SE515565C2 - Metod för reglering av samt detektering av läget hos en solenoidpåverkad armatur - Google Patents

Description

l0 20 25 30 . - - . | o ~ u . « - - 5»155e5 v . I ~ u .- u. 2 lösning används för att begränsa oljud från reglerventilen vid låga varvtal, där en långsammare rörelse erhålls på reglerventilen, och vid högre vartal erhålla en snabbare rörelse på reglerventilen och härigenom en noggrannare bestämning av insprutad bränslemängd. Vid dessa högre varvtal är det inte lika nödvändigt att begränsa olj udet från reglerventilen då andra ljudkällor dominerar.

De ovan angivna skrifterna har visat lösningar som tillämpas vid bränsleinsprutare för förbränningsmotorer, där bränsletrycket byggs upp när en solenoidpåverkad reglerventil stängs varefter insprutningsventilen öppnar när trycket i bränslet nått en given nivå, i storleksordningen ett par hundra bar. Insprutningstidpunkten beräknas i dessa arrangemang genom att detektera tidpunkten för reglerventilens stängning och från denna tidpunkt addera en i huvudsak konstant tid, dock i viss mån beroende av typ av injektor och vissa förhållanden såsom temperatur. Denna tid motsvaras av den tid som bränsletrycket mot insprutningsventilen byggs upp. lnsprutad bränslemängd kan här detekteras genom att även detektera tidpunkten för reglerventilens öppning eftersom bränsletrycket då börjar sjunka varvid insprutningsventilen stängs när trycket sjunkit till en förbestämd nivå.

Under den period när reglerventilen rör sig mot det öppna läget är flödet genom reglerventilen inte väldefinierat, vilket påverkar insprutningsventilens stängning på ett icke förutsägbart sätt. Bestämningen av insprutad bränslemängd blir därmed relativt osäker vilket försämrar möjligheterna att på ett exakt sätt kontrollera den insprutade bränslemängden så att denna överenstämmer med önskat effektuttag ur motorn och att samtidigt reglera bränsleförbrukning och ernissoner på ett optimalt sätt.

För en noggrannare bestämning av insprutad bränslemängd och ökade möjligheter att reglera insprutad bränslemängd under tiden som bränslet sprutas in, är det viktigt att omställning av reglerventilen sker så snabbt som möjligt, och att noggrann detektering av båda ändlägesintagandena på re glerventilen kan utföras för bestämningen av insprutad bränslemängd.

Uppfinníngens ändamål Uppñnningen har till ändamål att möjliggöra en snabbare rörelse på armaturen från ett första ändläge där solenoiden är aktiverad till ett andra ändläge där solenoiden är deaktiverad 10 25 30 u.. .uu u u u u < » . u - - - . -u u m.. t uu u u u u ut f u u -u u u uu u u u u un» u u u u u . - . . u .u .u nu u.. u u . u u u . . . .- a a = = a = = u u u . uu u.. .. u .uu u 3 samtidigt som intagandet av det andra ändläget kan detekteras genom analys av strömmen genom solenoiden.

Ett annat ändamål är att företrädesvis vid direktinsprutade dieselmotorer på ett relativt enkelt och säkert sätt möjliggöra noggrannare bestämning av insprutad bränslemängd via en insprutningen styrande reglerventil.

Kort beskrivning av uppfinningen Den uppfinningsenliga metoden utmärks av patentkravets 1 kännetecknande del. Genom den uppfinningsenliga metoden kan i förbränningsmotorers insprutningssystem erhållas en snabb öppning av en insprutningens varaktighet påverkande reglerventil samtidigt som reglerventilens intagande av ett ändläge, motsvarande fullt öppen reglerventil, kan detekteras via analys av strömmen genom solenoiden. Övriga uppfinningen utmärkande särdrag och fördelar framgår av övriga patentkravs kännetecknande delar samt den efterföljande beskrivningen av utföringsexempel som sker med hänvisning till de bifogade figurerna.

Figurfórteckning Figur l visar en doseiingsanordning ingående i ett bränsleinsprutningssystem för förbränningsmotorer, där en reglerventil påverkas av en solenoid.

Figurema 2a-d visar olika tillstånd hos en bränsleinprutare för förbränningsmotorer där; figur 2a visar strömmen genom solenoiden som funktion av tiden, figur 2b visar reglerventilens läge som funktion av tiden, figur 2c visar brâinsletrycket mot en insprutningsventil som funktion av tiden; samt figur 2d visar öppningsrörelsen av insprutningsventilen, som funktion av tiden.

Figur 3 visar en kretslösning för aktivering av en solenoid och detektering av strömmen genom solenoiden.

Figur 4 visar i en uppförstorad skala strömmen genom solenoiden som funktion av tiden i området IV angivet i tigur 2a.

Beskrivning av utfóringsexempel 10 15 20 25 30 ., ..> , , I . . . u 515 565 .t f.. 4 Uppfinningen tillämpas med fördel i elektromekaniskt styrda bränsleinsprutningssystem för förbränningsmotorer, företrädesvis direktinsprutade dieselmotorer för tunga fordon.

Bränsleinsprutaren i dessa system är av en konventionell elektromekanisk typ där insprutningstidpunkten regleras elektriskt och där insprutningstrycket byggs upp mekaniskt av ett via kamaxeln påverkat pumpelement i bränsleinsprutaren. Ifigur 1 visas bränsleinsprutarens i sig kända doseringsanordning innefattande ett hus 64, ett pumpelement 61 i form av en plunch 61, en volym 65 under plunchen, en kanal 63 till insprutningsventilen, som är i form av en fjäderbelastad nålventil (icke visad), en retur- och påfyllningskanal 66 sarnt en reglerventil 60 som aktiveras av en solenoid 6. Reglerventilen 60 har en ventilkägla ll som i utgångsläget är påverkad bort från ventilsätet av en fjäder 12. Solenoidens armatur utgörs i detta fall av re glerventilen 60.

Den i sig kända funktionen på doseringsanordningen beskrivs med hänvisning till figurerna 1 samt 2a-d där de punktstreckade linjema är avsedda att underlätta jämförelser mellan figurema.

Reglerventilen 60 är i utgångsläget öppen och håller volymen 65 under plunchen 61 fylld med bränsle. En kamaxelnock (icke visad) påverkar plunchen nedåt varvid bränslet passerar förbi reglerventilen 60 och ut genom returkanalen 66. När insprutningen skall aktiveras leds en ström genom solenoiden 6 med start från tidpunkten ts (se figur 2a, fas I). Därmed bildas ett magnetfält i solenoiden. När magnetfältet nått tillräcklig styrka börjar solenoiden att dra reglerventilen uppåt. Reglerventilens läge RX som funktion av tiden t visas i figur 2b. När strömmen genom solenoiden nått en bestämd nivå startar en strörnreglering (fas II) som här sker på en högströmsnivå. När strömregleringen pågått en förbestämd tid kopplas solenoiden bort från spänningsmatningen och strömmen tillåts att fríhjula i en frihjulningskrets, vilken beskrivs närmare nedan, under fas III. När strömmen minskat i styrka till en förbestärnd lägre nivå startar en strörnreglering på denna lågströnisnivå.

Högströmsnivån är vald så att ett starkt magnetfält snabbt bildas för att sätta reglerventilen i rörelse, medan strömmen på lågströmsnivån endast skall skapa ett magnetfält som är tillräckligt starkt för att hålla armaturen kvar i ändläget.

Reglerventilen når ändläget vid tidpunkten tj, som kan detekteras genom förekomsten av en karaktäristisk knyck på strömkurvan under fas IH. I ändläget blockeras returkanalen 66, så att l0 20 25 30 ' : . ; -e 5.15 -565- 5 bränslet i volymen 65 börjar komprimeras varvid trycket P ökar (se figur 20). Kanalen 63 leder bränslet till insprutningsventilen som automatiskt öppnar vid ett viss tryck. Trycket stiger i volymen 65 samt kanalen 63 till dess att insprutningsventilen öppnar, vilket sker vid tidpunkten tz i figur 2c. Insprutningsventilen i en direktinsprutad dieselmotor öppnar vid ca 300 bar. I figur 2d visas insprutningsventilens öppningsrörelse IX som funktion av tiden t.

När insprutningen av bränsle skall avbrytas sker detta i princip i omvänd ordning.

Styrsystemet avbryter strömregleringen på lågströmsnivån vid tidpunkten t; i figur 2a.

I flgur 3 visas en kretslösning för drivning av en solenoid 6 för påverkan av armaturen.

Solenoiden 6 är i sin ena ände kopplad till batteri BAT via en strömreglerande brytare l och i sin andra ände kopplad till jord via en andra strömbrytare 2 och ett mätmotstånd 7. I system med flera solenoider används företrädesvis endast en enda strörnreglerande brytare l, där varje solenoid kan aktiveras med en respektive aktíveringsbrytare 2.

När solenoiden skall aktiveras ställs brytarna l samt 2 om till ett ledande tillstånd av en strömregleringsenhet 8 respektive en aktiveringsenhet 9. Strömmen börjar då att öka under fas I (se figur 2a) till dess den når en nivå där strömreglering vidtar i fas II. Efter en förutbestämd tid ställs brytaren 1 om i ett icke ledande tillstånd och en frihjulning av strömmen genom solenoiden sker under fas III. Frihjulningskretsen är en sluten krets bestående av solenoiden 6, brytaren 2, rnätmotståndet 7, jord, frihj ulningsdioden 5 och åter till solenoiden.

Parallellt med solenoidens spole 6 mellan batteri BAT och jord är anordnade i serie en zenerdiod 3 samt en backdiod 4. När strömmen genom solenoiden bryts vid tidpunkten t, genom omställning av brytarna 1,2 till ett icke ledande tillstånd skulle spänningen i punkten l4 riskera att öka utan zenerdioden 3 som har en avpassad genombrottsspänning varvid energin i spolen kan laddas ur och återföras till batteriet BAT. Zenerdioden 3 skyddar således brytaren 2 mot alltför höga spänningar medan backdioden 4 hindrar batteriet BAT att ladda ur mot jord.

Strömmen genom solenoiden övervakas genom ett mätkrets 24 vilken mäter spänningen över mätmotståndet 7 och levererar en mot strömmen beroende signal på ledníngama 23,23 ' till en uppfinningsenlig detekteringskrets lO respektive strömregleringsenheten 8 (signal A i figur 3).

Strörnregleringsenheten 8 kan härigenom reglera strömmen så att önskad strömnivå erhålls. 10 15 25 30 51.5 565 i al. nu 6 Detekteringskretsen 10 innefattar en mätkrets för detektering av ändlägesintagande, exempelvis enligt de sätt som anges i SAE Technical Paper 850542 elleri US 5182517, och aktiveras i ett mätfönster som styrs av strömregleringsenheten 8 via signalen B.

Enligt en första utföringsform av den uppfinningsenliga metoden regleras deaktiveringen av solenoíden på följande sätt: Vid tidpunkten t3 (se figurerna 2a och 4) ställs strömbrytarna 1,2 om till ett icke ledande tillstånd varför strömmen genom mätmotståndet 7 upphör. Den i solenoíden upplagrade energin driver då på spänningen i punkten 14 till en så hög nivå att genombrottselementet, zenerdioden 3, öppnar och leder strömmen tillbaka till batteriet BAT.

Energin i solenoíden laddas då ur snabbt och återmatas till batteriet. Magnetfältets styrka hos solenoiden avtar i motsvarande grad. Efter en förbestämd tid vid tidpunkten tF ställs strömbrytaren 2 åter i ledande tillstånd. Denna första förbestämda tid t3-tF under vilken strömbrytaren 2 hålls i ett icke ledande tillstånd bestäms av bland annat solenoidens induktans och ligger i storleksordningen 50-200 pts för en reglerventil för bränsleinsprutare hos direktinsprutade dieselmotorer för tunga fordon.

I figur 4 visas med heldragen kurva C, den ström som detekteras via mätmotståndet 7 från att strömbrytaren 2 omställts till ett ledande tillstånd vid tidpunkten tF. När strömbrytaren 2 omställs till det ledande tillståndet vid tidpunkten tF kvarstår en viss energi i solenoíden som är tillräcklig för att driva en viss ström genom mätmotståndet 7. Denna ström kan detekteras av detekteringskretsen 10 på något känt sätt och när strömmen undergår en förbestärnd karaktäristisk förändring vid intagande av det andra ändläget, dvs fullt öppen reglerventil vid tidpunkten t4, fastställs att ändläget intagits. I detta fall är den karaktäristiska förändringen i form av en knäliknande förhöjning på strömkurvan till följd av den vid ändlägesislaget förändrade induktansen hos solenoíden.

Med den prickstreckade kurvan CE visas hur en högre ström genom rnätmotståndet 7 erhålls om den andra strömbrytaren 2 omställs till ett ledande tillstånd något tidigare. Detta beror på att mer energi då finns lagrad i solenoíden vilket resulterar i en högre strömnivå. Om den andra strömbrytaren 2 omställs alltför tidigt har det vid utprovning visat sig att det karaktäristiska knät på strömkurvan vid tidpunkten t., slätas ut och blir svårare att detektera.

Med den prickstreckade kurvan CL visas hur en lägre ström genom rnätmotståndet 7 erhålls om den andra strömbrytaren 2 omställs till ett ledande tillstånd något senare. Detta beror på 10 15 20 30 » . . - . . A ; - ~ « - ~ » - - u i . . « f t 515 56_5 <~ i.. 7 mindre lagrad energi vilket resulterar i en lägre strörrmivå. Det visar sig också här att det karakteristiska knät på strömkurvan vid tidpunkten t4 slätas ut. Den första förbestämda tiden under vilken strömbrytaren 2 hålls i ett icke ledande tillstånd måste således anpassas för varje typ av solenoid i beroende av dess induktans, så att det karakteristiska knät på strömkurvan blir tillräckligt tydligt för detekteringskretsen 10.

Denna första tid begränsas även av solenoidens mekaniska samt dynamiska egenskaper. För en säker detektering av ändlägesintagandet måste strömbrytaren med marginal omställas till ett ledande tillstånd så att ändlägesintagandet sker efter att den andra strömbrytaren 2 omställts till ett ledande tillstånd.

När islaget detekterats omställs strömbrytaren 2 till ett icke ledande tillstånd så snabbt som möjligt för att begränsa tiden (V +VI) under vilken rnätströmmen aktiveras. Detta kan ske så fort som ändlägesintagandet säkert detekterats. Tiden V+VI utgör det mätfönster under vilken detekteringskretsen 10 skall hållas aktiverad, företrädesvis av strömregleringsenheten 8 via signalen B. Tiden V+VI kan utgöra en fast andra förbestämd tid, företrädesvis i storleksordningen 200-600 tas för en reglerventil för bränsleinsprutare hos direktinsprutade dieselmotorer, under vilken tid den andra strömbrytaren 2 hålls i ett ledande tillstånd.

Enligt en andra utföringsforrn regleras deaktiveringen av solenoiden på följande sätt: Vid tidpunkten t3 (se figurerna 2a och 4) omställs strömbrytarna 1,2 till ett icke ledande tillstånd enligt ovan. Efter den förbestämda tiden vid tidpunkten tF omställs strömbrytaren 2 till ett ledande tillstånd, samtidigt som strömbrytaren l omställs till ett växelvis ledande och strömreglerande tillstånd. Strömregleringen styrs av strömregleringsenheten 8 så att en mätström IM ej överskrids. Mätströmmen IM är betydligt lägre än den hållström (jämför lågströmsnivån mellan tidpunkterna t, och t3i figur 2a) som erfordras för att hålla armaturen kvar i det andra ändläget. Strömkällan som alstrar mätströmmen IM utgörs av den ordinarie strömkällan BAT som regleras så att strömmen genom solenoiden regleras på ett i sig känt sätt genom en strömregulator i form av strömregleringsenheten 8.

I figur 4 visas med prickmarkerad kurva CR den ström som detekteras via mätmotståndet 7 från att strömregleringsenheten 8 vid tidpunkten tF börjar att reglera strömbrytaren 2 genom en växelvis omställning mellan ett ledande och ett icke ledande tillstånd. En mätström utbildas med en maxnivå IM. Denna ström kan detekteras av detekteringskretsen 10 exempelvis såsom 10 20 25 = | - | v o . . - . . n | v « »u » « - | t» 515 5,65* .- ..- 8 beskrivs i US 4612597, där periodtidema för strömpåslag och strömavslag på ett i sig känt sätt används för bestänming av när armaturen intar andra ändlägetVid armaturens islag i ändläget sker en karaktäristisk förändring av periodtiden Tj till en kortare periodtid Tz.

Enligt en tredje utföringsform innefattar reglerkretsen en tredje strömbrytare 31 som kan ansluta solenoiden till strömkällan BAT via en resistans 32 (se figur 3). Efter den förbestämda tiden vid tidpunkten tF omställs strömbrytaren 2 till ett ledande tillstånd samtidigt som den tredje strömbrytaren 31. Denna ansluter lämpligen solenoiden 6 mot strömkällan BAT via en resistans 32 vilken reducerar strömmen genom solenoiden till en konstant nivå motsvarande nivån IM. På motsvarande sätt som i den första utföringsfonnen kan sedan det karakteristiska knät på strömmen detekteras vid ändlägesislaget.

Uppfinningen är ej inskränkt till en applikation i bränsleinsprutningssystem, och kan inom ramen för patentkraven utnyttjas i andra applikationer där man önskar att en solenoidpåverkad armatur erhåller en snabb armaturrörelse samtidigt som detektering av armaturens ändlägesintagande erfordras.

Uppfinningen är ej heller inskränkt till ett deaktiveringsförfarande av solenoiden där strömmen genom solenoiden detekteras genom ett mätmotstånd anordnat mellan solenoiden och jord. Detekteringen av strömmen genom solenoiden kan givetvis även utföras med en induktiv sensor anordnad vid eller runt solenoidens anslutningsledningar, antingen i solenoidens jordförbindning eller i solenoidens anslutning mot batteriets pluspol. Den i kraven angivna bestämningen att solenoidens anslutning över strömkällans poler bryts, avser en brytning av den normala strömkretsen som hålls öppen under aktiverad solenoid.

Claims (5)

10 20 25 -qu .f »uu-w- o ~ no- 5159 ses Patentkrav

1. Metod för reglering av en solenoidpåverkad armatur (60) rörlig mellan två ändlägen där den påverkas mot det första ändläget av den aktiverade solenoiden (6) genom magnetisk attraktion och påverkas mot det andra ändläget av ett påverkningsorgan (12), företrädesvis en fjäder, samt för detektering av armaturens (60) läge vid deaktivering av solenoiden (6) vars första ände är ansluten till en strömkällas (BAT) första pol och andra ände till strömkällans (BAT) andra pol via jord (22), vilken solenoid genomflyts av en ström utgörande en mätström som analyseras för bestämning av när armaturen (60) intager det andra ändläget och där intagandet av det andra ändläget bestäms till den tidpunkt (td) där mätströmmen uppvisar en förbestämd karaktäristisk förändring, kännetecknad av att i ett första steg bryts solenoidens (6) förbindelse till såväl strörnkällans (BAT) första pol som jord (22), och att i ett andra steg en förbestämd tid (t3-tF) därefter, företrädesvis i storleksordningen 50-200 us, ansluts åter solenoiden (6) till jord (22) varvid den kvarvarande energin i solenoiden (6) alstrar nämnda mätström.

2. Metod enligt patentkrav l, kännetecknad av att solenoiden (6) i det andra steget ansluts till jord (22) under en andra förbestämd tid (V+VI), företrädesvis i storleksordningen 200-600 us, varefter förbindelsen åter bryts.

3. Metod enligt patentkrav 1 eller 2, kännetecknad av att kvarvarande energi i solenoiden (6) vid aktivering av det första steget återleds till strömkällan (BAT) via en spänningsbegränsande krets (3,4) mellan strömkällans (BAT) första pol och solenoidens (6) andra ände samt en förbindelse mellan solenoidens (6) första ände och strömkällans (BAT) andra pol via jord, varvid återledandet säkerställs av strörnriktande organ (3-5) i kretsen (3,4) och förbindelsen.

4. Metod enligt något av föregående patentkrav, kännetecknad av att mätströmmen analyseras vid en mätpunkt (7) mellan solenoidens (6) andra ände och jord (22). ...dv-_ owe-uno 515 sesjïififiïšh 10

5. Metod enligt något av föregående patentkrav, kännetecknad av att en reglerventil (60) tillhörande en dieselmotors bränsleinsprutare påverkas mot ett stängt läge av solenoiden (6) och mot ett öppet läge av påverkningsorganet (12), varvid tidpunkten för reglerventilens intagande av det stängda respektive öppna läget används i ett elektromekaniskt styrt bränsleinsprutningssystem för bestämning av bränsleinsprutningsperiodens början respektive slut. ...,.-~u ~.~..-n