KR20230018334A - Method for controlling an electromagnetically controllable gas valve, control device, computer program and computer program product - Google Patents

Method for controlling an electromagnetically controllable gas valve, control device, computer program and computer program product Download PDF

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마르코 바이어
외츠귀르 튀르커
토마스 간
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Abstract

The present invention relates to a method for controlling an electromagnetically controllable gas valve (1). According to the present invention, an electric current is applied to a magnetic coil (3) applied to an amateur (2) for opening a gas valve (1). Applying the electric current of the magnetic coil (3) is finished to close the gas valve (1). So, the amateur (2) or a valve member (4) which is connected to or can be connected to the amateur (2) returns to a sealing sheet (5) by a spring force. According to the present invention, a current control frequency of two-point current control is determined during a drawing step while the gas valve (1) is opened. Also, the current control frequency of the gas valve (1) is compared to at least one reference curve stored in a control device as a property of the control frequency of the gas valve (1) at a defined operation point of the gas valve (1). When a change in the control frequency, and the maximum stroke of the amateur (2) become known, the current position of the amateur (2) is determined. Also, the present invention relates to a control device for executing the method, a computer program, and a computer program product. The purpose of the present invention is to improve measurement accuracy of the gas valve throughout an overall use history.

Description

전자기적으로 제어 가능한 가스 밸브의 제어 방법, 제어 장치, 컴퓨터 프로그램 및 컴퓨터 프로그램 제품{METHOD FOR CONTROLLING AN ELECTROMAGNETICALLY CONTROLLABLE GAS VALVE, CONTROL DEVICE, COMPUTER PROGRAM AND COMPUTER PROGRAM PRODUCT}Control method of electromagnetically controllable gas valve, control device, computer program and computer program product

본 발명은 청구항 제 1 항의 전제부에 따른 전자기적으로 제어 가능한 가스 밸브의 제어 방법에 관한 것이다. 이러한 가스 밸브는 가스 계량 밸브 또는 가스 인젝터라고도 한다. 가스는 특히 내연 기관 또는 연료 전지 시스템을 작동하는데 필요한 기체 연료, 예를 들어 수소일 수 있다.The present invention relates to a method for controlling an electromagnetically controllable gas valve according to the preamble of claim 1 . These gas valves are also called gas metering valves or gas injectors. The gas may in particular be a gaseous fuel, for example hydrogen, required to operate an internal combustion engine or fuel cell system.

또한, 본 발명은 상기 방법을 수행하기 위한 제어 장치, 컴퓨터 프로그램 및 컴퓨터 프로그램 제품에 관한 것이다.The invention also relates to a control device, a computer program and a computer program product for performing the method.

기체 연료의 계량을 위한 가스 밸브들은 선행 기술로부터 잘 알려져 있다. 가스 밸브들은 종종 전자기적으로 제어된다. 이 경우, 가스 밸브를 개폐하기 위해 밸브 부재에 결합될 수 있거나 밸브 부재 자체를 형성하는 왕복 가동 아마추어에 작용하는 자기 코일이 제공된다.Gas valves for metering gaseous fuels are well known from the prior art. Gas valves are often controlled electromagnetically. In this case, a magnetic coil acting on a reciprocating armature forming the valve member itself or coupled to the valve member for opening and closing the gas valve is provided.

기체 연료를 계량할 때 높은 측정 정확도가 중요하다. 가스 밸브의 개폐 거동에 대한 정확한 지식은 개폐 거동이 시간이 지남에 따라 변할 수 있기 때문에 특히 가스 밸브의 전체 사용 수명 동안 유용하다.High measurement accuracy is important when metering gaseous fuels. Accurate knowledge of the opening and closing behavior of a gas valve is particularly useful during the entire service life of the gas valve because the opening and closing behavior may change over time.

가스 밸브가 전자기적으로 제어되는 경우 자기 코일이 통전되면 자기장이 형성되며, 이 자기장의 자력은, 동시에 밸브 부재를 형성하거나 밸브 부재와 결합되거나 또는 결합될 수 있는 가동 아마추어에 작용한다. 아마추어가 스트로크 제한 스톱에 도달하면 가스 밸브가 완전히 개방된다. 스트로크 스톱에 도달하면 아마추어의 속도가 갑자기 변하기 때문에, 이 이벤트는 유도의 급격한 변화에서 읽을 수 있다. 따라서 전자기적으로 제어 가능한 가스 밸브의 개방 시간을 결정하는데 인덕턴스의 변화를 사용하는 것은 선행 기술에서 이미 제안되었다. 개방 동안, 특히 끌어당김(attraction) 단계 동안 2 포인트 전류 제어의 제어 주파수는 인덕턴스의 변화를 나타내는 지표로서 사용될 수 있다. 그러나 이 방법은 가스 밸브의 개방 거동에 대한 정보를 제공하지 않는다.When the gas valve is electromagnetically controlled, a magnetic field is formed when the magnetic coil is energized, and the magnetic force of this magnetic field acts on a movable armature that simultaneously forms a valve member or is coupled with or can be coupled with the valve member. When the armature reaches the stroke limit stop, the gas valve opens fully. This event can be read in Judo's sudden change, as the speed of the amateur changes abruptly when the stroke stop is reached. It has therefore been proposed in the prior art to use a change in inductance to determine the opening time of an electromagnetically controllable gas valve. The control frequency of the two-point current control during opening, especially during the attraction phase, can be used as an indicator of the change in inductance. However, this method does not provide information on the opening behavior of the gas valve.

본 발명의 과제는 전자기적으로 제어 가능한 가스 밸브의 개방 거동을 앎으로써 상기 가스 밸브의 측정 정확도를 전체 사용 수명에 걸쳐 높이는 것이다.The object of the present invention is to increase the measurement accuracy of an electromagnetically controllable gas valve over its entire service life by knowing its opening behavior.

상기 과제를 해결하기 위해, 청구항 제 1 항의 특징들을 갖는 방법이 제안된다. 본 발명의 바람직한 개선예들은 종속 청구항들에 나타난다. 또한 제어 장치, 컴퓨터 프로그램 및 컴퓨터 프로그램 제품이 제공된다.To solve the above problem, a method having the features of claim 1 is proposed. Advantageous refinements of the invention appear in the dependent claims. Also provided are control devices, computer programs and computer program products.

전자기적으로 제어 가능한 가스 밸브를 제어하기 위한 제안된 방법에서, 가스 밸브를 개방하기 위해 아마추어에 작용하는 자기 코일이 통전되고 가스 밸브를 폐쇄하기 위해 자기 코일의 통전이 종료되어 아마추어 또는 아마추어에 결합되거나 결합될 수 있는 밸브 부재가 스프링력에 의해 밀봉 시트로 복귀된다. 본 발명에 따르면, 가스 밸브의 개방 동안, 바람직하게는 끌어당김 단계 동안, 2 포인트 전류 제어의 현재 제어 주파수가 결정되고, 가스 밸브의 정의된 작동점에서 가스 밸브의 제어 주파수의 특징인, 제어 장치에 저장된 적어도 하나의 기준 곡선과 비교된다. 제어 주파수의 변화를 알고 아마추어의 최대 스트로크를 알면 아마추어의 현재 위치가 결정된다.In the proposed method for controlling an electromagnetically controllable gas valve, the magnetic coil acting on the armature is energized to open the gas valve, and the energization of the magnetic coil is terminated to close the gas valve, coupled to the armature or armature, or The engageable valve member is returned to the sealing seat by a spring force. According to the invention, the control device, during the opening of the gas valve, preferably during the pulling phase, the current control frequency of the two-point current control is determined, characteristic of the control frequency of the gas valve at a defined operating point of the gas valve. compared to at least one reference curve stored in Knowing the change in control frequency and knowing the maximum stroke of the armature, the current position of the armature is determined.

이 방법은 아마추어의 위치와 제어 주파수 사이에 관계이 있다는 사실을 기반으로 한다. 아마추어의 스트로크가 진행될수록 아마추어와 스트로크 스톱 사이의 에어 갭이 작아진다. 2 포인트 전류 제어의 제어 주파수는 에어 갭이 감소함에 따라 증가한다. 따라서 제어 주파수는 아마추어의 스트로크 운동을 나타낸다. 제어 주파수의 평가에 의해 아마추어의 현재 위치가 추론될 수 있다.This method is based on the fact that there is a relationship between the position of the armature and the control frequency. As the stroke of the armature progresses, the air gap between the armature and the stroke stop gets smaller. The control frequency of the two-point current control increases as the air gap decreases. Therefore, the control frequency represents the stroke motion of the amateur. The current position of the armature can be inferred by the evaluation of the control frequency.

처음에 언급한 선행 기술과 조합하여 또는 아마추어의 스트로크 운동의 시작과 끝을 알면, 모든 작동 상태(탄도 작동 포함)에서 가스 밸브의 개방 거동은 상기 방법에 의해 사용 가능한 아마추어의 현재 위치에 대한 정보를 사용해서 결정되고 다양한 제어 개념에 기초가 된다. 특히 폐루프 제어가 구현될 수 있다. 밸브 역학의 변화를 기반으로 하는 양 편차는 제어 파라미터의 적절한 조정에 의해 수정될 수 있으며 결과적으로 전체 서비스 수명 동안 가스 밸브의 측정 정확도가 증가한다.In combination with the prior art mentioned at the beginning or knowing the start and end of the stroke movement of the armature, the opening behavior of the gas valve in all operating states (including ballistic operation) provides information about the current position of the armature available by the method. It is determined by use and is the basis for various control concepts. In particular, closed-loop control can be implemented. Quantitative deviations based on changes in valve dynamics can be corrected by appropriate adjustment of control parameters, resulting in increased measurement accuracy of the gas valve over its entire service life.

방법을 수행할 때, 제어 주파수 RF_start는 바람직하게는 다양한 작동 파라미터, 바람직하게는 다양한 시스템 압력에서 아마추어의 개방 운동 시작 시 결정되고 기준 곡선으로서 제어 장치에 저장된다. 아마추어의 개방 운동 시작 시 제어 주파수 RF_start의 결정은 각각의 가스 밸브에 대해 개별적으로 또는 동일한 세대의 다수의 가스 밸브에 대해 수행될 수 있다. 후자의 경우, 동일한 세대의 적어도 25개의 상이한 가스 밸브를 사용하여 결정을 수행하는 것이 바람직하다.When performing the method, the control frequency RF_start is preferably determined at the start of the opening movement of the armature at various operating parameters, preferably at various system pressures, and stored as a reference curve in the control device. Determination of the control frequency RF_start at the start of the armature opening movement may be performed individually for each gas valve or for multiple gas valves of the same generation. In the latter case, it is preferred to make the decision using at least 25 different gas valves of the same generation.

또한, 제어 주파수 RF_stroke는 바람직하게는 다양한 작동 파라미터, 바람직하게는 다양한 시스템 압력에서 스트로크 스톱에 도달되는 시간에 결정되고 기준 곡선으로서 제어 장치에 저장된다. 아마추어의 개방 운동 시작 시 제어 주파수 RF_start를 결정하는 절차와 유사하게, 여기서도 제어 주파수 RF_stroke의 결정은 각각의 가스 밸브에 대해 개별적으로 또는 동일한 세대의 다수의 가스 밸브에 대해 수행될 수 있다. 후자의 경우, 동일한 세대의 적어도 25개의 상이한 가스 밸브를 사용하여 결정을 수행하는 것이 바람직하다.In addition, the control frequency RF_stroke is preferably determined at various operating parameters, preferably the time at which the stroke stop is reached at various system pressures and stored in the control device as a reference curve. Similar to the procedure for determining the control frequency RF_start at the start of the armature's opening movement, here too the determination of the control frequency RF_stroke can be carried out individually for each gas valve or for multiple gas valves of the same generation. In the latter case, it is preferred to make the decision using at least 25 different gas valves of the same generation.

제어 주파수 RF_start 및 RF_stroke는 시스템 압력이 아마추어의 개방 속도에 영향을 미치기 때문에 바람직하게는 다양한 시스템 압력에서 각각 결정된다.The control frequencies RF_start and RF_stroke are preferably determined respectively at various system pressures since the system pressure affects the opening speed of the armature.

제어 주파수 RF_start 및 RF_stroke를 알면 다음 식을 사용하여 아마추어의 현재 위치를 결정할 수 있는데, 그 이유는 상기 식에 언급된 아마추어 스트로크도 알려진 변수이기 때문이다:Knowing the control frequencies RF_start and RF_stroke, the current position of the armature can be determined using the following equation, since the armature stroke mentioned in the above equation is also a known variable:

Position_Amature(t) = (RF(t)-RF_start)/(RF_stroke-RF_start)*Amaturestroke.Position_Amature(t) = (RF(t)-RF_start)/(RF_stroke-RF_start)*Amaturestroke.

따라서, 아마추어의 현재 위치는 상기 식을 사용하여 계산될 수 있다.Therefore, the armature's current position can be calculated using the above formula.

적어도 하나의 기준 곡선은 공장 테스트 동안 미리 정의된 작동점에서 결정되고 기존 기준 곡선과 비교되는 것이 바람직하다. 편차가 있는 경우 해당 수정 값이 특히 각각의 가스 밸브에 대해 개별적으로 인코딩될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 적어도 하나의 기준 곡선은 가스 밸브를 구비한 차량의 작동 중에 미리 정의된 작동점에서 결정되고 기존 기준 곡선과 비교될 수 있다. 편차가 있는 경우 여기서도 가스 밸브에 대한 해당 수정 값이 인코딩될 수 있다.At least one reference curve is preferably determined at predefined operating points during factory testing and compared to an existing reference curve. In case of deviations, the corresponding correction values can be encoded individually for each gas valve in particular. Alternatively or additionally, the at least one reference curve can be determined at predefined operating points during operation of the vehicle equipped with the gas valve and compared with an existing reference curve. If there is a deviation, the corresponding correction value for the gas valve can be encoded here as well.

본 발명의 개선예에서, 현재 제어 주파수를 결정할 때 아마추어의 현재 위치에 추가하여, 적어도 하나의 추가 작동 파라미터, 특히 배터리 전압 및/또는 코일 온도가 결정되고 고려되는 것이 제안된다. 추가 작동 파라미터는 예를 들어 측정될 수 있다. 적어도 하나의 추가 작동 파라미터를 고려하여 아마추어의 현재 위치가 훨씬 더 정확하게 결정될 수 있다. 이것은 특히 배터리 전압 및/또는 코일 온도가 추가 작동 파라미터로서 고려되는 경우 적용되는데, 그 이유는 이러한 작동 파라미터들이 현재 아마추어 위치에 영향을 미칠 수 있기 때문이다.In a refinement of the invention, it is proposed that, in addition to the current position of the armature, at least one further operating parameter be determined and taken into account when determining the current control frequency, in particular the battery voltage and/or the coil temperature. Additional operating parameters can be measured, for example. The current position of the armature can be determined even more accurately by taking into account at least one additional operating parameter. This applies in particular if battery voltage and/or coil temperature are considered as additional operating parameters, since these operating parameters may influence the current armature position.

배터리 전압과 코일 온도를 고려해야 하지만 알 수 없고 측정할 수 없는 경우 제어 장치의 기본 교정(calibration)을 수행하는 것이 제안된다. 기본 교정은 다음의 경계 조건에서 수행되는 것이 바람직하다:If the battery voltage and coil temperature are to be considered but are unknown and cannot be measured, it is suggested to perform a basic calibration of the control unit. The basic calibration is preferably performed at the following boundary conditions:

- 사양에 따른, 예를 들어 사양에 따른 기능 제한에 따른 최대 배터리 전압 및 최소 코일 온도, - maximum battery voltage and minimum coil temperature according to the specification, e.g. according to the functional limitations according to the specification;

- 사양에 따른 최소 배터리 전압 및 최대 코일 온도.- Minimum battery voltage and maximum coil temperature per specification.

최대 배터리 전압과 최소 코일 온도에서 제어 주파수가 높기 때문에 관련 곡선은 각각 최대값을 나타낸다. 최소 배터리 전압 및 최대 코일 온도에서 제어 주파수가 낮고 그에 따라 관련 곡선은 최소값을 나타낸다. 모든 곡선이 존재할 때 제어 주파수 RF_start의 실제 값은 현재 측정된 제어 주파수 RF_stroke와 제어 장치에 저장된 상관 관계를 사용하여 결정될 수 있다.Because the control frequency is high at maximum battery voltage and minimum coil temperature, the associated curves show maximum values, respectively. At minimum battery voltage and maximum coil temperature, the control frequency is low and thus the associated curve shows a minimum value. When all curves exist, the actual value of the control frequency RF_start can be determined using the currently measured control frequency RF_stroke and the correlation stored in the control device.

또한, 가스 밸브의 개방 거동은 바람직하게는 아마추어의 각각의 현재 위치를 알면 제어 장치의 도움으로 결정된다. 이로부터 실제 분사량이 도출되어 목표값과 비교된다. 편차가 있는 경우 수정은 해당 수정 값을 사용하여 수행될 수 있다. 수정값은 예를 들어 측정값을 사용하여 학습값으로부터 도출될 수 있다. 대안적으로, 수정 필요성은 가스 밸브의 개방 단계 중에 이미 결정될 수 있으며 수정값은 동일한 제어에서 제어 종료를 계산하기 위한 입력 변수로 사용될 수 있다("실시간 수정"). 전부하 테스트 포인트에서 제어 장치는 수정 값을 결정하고 동일한 분사 주기에 적용하기에 충분한 시간(예: 5 ms)을 갖는다.Furthermore, the opening behavior of the gas valve is preferably determined with the aid of a control device knowing the respective current position of the armature. From this, the actual injection amount is derived and compared with the target value. In case of deviation, corrections can be made using the corresponding correction values. The correction value can be derived from the learned value using the measured value, for example. Alternatively, the need for correction can be determined already during the opening phase of the gas valve and the correction value can be used as an input variable for calculating the end of control in the same control ("real-time correction"). At the full-load test point, the control unit has sufficient time (eg 5 ms) to determine the correction value and apply it to the same injection cycle.

따라서 제안된 방법을 사용하여 가스 밸브의 오작동도 시기 적절하게 검출될 수 있다. 왜냐하면 밸브 역학의 더 큰 변동이 임박한 고장의 증상으로 해석될 수 있고 해당 경고를 출력하기 위해 및/또는 스위치를 끄기 위해 예방적으로 사용될 수 있기 때문이다.Therefore, malfunctions of gas valves can also be detected in a timely manner using the proposed method. This is because larger fluctuations in valve dynamics can be interpreted as symptoms of impending failure and can be used prophylactically to issue a corresponding warning and/or switch off.

또한, 가스 밸브를 제어하기 위한 제어 장치가 제안된다. 제어 장치는 본 발명에 따른 방법의 단계들을 수행하도록 설계된다. 특히, 방법을 수행하는데 필요한 기준 값들 또는 기준 곡선들이 제어 장치에 저장될 수 있다. 결정된 제어 주파수는 제어 장치의 도움으로 저장된 각각의 기준 곡선과 비교될 수도 있다. 편차가 있는 경우 제어 파라미터가 그에 따라 변경될 수 있다.A control device for controlling the gas valve is also proposed. The control device is designed to carry out the steps of the method according to the invention. In particular, reference values or reference curves necessary for carrying out the method can be stored in the control device. The determined control frequency may be compared with the respective reference curve stored with the aid of the control device. In case of deviation, the control parameters can be changed accordingly.

또한, 컴퓨터 프로그램이 컴퓨터 또는 해당 처리 유닛, 예를 들어 제어 장치에서 실행될 때 본 발명에 따른 방법의 단계들을 수행하는 프로그램 코드를 갖는 컴퓨터 프로그램이 제안된다. 이것은 특히 가스 밸브를 제어하기 위한 제어 장치일 수 있다.Furthermore, a computer program having a program code is proposed which performs the steps of the method according to the invention when the computer program is executed in a computer or a corresponding processing unit, for example a control device. This may in particular be a control device for controlling a gas valve.

또한, 기계 판독 가능한 데이터 캐리어 또는 저장 매체에 저장된, 본 발명에 따른 컴퓨터 프로그램을 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품이 제안된다.Furthermore, a computer program product comprising a computer program according to the invention, stored on a machine-readable data carrier or storage medium, is proposed.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 아래에서 더 상세하게 설명된다.The invention is explained in more detail below with reference to the accompanying drawings.

도 1은 폐쇄 위치에서 가스 밸브의 개략적인 길이방향 단면도를 도시한다.
도 2는 개방 위치에서 도 1의 가스 밸브의 개략적인 길이방향 단면도를 도시한다.
도 3a는 도 1 및 도 2에 도시된 가스 밸브를 개방하기 위해 자기 코일의 통전 동안 2개의 상이한 전류 프로파일을 도시하며, 도 3b는 끌어당김(attraction) 단계 동안 관련 제어 주파수를 도시한다.
도 4a는 상이한 시스템 압력에서 가스 밸브의 아마추어의 스트로크를 도시하며, 도 4b는 관련 통전 프로파일을 도시하고, 도 4c는 관련 제어 주파수를 도시한다.
도 5는 제어 주파수 RF_stroke에 기초하여, 가스 밸브의 개방 동안, 특히 끌어당김 단계 동안, 기본 곡선의 결정을 도시한다.1 shows a schematic longitudinal cross-section of a gas valve in a closed position.
Fig. 2 shows a schematic longitudinal cross-section of the gas valve of Fig. 1 in an open position;
Fig. 3a shows two different current profiles during energization of the magnetic coil to open the gas valve shown in Figs. 1 and 2, and Fig. 3b shows the relevant control frequency during the attraction phase.
Figure 4a shows the stroke of the armature of the gas valve at different system pressures, Figure 4b shows the relevant energization profile and Figure 4c shows the relevant control frequency.
Figure 5 shows the determination of the basic curve during the opening of the gas valve, in particular during the pulling phase, based on the control frequency RF_stroke.

본 발명에 따른 방법을 수행하기에 적합한 가스 밸브(1)는 도 1 및 도 2에 예시적으로 도시되어 있다. 도시된 가스 밸브(1)는 가동 밸브 부재(4)에 결합될 수 있는 가동 아마추어(2)에 작용하기 위한 자기 코일(3)을 포함한다. 밸브 부재(4)는 밸브 스프링(7)의 스프링력에 의해 밀봉 시트(5) 방향으로 프리스트레스를 받는다. 자기 코일(3)의 자력에 대항하는 아마추어 스프링(8)의 스프링력이 아마추어(2)에 작용한다.A gas valve 1 suitable for carrying out the method according to the invention is exemplarily shown in FIGS. 1 and 2 . The shown gas valve 1 includes a magnetic coil 3 for acting on a movable armature 2 which can be coupled to a movable valve member 4 . The valve member 4 is prestressed in the direction of the sealing seat 5 by the spring force of the valve spring 7 . The spring force of the armature spring 8, which opposes the magnetic force of the magnetic coil 3, acts on the armature 2.

자기 코일(3)이 통전되면 자기장이 형성되고, 이 자기장의 자력은 아마추어(2)를 밸브 부재(4) 방향으로 이동시킨다. 아마추어(2)에 연결된 아마추어 볼트(9)가 밸브 부재(4)에 접촉하게 되므로 상기 밸브 부재는 밸브 스프링(7)의 스프링력에 대항하여 밀봉 시트(5)로부터 분리된다. 아마추어(2)가 스트로크 스톱(6)에 도달하고 가스 밸브(1)가 완전히 스로틀 해제되거나 개방될 때까지, 아마추어(2)는 그 움직임을 계속한다(도 2 참조). 가스 밸브(1)를 폐쇄하기 위해, 자기 코일(3)의 통전이 종료되므로, 아마추어 스프링(8)이 아마추어(2)를 초기 위치로 복귀시킨다. 아마추어 볼트(9)는 밸브 부재(4)로부터 분리되어 밸브 스프링(7)이 밸브 부재(4)를 밀봉 시트(5) 내로 당길 수 있도록 한다(도 1 참조).When the magnetic coil 3 is energized, a magnetic field is formed, and the magnetic force of this magnetic field moves the armature 2 toward the valve member 4. The armature bolt (9) connected to the armature (2) comes into contact with the valve member (4) so that the valve member is separated from the sealing seat (5) against the spring force of the valve spring (7). The armature 2 continues its movement until the armature 2 reaches the stroke stop 6 and the gas valve 1 is completely dethrottled or opened (see Fig. 2). To close the gas valve 1, the energization of the magnetic coil 3 is terminated, so the armature spring 8 returns the armature 2 to its initial position. The armature bolt 9 is separated from the valve member 4 so that the valve spring 7 can pull the valve member 4 into the sealing seat 5 (see Fig. 1).

도 1에 도시된 가스 밸브(1)의 폐쇄 위치에서, 아마추어(2)와 스트로크 스톱(6) 사이에 자기 회로의 작동 에어 갭인 에어 갭(10)이 형성된다. 에어 갭은, 2 포인트 전류 제어가 자기 코일(3)의 통전을 위해 사용되는 끌어당김 단계(A) 동안 제어 주파수에 영향을 미친다.In the closed position of the gas valve 1 shown in FIG. 1, an air gap 10, which is a working air gap of the magnetic circuit, is formed between the armature 2 and the stroke stop 6. The air gap affects the control frequency during the pulling phase (A) when two-point current control is used for energizing the magnetic coil (3).

가스 밸브(1)가 개방될 때 끌어당김 전류의 제어 주파수에 대한 에어 갭(10)의 영향이 도 3에 도시되어 있고, 도 3a는 통전 프로파일을 나타내며, 도 3b는 관련 제어 주파수를 나타낸다. 실선은 도 1에 도시된 아마추어 위치(최대 에어 갭) 동안 통전 프로파일 또는 제어 주파수를 나타낸다. 도 3b에 도시된 제어 주파수의 프로파일은 이하에서 "기본 곡선"이라 한다. 파선은 도2에 도시된 아마추어 위치(최소 에어 갭) 동안의 통전 프로파일 또는 제어 주파수를 나타낸다.The influence of the air gap 10 on the control frequency of the pull-in current when the gas valve 1 is open is shown in Fig. 3, Fig. 3a shows the energization profile and Fig. 3b the associated control frequency. The solid line represents the energization profile or control frequency during the armature position (maximum air gap) shown in FIG. The profile of the control frequency shown in Fig. 3b is hereinafter referred to as a "basic curve". The dashed line represents the energization profile or control frequency during the armature position (minimum air gap) shown in FIG.

도 3a에 예시적으로 도시된 바와 같이, 초기에 높은 개방력을 제공하기 위해 끌어당김 전류 단계(A) 전에 부스트 단계(B)가 선행될 수 있다. 따라서 끌어당김 단계(A) 동안 끌어당김 전류로 전환할 때, 과도 응답이 발생할 수 있으며, 이는 도 3b에서 단계(E)로 표시되어 있다.As exemplarily shown in FIG. 3A , a boost step (B) may precede the pulling current step (A) in order to initially provide a high opening force. Therefore, when switching to the pulling current during the pulling phase A, a transient response may occur, which is indicated as step E in Fig. 3b.

도 3에 도시된 바와 같이, 제어 주파수(RF)는 에어 갭(10)이 작아짐에 따라, 즉 아마추어(2)의 스트로크가 진행됨에 따라 증가한다.As shown in FIG. 3 , the control frequency RF increases as the air gap 10 decreases, that is, as the stroke of the armature 2 progresses.

아마추어(2)의 개방 속도는 시스템 압력을 통해 변경될 수 있으므로 아마추어 역학 및 따라서 아마추어(2)의 스트로크 프로파일이 변경된다. 제어 지속 시간이 일정하지만 시스템 압력이 변하는 다양한 스트로크 프로파일이 도 4a에 예시적으로 도시되어 있다. 수평 파선은 스트로크 스톱(6)을 표시한다. 도 4b에는 관련 통전 프로파일이 도시되어 있고 도 4c에는 관련 제어 주파수(RF)가 도시되어 있다. 도 4c에는 아마추어 역학이 끌어당김 전류의 제어 주파수(RF)에 영향을 미친다는 것이 분명히 나타난다. 아마추어(2)는 시간 t1에서 스트로크 운동을 시작하고 시간 t2에서 스트로크 스톱(6)에 도달하면 끝낸다. 시스템 압력이 낮을수록 나중에(예: 시간 t2'에서) 스트로크 스톱(6)에 도달하거나 전혀 도달하지 않는다.The opening speed of the armature 2 can be changed through the system pressure, thus changing the armature dynamics and thus the stroke profile of the armature 2 . A variable stroke profile in which the control duration is constant but the system pressure is varied is exemplarily shown in FIG. 4A. The horizontal dashed line indicates the stroke stop (6). The associated energization profile is shown in FIG. 4b and the associated control frequency (RF) is shown in FIG. 4c. Figure 4c clearly shows that the armature mechanics affect the control frequency (RF) of the pulling current. The armature 2 starts the stroke movement at time t 1 and ends when the stroke stop 6 is reached at time t 2 . The lower the system pressure, the later (eg at time t 2' ) the stroke stop (6) is reached or not reached at all.

따라서 제어 주파수(RF)는 아마추어 스트로크 운동을 나타내므로 아마추어 위치를 결정하는데 사용될 수 있다. 다음 식이 성립한다:Therefore, the control frequency (RF) represents the armature stroke motion and can therefore be used to determine the armature position. The following equation holds:

Position_Amature(t) = (RF(t)-RF_start)/(RF_sroke-RF_start)*Amaturestroke.Position_Amature(t) = (RF(t)-RF_start)/(RF_sroke-RF_start)*Amaturestroke.

아마추어 스트로크를 알고 있으므로 아마추어 이동 시작 시 제어 주파수 RF_start 및 스트로크 스톱(6)에 도달하는 시간에 RF_stroke만이 아마추어 스트로크 곡선을 결정하기 위한 기준점으로 결정되어야 한다.Since the armature stroke is known, only the control frequency RF_start at the start of the armature movement and the time to reach the stroke stop (6) RF_stroke should be determined as the reference point for determining the armature stroke curve.

제어 주파수 RF_start 및 제어 주파수 RF_stroke는 바람직하게는 압력 변화에 의해 일 밸브 세대의 다수의 가스 밸브에 대해 한 번 결정된다. 결정된 제어 주파수들은 가스 밸브(1)를 제어하기 위한 제어 장치에 기준 곡선으로 저장된다. 측정 정확도를 더욱 높이기 위해 정의된 작동점에서 기준 곡선들이 결정될 수 있다. 결정은 공장 테스트 중에 그리고 가스 밸브(1)의 이후 작동 중에 이루어질 수 있다.The control frequency RF_start and the control frequency RF_stroke are preferably determined once for a plurality of gas valves of one valve generation by pressure change. The determined control frequencies are stored as reference curves in the control device for controlling the gas valve 1 . Reference curves can be determined at defined operating points to further increase measurement accuracy. The determination can be made during factory testing and during subsequent operation of the gas valve 1 .

끌어당김 단계(A)의 2 포인트 전류 제어의 제어 주파수가 아마추어 위치뿐만 아니라 배터리 전압 및 코일 온도에 따라 달라지므로, 측정 정확도를 더욱 높이기 위해 상기 두 파라미터를 고려하는 것이 제안된다. 상기 두 파라미터를 알 수 없고 동시에 측정할 수도 없는 경우 다음 경계 조건으로 기본 교정이 한 번 수행될 수 있다:Since the control frequency of the two-point current control in the pulling step (A) depends on the armature position as well as the battery voltage and coil temperature, it is proposed to consider the above two parameters to further increase the measurement accuracy. If these two parameters are unknown and cannot be measured simultaneously, a basic calibration can be performed once with the following boundary conditions:

- 최대 배터리 전압 및 최소 코일 온도- Maximum battery voltage and minimum coil temperature

- 최소 배터리 전압 및 최대 코일 온도,- minimum battery voltage and maximum coil temperature;

각각의 경우 사양에 따라, 예를 들어 사양에 따른 기능 제한에 따라.Depending on the specification in each case, for example, depending on the functional limitations according to the specification.

도 5는 가스 밸브가 폐쇄될 때(하부 곡선) 및 가스 밸브가 완전히 개방될 때(상부 곡선) 기본 교정 GBmax 및 GBmin과 공칭 값을 갖는 기본 교정 GBnom를 예시적으로 보여준다. 또한 현재 측정되거나 결정된 제어 주파수를 나타내는 측정 곡선 MK가 도시되어 있다. 이러한 곡선이 모두 존재하면 측정 또는 결정된 제어 주파수 RF_stroke를 사용하여 기본 곡선이 결정될 수 있다(도 5의 오른쪽 도면 참조).FIG. 5 exemplarily shows the basic calibration GB max and GB min and the basic calibration GB nom with nominal values when the gas valve is closed (lower curve) and when the gas valve is fully open (upper curve). Also shown is a measurement curve MK representing the currently measured or determined control frequency. If all of these curves exist, a base curve can be determined using the measured or determined control frequency RF_stroke (see right side view of FIG. 5).

제어 주파수 RF_stroke와 기본 곡선 사이의 상관 관계는 바람직하게는 다수의 가스 밸브를 특징으로 하고 제어 장치(미도시)에 저장된다. 기본 곡선의 실제 값은 가스 밸브(1)의 작동 중 현재 측정된 또는 결정된 제어 주파수 RF_stroke와 제어 장치에 저장된 상관 관계에 기초하여 결정될 수 있다.The correlation between the control frequency RF_stroke and the basic curve preferably characterizes a number of gas valves and is stored in a control device (not shown). The actual value of the basic curve can be determined based on the currently measured or determined control frequency RF_stroke during operation of the gas valve 1 and the correlation stored in the control device.

아마추어의 현재 위치뿐만 아니라 아마추어 운동의 시작과 끝, 그리고 혹시 가스 밸브(1)의 폐쇄 시간을 알고 있다면, 폐루프 양 제어는 매우 높은 측정 정확도로 구현될 수 있다.If the current position of the armature as well as the start and end of the armature movement and possibly the closing time of the gas valve 1 are known, closed-loop volume control can be implemented with very high measurement accuracy.

1: 가스 밸브
2: 아마추어
3: 자기 코일
4: 밸브 부재
5: 밀봉 시트
6: 스트로크 스톱1: gas valve
2: amateur
3: magnetic coil
4: valve member
5: sealing sheet
6: Stroke stop

Claims (11)

전자기적으로 제어 가능한 가스 밸브(1)의 제어 방법으로서, 상기 가스 밸브(1)를 개방하기 위해 아마추어(2)에 작용하는 자기 코일(3)이 통전되고 상기 가스 밸브(1)를 폐쇄하기 위해 상기 자석 코일(3)의 통전이 종료되어 상기 아마추어(2) 또는 상기 아마추어(2)에 결합되거나 결합될 수 있는 밸브 부재(4)가 스프링력에 의해 밀봉 시트(5)로 복귀되는, 상기 제어 방법에 있어서,
상기 가스 밸브(1)의 개방 동안, 바람직하게는 끌어당김 단계 동안, 2 포인트 전류 제어의 현재 제어 주파수가 결정되고, 상기 가스 밸브(1)의 정의된 작동점에서 상기 가스 밸브(1)의 상기 제어 주파수의 특성인, 제어 장치에 저장된 적어도 하나의 기준 곡선과 비교되며, 상기 제어 주파수의 변화를 알고 상기 아마추어(2)의 최대 스트로크를 알면, 상기 아마추어(2)의 현재 위치가 결정되는 것을 특징으로 하는 제어 방법.A control method of an electromagnetically controllable gas valve (1), in which a magnetic coil (3) acting on an armature (2) is energized to open the gas valve (1) and to close the gas valve (1). The control wherein the armature 2 or the valve member 4 coupled or capable of being coupled to the armature 2 returns to the sealing seat 5 by a spring force when the magnet coil 3 is de-energized. in the method,
During the opening of the gas valve 1, preferably during the pull-in phase, the current control frequency of the two-point current control is determined, and at the defined operating point of the gas valve 1 the Characteristics of the control frequency are compared with at least one reference curve stored in the control device, and the current position of the armature 2 is determined when a change in the control frequency is known and the maximum stroke of the armature 2 is known. control method. 제 1 항에 있어서,
상기 제어 주파수(RF_start)는 다양한 작동 파라미터, 바람직하게는 다양한 시스템 압력에서 상기 아마추어(2)의 개방 운동 시작 시 결정되고, 기준 곡선으로서 상기 제어 장치에 저장되는 것을 특징으로 하는 제어 방법.According to claim 1,
The control method, characterized in that the control frequency (RF_start) is determined at various operating parameters, preferably at the start of the opening movement of the armature (2) at various system pressures, and stored in the control device as a reference curve. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제어 주파수(RF_stroke)는 다양한 작동 파라미터, 바람직하게는 다양한 시스템 압력에서 스트로크 스톱(6)에 도달하는 시간에 결정되고, 기준 곡선으로서 상기 제어 장치에 저장되는 것을 특징으로 하는 제어 방법.According to claim 1 or 2,
The control method, characterized in that the control frequency (RF_stroke) is determined at various operating parameters, preferably at the time of reaching the stroke stop (6) at various system pressures, and is stored in the control device as a reference curve. 제 3 항에 있어서,
상기 아마추어(2)의 현재 위치를 결정하기 위해 다음 식이 사용되는 것을 특징으로 하는 제어 방법:
Position_Amature(t) =
(RF(t)-RF_start)/(RF_stroke-RF_start)*Armaturestroke.According to claim 3,
A control method, characterized in that the following equation is used to determine the current position of the armature (2):
Position_Amature(t) =
(RF(t)-RF_start)/(RF_stroke-RF_start)*Armaturestroke. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
적어도 하나의 기준 곡선은 공장 테스트 동안 및/또는 상기 가스 밸브(1)를 구비한 차량의 작동 중에 미리 정의된 작동점에서 결정되고 기존 기준 곡선과 비교되며, 바람직하게는 편차가 있는 경우 해당 수정값이 인코딩되는 것을 특징으로 하는 제어 방법.According to any one of claims 1 to 4,
At least one reference curve is determined at predefined operating points during factory tests and/or during operation of the vehicle equipped with the gas valve 1 and compared with an existing reference curve, preferably with corresponding correction values in case of deviations. A control method characterized in that this is encoded. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 현재 제어 주파수를 결정할 때, 상기 아마추어(2)의 위치에 더하여, 적어도 하나의 추가 작동 파라미터, 특히 배터리 전압 및/또는 코일 온도가 결정, 예를 들어 측정되고, 고려되는 것을 특징으로 하는 제어 방법.According to any one of claims 1 to 5,
2. A control method, characterized in that, in determining the current control frequency, in addition to the position of the armature (2), at least one additional operating parameter is determined, eg measured and taken into account, in particular battery voltage and/or coil temperature. . 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어 장치의 기본 교정이 다음 경계 조건에서 수행되는 것을 특징으로 하는 제어 방법:
- 사양에 따른, 예를 들어 사양에 따른 기능 제한에 따른 최대 배터리 전압 및 최소 코일 온도,
- 사양에 따른 최소 배터리 전압 및 최대 코일 온도.According to any one of claims 1 to 6,
A control method, characterized in that the basic calibration of the control device is performed at the following boundary conditions:
- maximum battery voltage and minimum coil temperature according to the specification, e.g. according to the functional limitations according to the specification;
- Minimum battery voltage and maximum coil temperature per specification. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가스 밸브(1)의 개방 거동은 상기 아마추어(2)의 각각의 현재 위치를 알면 상기 제어 장치의 도움으로 결정되고, 이로부터 실제 분사량이 도출되어 목표값과 비교되는 것을 특징으로 하는 제어 방법.According to any one of claims 1 to 7,
The opening behavior of the gas valve (1) is determined with the help of the control device when the current position of each of the armatures (2) is known, and an actual injection amount is derived from this and compared with a target value. 가스 밸브(1)를 제어하기 위한 제어 장치로서, 상기 제어 장치는 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 방법의 단계들을 수행하도록 설계되는, 제어 장치.Control device for controlling a gas valve (1), said control device being designed to carry out the steps of a method according to any one of claims 1 to 9. 컴퓨터 프로그램이 컴퓨터 또는 해당 처리 유닛, 예를 들어 제어 장치에서 실행될 때 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 방법의 단계들을 수행하는 프로그램 코드를 갖는 컴퓨터 프로그램.A computer program having program code which performs the steps of a method according to any one of claims 1 to 8 when the computer program is executed on a computer or a corresponding processing unit, eg a control device. 기계 판독 가능한 데이터 캐리어 또는 저장 매체에 저장되어 있는, 제 10 항에 따른 컴퓨터 프로그램을 포함한 컴퓨터 프로그램 제품.A computer program product comprising the computer program according to claim 10 , stored on a machine-readable data carrier or storage medium.
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