control body of the control valve, and a fixedly arranged in a housing of the control valve non-contact position sensor in which a voltage is generated, which depends on the magnetic field acting on it of the permanent magnet is.
  • a calibration of control valves with contactless sensors are carried out in order to be able to assign desired parameters of the process to be controlled to the output values of the sensors.
  • the voltage value of the position sensor which is present at this position is usually assigned to the two end positions of the valve during the calibration. These two points are linearly connected to each other, with the resulting line serves as a position / voltage characteristic.
  • each voltage generated at the position sensor by adjusting the control element of the control valve is associated with a flow rate of the control valve, creates a direct relationship between the output value of the sensor and the actual value to be controlled of a control valve. This increases the control accuracy and shortens the necessary control times during operation.
  • different voltages are generated at the position sensor by adjusting the control body of the control valve, the existing at the respective voltages throughput is then measured and the pairs of values thus generated serve as support points for generating a throughput / voltage characteristic by connecting the support points.
  • the distances between the various voltages applied can be arbitrary are chosen small, with decreasing distance, the accuracy increases.
  • the position closing off the channel results in significantly greater throughput changes than in the region of the other end position.
  • On an additional mass flow sensor in the channel of the control valve can be dispensed with, since readjustment is not required.
  • a plurality of throughput / voltage characteristics for different pressure differences are generated for additional improvement of the control.
  • the corresponding characteristic curve for determining the throughput can be selected, whereby the accuracy is further increased.
  • the throughput / voltage characteristic is stored in a control unit of the control valve, so that the characteristic curve does not have to be learned separately from an external control, but the finished calibrated valve can be delivered.
  • the associated throughput for determining the characteristic curve is measured by means of an anemometric air mass meter.
  • air mass sensors With these air mass sensors, throughputs can be measured with a very high accuracy and reproducibility, so that the generated characteristic also has a high accuracy.
  • a sensor can be used for the calibration of a variety of control valves, since it is virtually no wear when used in clean gas.
  • the gas flow for calibration is preferably generated by means of a vacuum pump. This may be, for example, a rotary vane pump or the like. This generates a uniform volume flow, so that again the accuracy of the calibration is improved.
  • a verification of the throughput voltage characteristic is carried out during operation of the control valve by measuring the flow rates occurring during operation by means of a mass flow sensor, which is arranged in the controlled by the control valve channel and its measured flow rate measured with the the measured voltages of the position sensor corresponding throughputs are compared according to the throughput voltage characteristic.
  • This comparison can be used for fault detection or for readjustment, for example in the case of aging magnets.
  • a method for calibrating a control valve that increases the accuracy and control speed of a control valve during operation. It can either be completely dispensed with additional components to check the desired throughput or these components can be used for recalibration to perform over the entire life of a particularly fast control can.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a test bench for calibration.
  • Figure 2 shows a schematic representation of an arrangement of an exhaust gas recirculation valve in an exhaust gas recirculation channel.
  • FIG. 3 shows a characteristic which was determined according to the prior art.
  • FIG. 4 shows measured throughput curves in comparison to the determined characteristic curve according to FIG. 3.
  • FIG. 5 shows a characteristic curve generated by the method according to the invention.
  • FIG. 6 shows measured throughput curves in comparison to the determined characteristic curve according to FIG. 5.
  • the calibration device shown in FIG. 1 consists of a computer 10 to which a calibration device 12 is connected. This is electrically connected to a non-contact magnetoresistive position sensor 14, which is arranged in a known manner in a housing, not shown, of an exhaust gas recirculation valve 16. At the end of a valve rod 18 of the exhaust gas recirculation valve 16, a permanent magnet 20 is fixed, the magnetic field acts on the position sensor 14, in which a voltage is generated by the magnetic field, which is dependent on the relative position of the permanent magnet 20 to the position sensor 14.
  • the exhaust gas recirculation valve 16 is arranged in a channel 22 such that by changing the position of a fixed to the valve rod 18 control body 24, the free available flow area in the channel 22 and with this movement, the voltage generated in the position sensor 14 is changed. This means that for each position of the control body 24, an associated voltage at the position sensor 14 can be measured, which is stored in the computer 10.
  • the calibration device additionally has a vacuum pump 26, which generates a driving pressure gradient for generating a flow in the channel 22.
  • the differential pressure generated by the vacuum pump 26 is measured by means of a pressure sensor 28 arranged upstream of the exhaust gas recirculation valve 16 and a pressure sensor 30 arranged downstream of the exhaust gas recirculation valve 16, the values of which are supplied to the calibration device 12.
  • an air mass sensor 32 is arranged, which after the anemometric Principle works and determined by the conveyed through the channel 22 air mass and also the calibration device 12 is supplied.
  • the vacuum pump 26 is set to a fixed value and changed the position of the control body 24 of the exhaust gas recirculation valve 16 in defined steps, wherein in each position of the control body 24, the voltage generated at the position sensor 14 and measured at the air mass sensor 32 throughput measured and the calibration device 12th get saved.
  • each measured voltage value can be assigned a specific throughput.
  • These support points 50 are connected to each other to generate a throughput / voltage characteristic 40 over the total stroke.
  • the resulting throughput / voltage characteristic 40 is then stored in a control unit 33 of the exhaust gas recirculation valve 16 or in an engine control of an internal combustion engine 34. If appropriate, this measurement can be carried out for several different differential pressures generated by the vacuum pump 26, so that a family of characteristics is generated.
  • FIG. 2 shows an internal combustion engine 34 with exhaust gas recirculation.
  • the exhaust gas recirculation valve 16 disposed in the exhaust gas recirculation passage 36 has been calibrated in accordance with the above. If a certain exhaust gas mass flow to be returned is then requested by an ECU 33 during operation of the internal combustion engine 34, the control body 24 of the exhaust gas recirculation valve 16 is moved by an electromotive actuator 38 in accordance with the characteristic 40 generated by the calibration process until the value of the voltage output by the position sensor 14 requested throughput.
  • a pressure difference across the exhaust gas recirculation valve 16 can be measured, which corresponds to the applied pressure gradient in the exhaust gas recirculation passage 36, so that in each case from the family of characteristics to the corresponding pressure gradient belonging characteristic curve 40 is used for adjustment.
  • a mass flow sensor in the exhaust gas recirculation passage 36 can be omitted in this embodiment.
  • this system it is also possible to equip this system with an additional exhaust gas mass flow sensor 42.
  • the resulting exhaust gas mass flow can then be measured via this, so that a redundant system is produced in which the expected throughput is compared with the measured throughput. If the flow rate measured at the exhaust gas mass flow sensor 42 does not match the exhaust gas flow rate of the characteristic curve 40 determined in accordance with the voltage signal, an error can be inferred at the exhaust gas recirculation valve 16 or at the position sensor 14 or the exhaust gas mass flow sensor 42 if the deviation exceeds a defined threshold value.
  • Permanent magnets 20 are usually subject to aging, by which the magnetic field is weakened. If a deviation between the flow rate measured at the exhaust gas mass flow sensor 42 and the flow rate to be expected on the basis of the voltage value of the sensor 14 is within a defined range, this difference can also be used for recalibrating the position sensor 14 by the Characteristic 40 of the position sensor 14 is shifted according to this deviation. For this purpose, the comparison of the values of the exhaust gas mass flow sensor 42 with the values of the sensor 14 can be carried out either at defined time intervals or continuously.
  • FIG. 3 shows a characteristic 44, as it is known from the previously known State of the art is generated.
  • the two resulting pairs of values are connected to each other linearly.
  • the resulting characteristic curve 44 is stored in the control of the valve 16. It is assumed that the throughput at IV is 0 kg / h and at 4V the maximum throughput exists.
  • FIG. 4 shows the corresponding measured throughput voltage characteristic curve 46.
  • individual valve strokes can be approached via this characteristic 46, which results in the illustrated tolerance-related throughput. Due to the existing indirect connection, deviations of up to 20% result, which is unacceptable especially in the exhaust gas recirculation in gasoline engines.
  • FIG. 5 shows the throughput voltage characteristic curve 40 determined according to the method according to the invention, in which only three interpolation points 50 at IV, 2V and 4V were determined in the present exemplary embodiment.
  • the direct linkage results in tolerance ranges of only about 1% during operation, as shown in FIG.
  • the method according to the invention thus makes it possible to recirculate exhaust gas to the internal combustion engine very quickly and accurately without having to measure the exhaust gas flow directly if corresponding voltage-throughput characteristic curves are stored. It is also possible, during operation, to recalibrate these characteristic curves for faster activation, so that errors due to aging magnets can be ruled out.
  • the calibration is not limited to the calving device described.
  • the method can also be used successfully in other lift valves or flap valves in addition to the EGR valves described.

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Abstract

Es sind Verfahren zur Kalibrierung eines Regelventils (16) mit einem Permanentmagneten (20), der mit einem Regelkörper (24) des Regelventils (16) bewegt wird,und einem fest in einem Gehäuse des Regelventils (16) angeordneten berührungslosen Stellungssensor (14), in dem eine Spannung erzeugt wird, welche vom auf ihn wirkenden Magnetfeld des Permanentmagneten (20) abhängig ist, bekannt. Um einen Gasstrom über das Regelventil mit höherer Genauigkeit und Geschwindigkeit regeln zu können, wird vorgeschlagen, dass bei der Kalibrierung jeder am Stellungssensor (14) durch Verstellung des Regelkörpers (24) des Regelventils (16) erzeugten Spannung ein Durchsatz des Regelventils (16) zugeordnet wird.

Description

B E S C H R E I B U N G
Verfahren zur Kalibrierung eines Regelventils
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kalibrierung eines Regelventils mit einem Permanentmagneten, der mit einem Regelkörper des Regelventils bewegt wird, und einem fest in einem Gehäuse des Regelventils angeordneten berührungslosen Stellungssensor, in dem eine Spannung erzeugt wird, welche vom auf ihn wirkenden Magnetfeld des Permanentmagneten abhängig ist.
Eine Kalibrierung von Regelventilen mit berührungslosen Sensoren werden durchgeführt, um den Ausgabewerten der Sensoren gewünschte Parameter des zu regelnden Prozesses zuordnen zu können.
Bei Regelventilen in Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere bei Hubventilen, wie beispielsweise Abgasrückführventilen wird üblicherweise bei der Kalibrierung den beiden Endpositionen des Ventils jeweils der bei dieser Position vorhandene Spannungswert des Stellungssensors zugeordnet. Diese beiden Punkte werden linear miteinander verbunden, wobei die entstehende Linie als Stellungs-/Spannungs-Kennlinie dient.
Es ist ebenfalls bekannt, eine Spannungs-/Stellungskennlinie zu erzeugen, bei der eine beliebige Anzahl an gemessenen Stützstellen zur Erzeugung dieser Kennlinie dienen.
Im Betrieb ergibt sich jedoch das Problem, dass der Durchsatz nicht vollständig direkt proportional zur Stellung des Ventils wächst. Aus diesem Grund werden häufig zusätzlich im Abgasstrang angeordnete Druckdifferenzsensoren oder Massenstromsensoren verwendet, die den tatsächlichen Durchsatz messen, so dass das Regelventil gegebenenfalls nachgeregelt werden kann.
Daraus folgt, dass entweder die eingestellten Werte ungenau sind oder zumindest einer Verzögerung bei der Einstellung gewünschter Durchsätze unterliegen.
Es stellt sich daher die Aufgabe, ein Verfahren zur Kalibrierung eines Regelventils zur Verfügung zu stellen, mit dem im Betrieb des Regelventils die Genauigkeit der gewünschten Durchsätze auch ohne zusätzliche Massenstromsensoren verbessert werden können, wobei eine möglichst schnelle Regelung erreicht werden soll. Des Weiteren ist es wünschenswert, Fehler bei der Regelung zu vermeiden.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Kalibrierung eines Regelventils mit den Merkmalen des Hauptanspruchs 1 gelöst.
Dadurch, dass jeder am Stellungssensor durch Verstellung des Regelkörpers des Regelventils erzeugten Spannung ein Durchsatz des Regelventils zugeordnet wird, entsteht eine direkte Abhängigkeit zwischen dem Ausgabewert des Sensors und dem tatsächlich zu regelnden Wert eines Regelventils. Dies erhöht die Regelgenauigkeit und verkürzt die notwendigen Regelzeiten im Betrieb.
Vorzugsweise werden verschiedene Spannungen am Stellungssensor durch Verstellung des Regelkörpers des Regelventils erzeugt, der bei den jeweiligen Spannungen vorhandene Durchsatz wird daraufhin gemessen und die so erzeugten Wertepaare dienen als Stützstellen zur Erzeugung einer Durchsatz-/Spannungs-Kennlinie durch Verbinden der Stützstellen. Auf diese Weise kann eine derartige Kennlinie einfach mit einer beliebigen Anzahl an Stützstellen hergestellt werden. Dabei können die Abstände zwischen den verschiedenen angefahrenen Spannungen beliebig klein gewählt werden, wobei mit sich verringerndem Abstand die Genauigkeit steigt. So ergeben sich bei vielen Ventilen gerade im Bereich kurz nach der Öffnung aus der den Kanal verschließenden Position deutlich größere Durchsatzänderungen als im Bereich der anderen Endposition. Auf einen zusätzlichen Massenstromsensor im Kanal des Regelventils kann so verzichtet werden, da ein Nachregeln nicht erforderlich ist.
In einer weiterführenden Ausbildung der Erfindung werden zur zusätzlichen Verbesserung der Regelung mehrere Durchsatz-/Spannungs- Kennlinien für verschiedene Druckdifferenzen erzeugt. Auf diese Weise kann bei Messung der anliegenden im Betrieb jeweils die entsprechende Kennlinie zur Bestimmung des Durchsatzes ausgewählt werden, wodurch die Genauigkeit zusätzlich erhöht wird.
In einer weiterführenden Ausführung wird die Durchsatz-/Spannungs- Kennlinie in einer Steuereinheit des Regelventils hinterlegt, so dass die Kennlinie nicht gesondert von einer außenliegenden Steuerung gelernt werden muss, sondern das fertig kalibrierte Ventil ausgeliefert werden kann.
Vorteilhafterweise wird bei der Kalibrierung zu einer vorhandenen Spannung des Stellungssensors der zugehörige Durchsatz zur Bestimmung der Kennlinie mittels eines anemometrischen Luftmassenmessers gemessen. Mit diesen Luftmassensensoren können Durchsätze mit einer sehr hohen Genauigkeit und Reproduzierbarkeit gemessen werden, so dass auch die erzeugte Kennlinie eine hohe Genauigkeit aufweist. Des Weiteren kann für die Kalibrierung ein solcher Sensor für eine Vielzahl von Regelventilen genutzt werden, da er bei Verwendung in sauberem Gas praktisch keinem Verschleiß unterliegt. Des Weiteren wird vorzugsweise der Gasfluss zur Kalibrierung mittels einer Vakuumpumpe erzeugt. Dies kann beispielsweise eine Drehschieberpumpe oder dergleichen sein. Diese erzeugt einen gleichmäßigen Volumenstrom, so dass erneut die Genauigkeit der Kalibrierung verbessert wird.
In einer weiterführenden vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens wird im Betrieb des Regelventils eine Verifizierung der Durchsatz- Spannungs-Kennlinie durchgeführt, indem die im Betrieb auftretenden Durchsätze mittels eines Massenstromsensors gemessen werden, der in dem vom Regelventil beherrschten Kanal angeordnet ist und dessen gemessene Durchsatzmesswerte mit den zu den gemessenen Spannungen des Stellungssensors korrespondierenden Durchsätzen entsprechend der Durchsatz-Spannungs-Kennlinie verglichen werden. Dieser Vergleich kann zur Fehlerdetektierung oder zur Nachregelung beispielsweise bei alternden Magneten genutzt werden.
In einer hierzu weiterführenden Ausführung wird bei Abweichungen zwischen den mittels des Massenstromsensors gemessenen Durchsätzen und den entsprechend zur gemessenen Spannung am Stellungssensor über die Durchsatz-Spannungs-Kennlinie ermittelten Durchsätzen, die einen festgelegten Schwellenwert übersteigen, auf einen Fehler des Massenstromsensors oder des Stellungssensors geschlossen. Entsprechend können fehlerhafte Bauteile detektiert und rechtzeitig ausgetauscht werden.
Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, bei Abweichungen zwischen den mittels des Massenstromsensors gemessenen Durchsätzen und den entsprechend zur gemessenen Spannung am Stellungssensor über die Durchsatz-Spannungs-Kennlinie ermittelten Durchsätzen, die einen festgelegten Schwellenwert unterschreiten, die Werte des Massenstromsensors zur Nachkalibrierung der Durchsatz-/Spannungs- Kennlinie zu nutzen. So können Abweichungen, die beispielsweise durch Alterung oder Verschleiß entstehen können, ausgeglichen werden, so dass die schnelle und genaue Regelung über eine lange Dauer aufrecht erhalten werden kann.
Es wird somit ein Verfahren zur Kalibrierung eines Regelventils geschaffen, mit dem die Genauigkeit und Regelgeschwindigkeit eines Regelventils im Betrieb erhöht wird. Dabei kann entweder auf zusätzliche Bauteile zur Überprüfung des gewünschten Durchsatzes vollständig verzichtet werden oder diese Bauteile zur Nachkalibrierung genutzt werden, um über die gesamte Lebensdauer eine besonders schnelle Regelung durchführen zu können.
Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wird im Folgenden anhand eines als Abgasrückführventil verwendeten Regelventils eines Verbrennungsmotors beschrieben.
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Prüfstandes zur Kalibrierung.
Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Anordnung eines Abgasrückführventils in einem Abgasrückführkanal.
Figur 3 zeigt eine Kennlinie, die nach dem Stand der Technik ermittelt wurde.
Figur 4 zeigt gemessene Durchsatzkurven im Vergleich zur ermittelten Kennlinie gemäß Figur 3.
Figur 5 zeigt eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugte Kennlinie. Figur 6 zeigt gemessene Durchsatzkurven im Vergleich zur ermittelten Kennlinie gemäß Figur 5.
Die in der Figur 1 dargestellte Kalibriereinrichtung besteht aus einem Computer 10, an den ein Kalibriergerät 12 angeschlossen ist. Dieses ist elektrisch mit einem berührungslosen magnetoresistiven Stellungssensor 14 verbunden, der in bekannter Weise in einem nicht dargestellten Gehäuse eines Abgasrückführventils 16 angeordnet ist. Am Ende einer Ventilstange 18 des Abgasrückführventils 16 ist ein Permanentmagnet 20 befestigt, dessen Magnetfeld auf den Stellungssensor 14 wirkt, in dem durch das Magnetfeld eine Spannung erzeugt wird, die von der relativen Stellung des Permanentmagneten 20 zum Stellungssensor 14 abhängig ist.
Das Abgasrückführventil 16 ist derart in einem Kanal 22 angeordnet, dass durch Änderung der Stellung eines an der Ventilstange 18 befestigten Regelkörpers 24 der freie zu Verfügung stehende Durchströmungsquerschnitt im Kanal 22 und mit dieser Bewegung auch die im Stellungssensor 14 erzeugte Spannung geändert wird. Dies bedeutet, dass zu jeder Stellung des Regelkörpers 24 eine zugehörige Spannung am Stellungssensor 14 messbar ist, die im Computer 10 gespeichert wird.
Die Kalibriereinrichtung weist zusätzlich eine Vakuumpumpe 26 auf, welche ein treibendes Druckgefälle zur Erzeugung einer Strömung im Kanal 22 erzeugt. Der durch die Vakuumpumpe 26 erzeugte Differenzdruck wird mittels eines stromaufwärts des Abgasrückführventils 16 angeordneten Drucksensors 28 und eines stromabwärts des Abgasrückführventils 16 angeordneten Drucksensors 30 gemessen, deren Werte dem Kalibriergerät 12 zugeführt werden. Des Weiteren ist im Kanal 22 ein Luftmassensensor 32 angeordnet, der nach dem anemometrischen Prinzip arbeitet und über den die durch den Kanal 22 geförderte Luftmasse bestimmt und ebenfalls dem Kalibriergerät 12 zugeführt wird.
Zur Kalibrierung wird die Vakuumpumpe 26 auf einen festen Wert eingestellt und die Stellung des Regelkörpers 24 des Abgasrückführventils 16 in definierten Schritten verändert, wobei in jeder Stellung des Regelkörpers 24 die am Stellungssensor 14 erzeugte Spannung sowie der am Luftmassensensor 32 gemessene Durchsatz gemessen und am Kalibriergerät 12 gespeichert werden. Somit kann jedem gemessenen Spannungswert ein bestimmter Durchsatz zugeordnet werden. Diese Stützstellen 50 werden zur Erzeugung einer Durchsatz-/Spannungs- Kennlinie 40 über den Gesamthub miteinander verbunden. Die entstehende Durchsatz-/Spannungs-Kennlinie 40 wird anschließend in einer Steuereinheit 33 des Abgasrückführventils 16 oder in einer Motorsteuerung eines Verbrennungsmotors 34 hinterlegt. Diese Messung kann gegebenenfalls für mehrere verschiedene durch die Vakuumpumpe 26 erzeugte Differenzdrücke durchgeführt werden, so dass eine Kennlinienschar erzeugt wird.
In der Figur 2 ist ein Verbrennungsmotor 34 mit Abgasrückführung dargestellt. Das im Abgasrückführkanal 36 angeordnete Abgasrückführventil 16 wurde entsprechend des Vorbeschriebenen kalibriert. Wird nun im Betrieb des Verbrennungsmotors 34 ein gewisser zurückzuführender Abgasmassenstrom von einer ECU 33 angefordert, wird der Regelkörper 24 des Abgasrückführventils 16 über einen elektromotorischen Aktor 38 entsprechend der durch den Kalibriervorgang erzeugten Kennlinie 40 so lange bewegt bis der vom Stellungssensor 14 ausgegebene Wert der Spannung dem angeforderten Durchsatz entspricht. Gegebenenfalls kann hier auch eine Druckdifferenz über das Abgasrückführventil 16 gemessen werden, die dem im Abgasrückführkanal 36 anliegenden Druckgefälle entspricht, so dass jeweils die aus der Kennlinienschar zum entsprechenden Druckgefälle gehörende Kennlinie 40 zur Einstellung genutzt wird. Auf einen Massenstromsensor im Abgasrückführkanal 36 kann bei dieser Ausführung verzichtet werden.
Zusätzlich ist es jedoch auch möglich, dieses System mit einem zusätzlichen Abgasmassenstromsensor 42 auszurüsten. Über diesen kann dann der entstehende Abgasmassenstrom gemessen werden, so dass ein redundantes System entsteht, bei dem der erwartete Durchsatz mit dem gemessenen Durchsatz verglichen wird. Stimmt der am Abgasmassenstromsensor 42 gemessene Durchsatz in diesem Fall nicht mit dem entsprechend des Spannungssignals ermittelten Abgasdurchsatz der Kennlinie 40 überein, kann auf einen Fehler am Abgasrückführventil 16 beziehungsweise am Stellungssensor 14 oder am Abgasmassenstromsensor 42 geschlossen werden, falls die Abweichung einen definierten Schwellenwert überschreitet.
Zusätzlich ist es möglich, den Stellungssensor 14 nachzukalibrieren. Permanentmagneten 20 unterliegen üblicherweise einer Alterung, durch die das Magnetfeld geschwächt wird. Dies führt zu veränderten erzeugten Spannungen am Stellungssensor 14. Ist eine Abweichung zwischen dem am Abgasmassenstromsensor 42 gemessenen Durchsatz und dem aufgrund des Spannungswertes des Sensors 14 zu erwartenden Durchsatzes innerhalb eines definierten Bereiches, kann diese Differenz auch zur Rekalibrierung des Stellungssensors 14 genutzt werde, indem die Kennlinie 40 des Stellungssensors 14 entsprechend dieser Abweichung verschoben wird. Hierzu kann der Vergleich der Werte des Abgasmassenstromsensors 42 mit den Werten des Sensors 14 entweder in definierten Zeitabständen oder kontinuierlich durchgeführt werden.
In den Figuren 3 bis 6 wird noch einmal verdeutlicht, welche Verbesserung durch diese Art der Kalibrierung erreicht wird. In der Figur 3 ist eine Kennlinie 44 dargestellt, wie sie nach dem bislang bekannten Stand der Technik erzeugt wird. Hierfür werden den Grenzspannungen des Sensors 14, hier IV und 4V die entsprechenden Ventilhübe zugeordnet. Die beiden entstehenden Wertepaare werden linear miteinander verbunden. Die entstehende Kennlinie 44 wird in der Steuerung des Ventils 16 hinterlegt. Dabei wird davon ausgegangen, dass der Durchsatz bei IV 0 kg/h beträgt und bei 4V der Maximaldurchsatz besteht.
In der Figur 4 ist die entsprechende gemessene Durchsatz-Spannungs- Kennlinie 46 dargestellt. Im Betrieb können über diese Kennlinie 46 einzelne Ventilhübe angefahren werden, durch die sich der dargestellte toleranzbehaftete Durchsatz ergibt. Durch die vorhandene indirekte Verknüpfung ergeben sich Abweichungen von bis zu 20%, was insbesondere bei der Abgasrückführung in Ottomotoren nicht akzeptabel ist.
In Figur 5 ist die entsprechend des erfindungsgemäßen Verfahrens ermittelte Durchsatz-Spannungs-kennlinie 40 dargestellt, bei der im vorliegenden Ausführungsbeispiel lediglich drei Stützstellen 50 bei IV, 2V und 4V ermittelt wurden. Durch die direkte Verknüpfung ergeben sich im Betrieb Toleranzbreiten von lediglich etwa 1%, wie in Figur 6 dargestellt ist.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es somit möglich, sehr schnell und genau Abgas zum Verbrennungsmotor zurückzuführen, ohne den Abgasstrom direkt messen zu müssen, wenn entsprechende Spannungs- Durchsatz-Kennlinien hinterlegt werden. Auch ist es möglich, im Betrieb diese Kennlinien zur schnelleren Ansteuerung nachzukalibrieren, so dass Fehler durch alternde Magnete ausgeschlossen werden können.
Es sollte deutlich sein, dass verschiedene Modifikationen des Verfahrens innerhalb des Schutzbereiches des Hauptanspruchs möglich sind. Insbesondere ist die Kalibrierung auch nicht auf die beschriebene Kalbriereinrichtung beschränkt. Auch kann das Verfahren neben den beschriebenen Abgasrückführventilen auch erfolgreich bei anderen Hubventilen oder auch Klappenventilen angewendet werden.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
Verfahren zur Kalibrierung eines Regelventils (16) mit
einem Permanentmagneten (20), der mit einem Regelkörper (24) des Regelventils (16) bewegt wird,
und einem fest in einem Gehäuse des Regelventils (16) angeordneten berührungslosen Stellungssensor (14), in dem eine Spannung erzeugt wird, welche vom auf ihn wirkenden Magnetfeld des Permanentmagneten (20) abhängig ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
jeder am Stellungssensor (14) durch Verstellung des Regelkörpers (24) des Regelventils (16) erzeugten Spannung ein Durchsatz des Regelventils (16) zugeordnet wird.
Verfahren zur Kalibrierung eines Regelventils nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
verschiedene Spannungen am Stellungssensor (14) durch Verstellung des Regelkörpers (24) des Regelventils (16) erzeugt werden, der bei den jeweiligen Spannungen vorhandene Durchsatz gemessen wird, die so erzeugten Wertepaare als Stützstellen (50) zur Erzeugung einer Durchsatz-/Spannungs-Kennlinie (40) dienen.
Verfahren zur Kalibrierung eines Regelventils nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
mehrere Durchsatz-/Spannungs-Kennlinien (40) für verschiedene Druckdifferenzen erzeugt werden. Verfahren zur Kalibrierung eines Regelventils nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Durchsatz-/Spannungs-Kennlinie (40) in einer Steuereinheit (33) des Regelventils (16) hinterlegt wird.
Verfahren zur Kalibrierung eines Regelventils nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
bei der Kalibrierung zu einer vorhandenen Spannung des Stellungssensors (14) der zugehörige Durchsatz zur Bestimmung der Durchsatz-Spannungs-Kennlinie (40) mittels eines anemometrischen Luftmassensensors (32) gemessen wird.
Verfahren zur Kalibrierung eines Regelventils nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Gasfluss zur Kalibrierung mittels einer Vakuumpumpe (26) erzeugt wird.
Verfahren zur Kalibrierung eines Regelventils nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
im Betrieb des Regelventils (16) eine Verifizierung der Durchsatz- Spannungs-Kennlinie (40) durchgeführt wird, indem die im Betrieb auftretenden Durchsätze mittels eines Massenstromsensors (42) gemessen werden, der in dem vom Regelventil (16) beherrschten Kanal (36) angeordnet ist und dessen gemessene Durchsatzmesswerte mit den zu den gemessenen Spannungen des Stellungssensors (14) korrespondierenden Durchsätzen entsprechend der Durchsatz-Spannungs-Kennlinie (40) verglichen werden. Verfahren zur Kalibrierung eines Regelventils nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass
bei Abweichungen zwischen den mittels des Massenstromsensors (42) gemessenen Durchsätzen und den entsprechend zur gemessenen Spannung am Stellungssensor (14) über die Durchsatz- Spannungs-Kennlinie (40) ermittelten Durchsätzen, die einen festgelegten Schwellenwert übersteigen, auf einen Fehler des Massenstromsensors (42) oder des Stellungssensors (14) geschlossen wird.
Verfahren zur Kalibrierung eines Regelventils nach einem der
Ansprüche 7 oder 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
bei Abweichungen zwischen den mittels des Massenstromsensors (42) gemessenen Durchsätzen und den entsprechend zur gemessenen Spannung am Stellungssensor (14) über die Durchsatz- Spannungs-Kennlinie (40) ermittelten Durchsätzen, die einen festgelegten Schwellenwert unterschreiten, die Messwerte des Massenstromsensors (42) zur Nachkalibrierung der Durchsatz- /Spannungs-Kennlinie (40) genutzt werden.
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