WO2011151288A1 - Verfahren und vorrichtung zum steuern eines ventils - Google Patents

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Michael Wirkowski
Rainer Weber
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Definitions

  • the invention relates to a method and a device for controlling a valve.
  • such a valve is used in a high-pressure ⁇ pump for pumping fluid for a storage injection system for internal combustion engines of motor vehicles.
  • valves are subject to heavy loads, especially when exposed to continuous loads, such as in high pressure pumps. Since the high-pressure pump pressures of, for example 2000 bar or more exposed, ho ⁇ he demands are made on the valves in such pumps. Both when closing and when opening these valves, noise may occur.
  • the object of the invention is to provide a method and an apparatus for controlling a valve, with or by which a precise and cost-effective operation of the valve is made possible.
  • the invention is characterized by a method and a corresponding device for controlling a valve.
  • the valve has a spring with a spring force, an actuator with an actuator spring acting counter to the spring force, and a pin which can be actuated by means of the actuator is.
  • the actuator m is impressed with a current having a predetermined non-constant course in a first mode of operation from an initial value of the current at which the pin is in a position to allow closing of the valve. Measured values of the current are determined in chronological succession, a reference value of the current assumes the current measured value of the current as soon as the course of the measured values of the current deviates from the impressed course of the current by a predetermined amount.
  • the reference value of the current is representative as ⁇ for that the actuator force is equal to the spring force.
  • a current having ei nem predetermined non-constant course is impressed out ⁇ from the initial value of the current up to a final value of the current.
  • the reference value is between the initial value and the final value of the current.
  • the pin is at the final value of the current in a position in which it does not allow the closing of the valve.
  • the deviation of the course of the measured values of the current impressed by the actuator profile of the current means that a difference of the measured value of the current from the value of the impressed current exceeds a pre give ⁇ NEN threshold value in a predetermined extent.
  • valve can be opened so slowly that the noise of the valve kept small and yet a reliable and sufficiently ra ⁇ cal opening of the valve can be achieved. Furthermore, wear of the valve can be kept small. In addition, a cost-effective design of the valve is possible.
  • the actuator is impressed with a current of a predetermined linear path in the first operation mode, determines a current value of a zeitli ⁇ chen variation of the current depends on two successive measurements of the current, a reference value of the current assumes the current measured value of the current as soon as the current value of the temporal change of the current from a previous value of the temporal variation of the current deviates to a predetermined extent, and in which two ⁇ th mode of operation, a current having a predetermined linear course is the actuator imprinted.
  • Deviating the current value of the time variation of the current from one of the preceding values of the time variation of the current by a predetermined amount means that a difference of the current value of the time variation of the current from one of the preceding values of the time variation of the current is a predetermined threshold value exceeds.
  • the spring is designed to open the valve.
  • the impressed current decreases linearly, starting from the initial value of the current.
  • the actuator force is greater than the spring force.
  • the impressed current decreases linearly from the initial value of the current, and the final value is smaller than the reference value.
  • the impressed current is set as a function of a pulse width modulation. This has the advantage that the impressed current can be adjusted in a very simple manner.
  • time points for determining the measured values of the current are dependent on times of maxima of the pulse-width-modulated current.
  • a frequency of the pulse width modulation is dependent on times for determining the measured values of the current.
  • the measured values of the current are determined as a function of a voltage across a shunt resistor. This is a particularly easy way to reliably measure the current.
  • the reference value of the current is determined depending on a temperature of a fluid in the valve or in a predetermined range of the valve. This has the advantage that reference values of the current can be determined under different, in particular temperature-dependent operating conditions of the valve.
  • valve is arranged in an injection system of an internal combustion engine, and the reference value of the current is determined from ⁇ dependent characteristic values of the internal combustion engine.
  • the reference value of the current is stored in an operating point-dependent characteristic map.
  • the initial value of the current and the final value of the stream are added in such a way before ⁇ that the reference value of the current is the arithmetic average of the initial value and the final value.
  • FIG. 1 shows a schematic view of a pump with a valve in a longitudinal section
  • Figure 2 is a schematic view of the valve ⁇ cut in a longitudinal
  • FIG. 3 shows a schematic view of the valve in three operating states
  • Figure 4 is a schematic view of current curves in
  • the pump 10 is designed in particular as a high pressure pump, preferably as a radial piston pump.
  • a pump piston 14 is movably mounted in the pump housing 12 in order to fill the pressure chamber 16 with fluid, this has a supply line 18, in which preferably designed as an inlet valve 20 is angeord ⁇ net.
  • the valve 20 designed as an inlet valve is preferably designed as a digitally switched valve.
  • the valve 20 facilitates the filling of the pressure chamber 16 and prevents the backflow of the fluid from the feed line 18 during filling.
  • the pressure chamber 16 also has a drain line 22, in which an outlet valve designed as a further valve 24 is arranged. This fluid can be ejected from the pressure chamber 16.
  • the pump 10 further has a drive shaft 26, which is in operative connection with an eccentric ring 28 and is rotatable in a rotational direction D in the clockwise direction.
  • a drive shaft 26 which is in operative connection with an eccentric ring 28 and is rotatable in a rotational direction D in the clockwise direction.
  • the eccentric ring 28 and a camshaft can be used.
  • the pump can be designed as a crank drive pump ⁇ leads 10th
  • FIG. 2 shows the valve 20 with a valve housing 29, which has a recess 30.
  • a spring 32 biases the sealing element 36 over the pin 34 by being supported on a wall of the recess 30.
  • the pin 34 has a first cylindrical part 34a and a second cylindrical part 34b, the first part 34a having a larger diameter than the second part 34b.
  • a sealing seat 38 which is fixedly arranged relative to the valve housing 29 and has passage openings 40. Fluid can flow via the passage recesses 40 when the sealing element 36 does not bear against the sealing seat 38.
  • the valve 20 further comprises an actuator 42, which is in particular ⁇ special designed as a magnetic coil.
  • the first portion 34a of the pin 34 is disposed within the actuator 42 and may be actuated by the actuator 42.
  • the valve 20 is closed by applying a current to the actuator 42, whereby an actuator force F_2 acting counter to the spring force F_1 can act on the pin 34.
  • an actuator force F_2 acting counter to the spring force F_1 can act on the pin 34.
  • the sealing ⁇ element 36 can bear against the sealing seat 38, and a Fluidströ- mung through the through holes 40 is prevented.
  • the compressed in the pressure chamber 16 fluid can now be completely discharged from the pump 10 via the formed as an outlet valve further valve 24.
  • the pump piston 14 has now reached a top dead center.
  • the pump 10 is a high-pressure fuel pump of an injection system of an internal combustion engine
  • the fuel subjected to high pressure can reach a fluid reservoir which is designed as a high-pressure fuel reservoir, the so-called common rail.
  • Both when opening and when closing the valve 20 may occur due to mechanical and hydraulic causes noise on the valve 20.
  • the noises occurring when the valve 20 is opened are described below with reference to FIG.
  • the sealing member 36 comes into abutment with the Ven ⁇ tilgephase 29 ( Figure 3A), whereby a first sound may occur.
  • the sealing element 36 can move back toward the pin 34 by the contact with the valve housing 29 while the pin 34 in turn is moved by the spring force ⁇ F_l of the spring 32 on the sealing element 36th If the sealing element 36 and the part 34a of the pin 34 meet, another noise may occur (FIG. 3B). In the following, the pin 34 is moved by the spring force F_l of the spring 32 against the sealing seat 38. If the part 34b of the pin 34 encounters the sealing seat 38, a further noise may occur (FIG. 3C).
  • the actuator 42 is impressed in a first operating mode, a current having a predetermined course.
  • the first operating mode can also be referred to as a detection mode.
  • the impressed current increases from ⁇ going from an initial value I_0.
  • the actuator force I_0 F_2 is greater than the spring force ⁇ F_l.
  • the pin 34 is pressed against the spring force F_l in the direction of the spring 32 out.
  • the valve 20 may be closed in this state. If the valve 20 is arranged in the pump 10, then the impressed current takes the Initial value I_0 when the pump piston 14 reaches the top dead center.
  • the high-resolution representation of the course of the current in FIG. 4 also shows fluctuations in the current caused by a pulse width modulation.
  • the course of the current is to be understood as linear, and the linear course of the current is only superimposed on the comparatively very small fluctuations of the pulse width modulation.
  • measured values I_AV of the current are determined in chronological succession.
  • a current value I_grad of a temporal change of the current is determined.
  • the current is linearly reduced until the current value I_grad of the time variation of the current deviates from a previous value I_grad_p of the time variation of the current by a predetermined amount, that is, the deviation between the current value I_grad of the time variation of the current to the previous value
  • I_grad_p the time variation of the current exceeds a predetermined threshold. Such a situation is illustrated in the enlarged section of FIG. 4, where the current value I_grad of the temporal variation of the
  • the impressed current is adjusted depending on a pulse width modulation.
  • ⁇ geous when timings for determining the measured values of the current I_AV are dependent pulse-width modulated by times of the maxima of the current.
  • the value I_grad the temporal change of the current can be determined in this case from the difference between two consecutive peak values of the pulse-width-profiled stream, as can be seen in particular in Fi gur ⁇ . 4
  • the frequency of the pulse width modulation can be adjusted to the desired time for determining the measured values I_AV of the current. This makes it possible in particular to adapt the distance of the maxima of the pulse width modulated current to the desired measuring points for determining the measured values I_AV of the current.
  • the measured values I_AV of the current are determined by a voltage measurement on a shunt resistor.
  • the first mode of operation may in particular be carried out depending on ambient conditions, such as the temperature of the valve 20 or a temperature of a fluid in the valve 20 or on characteristics of the internal combustion engine, such as the speed or the running time of the internal combustion engine.
  • the storage of the determined for the various operating conditions of the valve 20 or the engine reference values I_REF of the current can be stored by storing in an operating point Map done.
  • the reference values I_REF of the current for different operating conditions of the valve 20 or of the internal combustion engine can be stored in the context of the first operating mode.
  • a second operating mode which is also called work mode ⁇ be distinguished
  • the actuator 42 of the current with a predetermined profile is imparted.
  • the current in turn decreases linearly starting from the output value I_0 at which the actuator force F_2 is greater than the spring force F_1.
  • From the linear ⁇ acquisition of the current is now carried out to a final value of the current I_F.
  • the final value I_F of the current is smaller than the Refe rence value ⁇ I_REF. If the valve 20 is arranged in the pump 10, the impressed current assumes the final value I_F when the pump piston 14 is near the bottom dead center.
  • the final value I_F is representative of the fact that the pin 34 is in a position where it does not allow the valve 20 to close. In other words, this means that the Fe ⁇ derkraft F_l is only slightly larger than the actuator force F_2.
  • the pin 34 can be in gentle contact with the sealing element 36 in contact, and thus determine the position of the sealing element 36 relative to the sealing seat 38, whereby the valve 20 can be effectively kept open. Due to the slow movement of the pin 34, the noise of the valve 20 can be kept very small and the valve 20 can still be opened reliably and quickly enough. In addition, the slow movement of the pin 34, the wear of the valve 20 can be kept small.
  • the reference value I_REF relative to the initial value and the end value I_0 I_F the current can be positioned by the duty cycle of the pulse width modulated stream into entspre ⁇ chender way is adjusted.
  • an adjustment of the reference value of the current through a I_REF An ⁇ adjustment of the slope of the current curve from the initial value I 0 of the current can be achieved to the final value of the current IF.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern eines Ventils (20), das aufweist eine Feder (32) mit einer Federkraft (F_1), einen Aktuator (42) mit einer entgegen der Federkraft (F_1) wirkenden Aktuatorkraft (F_2), und einen Stift (34), der mittels des Aktuators (42) betätigbar ist. Für ein Öffnen des Ventils (20) wird in einem ersten Betriebsmodus dem Aktuator (42) ein Strom (I) mit einem vorgegebenen Verlauf aufgeprägt ausgehend von einem Anfangswert (I_0) des Stroms, bei dem der Stift (34) in einer Position ist, in der er das Schließen des Ventils (20) erlaubt, Messwerte (I_AV) des Stroms werden zeitlich aufeinander folgend ermittelt, ein Referenzwert (I_REF) des Stroms nimmt den aktuellen Messwert (I_AV) des Stroms an, sobald der Verlauf der Messwerte (I_AV) des Stroms von dem Aktuator (42) aufgeprägten Verlauf des Stroms in einem vorgegebenen Maße abweicht. Der Referenzwert (I_REF) des Stroms ist repräsentativ dafür, dass die Aktuatorkraft (F_2) gleich der Federkraft (F_l) ist. In einem zweiten Betriebsmodus wird dem Aktuator (42) ein Strom mit einem vorgegebenen Verlauf aufgeprägt ausgehend von dem Anfangswert (I_0) des Stroms bis zu einem Endwert (I_F) des Stroms. Der Referenzwert (I_REF) liegt zwischen dem Anfangswert (I_0) und dem Endwert (I_F) des Stroms. Der Stift (34) ist bei dem Endwert (I_F) des Stroms in einer Position, in der er das Schließen des Ventils (20) nicht erlaubt.

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zum Steuern eines Ventils
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern eines Ventils.
Vorzugsweise wird ein derartiges Ventil in einer Hochdruck¬ pumpe zur Förderung von Fluid für ein Speichereinspritzsystem für Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen verwendet.
Derartige Ventile unterliegen starken Beanspruchungen, insbesondere wenn sie Dauerbelastungen, wie zum Beispiel in Hochdruckpumpen, ausgesetzt sind. Da Hochdruckpumpen Drücken von beispielsweise 2000 bar oder mehr ausgesetzt sind, werden ho¬ he Anforderungen an die Ventile in derartigen Pumpen gestellt. Sowohl beim Schließen als auch beim Öffnen dieser Ventile können Geräusche auftreten.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern eines Ventils zu schaffen, mit dem beziehungsweise mit der ein präziser und kostengünstiger Betrieb des Ventils ermöglicht ist.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die Erfindung zeichnet sich aus durch ein Verfahren und eine korrespondierende Vorrichtung zum Steuern eines Ventils. Das Ventil weist auf eine Feder mit einer Federkraft, einen Ak- tuator mit einer entgegen der Federkraft wirkenden Aktuatork- raft, und einen Stift, der mittels des Aktuators betätigbar ist. Für ein Offnen des Ventils wird dem Aktuator m einem ersten Betriebsmodus ein Strom mit einem vorgegebenen nicht konstanten Verlauf aufgeprägt ausgehend von einem Anfangswer des Stroms, bei dem der Stift in einer Position ist, in der er das Schließen des Ventils erlaubt. Messwerte des Stroms werden zeitlich aufeinander folgend ermittelt, ein Referenzwert des Stroms nimmt den aktuellen Messwert des Stroms an, sobald der Verlauf der Messwerte des Stroms von dem Aktuator aufgeprägten Verlauf des Stroms in einem vorgegebenen Maße abweicht. Der Referenzwert des Stroms ist repräsentativ da¬ für, dass die Aktuatorkraft gleich der Federkraft ist. In ei nem zweiten Betriebsmodus wird dem Aktuator ein Strom mit ei nem vorgegebenen nicht konstanten Verlauf aufgeprägt ausge¬ hend von dem Anfangswert des Stroms bis zu einem Endwert des Stroms. Der Referenzwert liegt zwischen dem Anfangswert und dem Endwert des Stroms. Der Stift ist bei dem Endwert des Stroms in einer Position, in der er das Schließen des Ventil nicht erlaubt.
Das Abweichen des Verlaufs der Messwerte des Stroms von dem Aktuator aufgeprägten Verlauf des Stroms in einem vorgegebenen Maße bedeutet, dass eine Differenz des Messwerts des Stroms von dem Wert des aufgeprägten Stroms einen vorgegebe¬ nen Schwellwert überschreitet.
Dies hat den Vorteil, dass das Ventil derart langsam geöffnet werden kann, dass die Geräuschentwicklung des Ventils klein gehalten und dennoch ein zuverlässiges und ausreichend ra¬ sches Öffnen des Ventils erreicht werden kann. Des Weiteren kann ein Verschleiß des Ventils klein gehalten werden. Darüber hinaus ist eine kostengünstige Ausführung des Ventils möglich . In einer vorteilhaften Ausführungsform wird in dem ersten Betriebsmodus dem Aktuator ein Strom mit einem vorgegebenen linearen Verlauf aufgeprägt, ein aktueller Wert einer zeitli¬ chen Veränderung des Stroms abhängig von zwei aufeinander folgenden Messwerten des Stroms bestimmt, ein Referenzwert des Stroms nimmt den aktuellen Messwert des Stroms an, sobald der aktuelle Wert der zeitlichen Veränderung des Stroms von einem vorhergehenden Wert der zeitlichen Veränderung des Stroms in einem vorgegebenen Maße abweicht, und in dem zwei¬ ten Betriebsmodus wird dem Aktuator ein Strom mit einem vorgegebenen linearen Verlauf aufgeprägt.
Das Abweichen des aktuellen Werts der zeitlichen Veränderung des Stroms von einem der vorhergehenden Werte der zeitlichen Veränderung des Stroms in einem vorgegebenen Maße bedeutet, dass eine Differenz des aktuellen Werts der zeitlichen Veränderung des Stroms von einem der vorhergehenden Werte der zeitlichen Veränderung des Stroms einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Feder ausgebildet zum Öffnen des Ventils. In dem ersten Betriebsmo¬ dus nimmt der aufgeprägte Strom linear ab ausgehend von dem Anfangswert des Stroms. Für den Anfangswert des Stroms ist die Aktuatorkraft größer als die Federkraft. In dem zweiten Betriebsmodus nimmt der aufgeprägte Strom linear ab ausgehend von dem Anfangswert des Stroms, und der Endwert ist kleiner als der Referenzwert. Dies hat den Vorteil, dass die Ge¬ räuschentwicklung eines stromlos offenen Ventils klein gehalten und ein zuverlässiges und zeitlich angemessenes Öffnen des stromlos offenen Ventils erreicht werden kann. Des Weite¬ ren kann der Verschleiß des stromlos offenen Ventils klein gehalten werden. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird der aufgeprägte Strom abhängig von einer Pulsweitenmodulation eingestellt. Dies hat den Vorteil, dass der aufgeprägte Strom in sehr einfacher Weise eingestellt werden kann.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind Zeitpunkte zum Ermitteln der Messwerte des Stroms abhängig von Zeitpunkten von Maxima des pulsweitenmodulierten Stroms. Dies hat den Vorteil, dass in sehr einfacher Weise ein Bestimmen eines Werts einer zeitlichen Veränderung des Stroms abhängig von zwei aufeinander folgenden Messwerten des Stroms sichergestellt werden kann.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist eine Frequenz der Pulsweitenmodulation abhängig von Zeitpunkten zum Ermitteln der Messwerte des Stroms. Dies hat den Vorteil, dass die Zeitpunkte zum Ermitteln der Messwerte des Stroms entsprechend den Anforderungen für die Messung vorgegeben werden können, und die Frequenz der Pulsweitenmodulation diesen Messwerten angepasst werden kann, so dass beispielsweise die Zeitpunkte der Maxima des pulsweitenmodulierten Stroms den Zeitpunkten zum Ermitteln der Messwerte des Stroms entsprechen können.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform werden die Messwerte des Stroms abhängig von einer Spannung an einem Nebenschlusswiderstand ermittelt. Dies stellt eine besonders einfache Möglichkeit dar, den Strom zuverlässig zu messen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird der Referenzwert des Stroms bestimmt abhängig von einer Temperatur eines Fluids in dem Ventil oder in einem vorgegebenen Bereich des Ventils. Dies hat den Vorteil, dass Referenzwerte des Stroms unter verschiedenen insbesondere temperaturabhängigen Betriebsbedingungen des Ventils ermittelt werden können.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das Ventil in einem Einspritzsystem einer Brennkraftmaschine angeordnet, und der Referenzwert des Stroms wird bestimmt ab¬ hängig von Kennwerten der Brennkraftmaschine. Dies hat den Vorteil, dass Referenzwerte des Stroms unter verschiedenen Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine ermittelt werden können .
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird der Referenzwert des Stroms in einem betriebspunktabhängigen Kennfeld abgelegt. Dies hat den Vorteil, dass die Referenzwerte des Stroms für verschiedene Betriebsbedingungen des Ventils beziehungsweise der Brennkraftmaschine insbesondere im Rahmen des ersten Betriebsmodus abgespeichert werden können und für den jeweils aktuellen Betriebszustand des Ventils beziehung¬ sweise der Brennkraftmaschine während des zweiten Betriebsmo¬ dus zur Anwendung kommen können.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform werden der Anfangswert des Stroms und der Endwert des Stroms derart vor¬ gegeben, dass der Referenzwert des Stroms das arithmetische Mittel des Anfangswerts und des Endwerts ist. Dies hat den Vorteil, dass der Referenzwert des Stroms sehr sicher in der Mitte zwischen dem Anfangswert, für den die Aktuatorkraft größer ist als die Federkraft, und dem Endwert, für den das Ventil gerade geöffnet ist, liegt. Damit ist ein sehr robus¬ tes Steuern des Ventils möglich. Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand von schematischen Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Ansicht einer Pumpe mit einem Ven¬ til in einem Längsschnitt,
Figur 2 eine schematische Ansicht des Ventils in einem Längs¬ schnitt,
Figur 3 eine schematische Ansicht des Ventils in drei Be- triebszuständen, und
Figur 4 eine schematische Ansicht von Stromverläufen beim
Steuern des Ventils.
Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Figur 1 zeigt eine Pumpe 10 mit einem Pumpengehäuse 12. Die Pumpe 10 ist insbesondere als Hochdruckpumpe, vorzugsweise als Radialkolbenpumpe ausgebildet. In dem Pumpengehäuse 12 ist ein Pumpenkolben 14 bewegbar gelagert. In dem Pumpengehäuse 12 befindet sich an einem Ende des Pumpenkolbens 14 ein Druckraum 16. Um den Druckraum 16 mit Fluid befüllen zu können, weist dieser eine Zulaufleitung 18 auf, in der vorzugsweise ein als Einlassventil ausgebildetes Ventil 20 angeord¬ net ist. Das als Einlassventil ausgebildete Ventil 20 ist vorzugsweise als digital geschaltetes Ventil ausgebildet. Das Ventil 20 erleichtert die Befüllung des Druckraums 16 und verhindert beim Befüllen das Zurückströmen des Fluids aus der Zulaufleitung 18. Der Druckraum 16 weist weiter eine Ablauf- leitung 22 auf, in der ein als Auslassventil ausgebildetes weiteres Ventil 24 angeordnet ist. Damit kann Fluid aus dem Druckraum 16 ausgestoßen werden.
Die Pumpe 10 weist weiter eine Antriebswelle 26 auf, die mit einem Exzenterring 28 in Wirkverbindung steht und in einer Drehrichtung D im Uhrzeigersinn drehbar ist. Anstelle des Exzenterrings 28 kann auch eine Nockenwelle eingesetzt werden. Alternativ kann die Pumpe 10 auch als Kurbeltriebpumpe ausge¬ führt sein.
Figur 2 zeigt das Ventil 20 mit einem Ventilgehäuse 29, das eine Ausnehmung 30 aufweist. In der Ausnehmung 30 sind eine Feder 32, ein Stift 34 und ein Dichtelement 36 angeordnet. Die Feder 32 spannt das Dichtelement 36 über den Stift 34 vor, indem sie sich an einer Wand der Ausnehmung 30 abstützt. Der Stift 34 hat einen ersten zylinderförmigen Teil 34a und einen zweiten zylinderförmigen Teil 34b, wobei der erste Teil 34a einen größeren Durchmesser aufweist als der zweite Teil 34b.
In der Ausnehmung 30 befindet sich weiter ein gegenüber dem Ventilgehäuse 29 fest angeordneter Dichtsitz 38, der Durch- gangsausnehmungen 40 aufweist. Über die Durchgangsausnehmun- gen 40 kann Fluid strömen, wenn das Dichtelement 36 nicht an dem Dichtsitz 38 anliegt.
Das Ventil 20 weist weiter einen Aktuator 42 auf, der insbe¬ sondere als Magnetspule ausgebildet ist. Der erste Teil 34a des Stifts 34 ist innerhalb des Aktuators 42 angeordnet und kann von dem Aktuator 42 betätigt werden. Im Folgenden soll die Funktionsweise der Pumpe 10 und des Ventils 20 beschrieben werden:
Durch eine Drehbewegung der Antriebswelle 26 in einer Drehrichtung D wird der Pumpenkolben 14 mittels des Exzenterrings 28 zu der Antriebswelle 26 hin bewegt, bis er einen unteren Totpunkt erreicht. Dabei öffnet das Ventil 20 aufgrund einer Federkraft F_l der Feder 32 und der Druckdifferenz vor und hinter dem Ventil 20. Das Dichtelement 36 hebt von dem Dicht¬ sitz 38 ab (Figur 3) . Der Druckraum 16 wird nun mit Fluid befüllt. Durch eine weitere Drehbewegung der Antriebswelle 26 in der Drehrichtung D wird der Pumpenkolben 14 durch den Exzenterring 28 von der Antriebswelle 26 weg bewegt und ver¬ dichtet dabei das in dem Druckraum 16 befindliche Fluid. Zu einem vorgegebenen Zeitpunkt wird das Ventil 20 durch Anlegen eines Stroms an den Aktuator 42 geschlossen, wodurch eine entgegen der Federkraft F_l wirkende Aktuatorkraft F_2 auf den Stift 34 wirken kann. Durch die Bewegung des Stifts 34 in Richtung der Aktuatorkraft F_2 und der herrschenden Druckverhältnisse vor und hinter dem Ventil 20 kann sich das Dicht¬ element 36 an den Dichtsitz 38 anlegen, und eine Fluidströ- mung durch die Durchgangsausnehmungen 40 ist unterbunden. Das in den Druckraum 16 verdichtete Fluid kann nun vollständig über das als Auslassventil ausgebildete weitere Ventil 24 aus der Pumpe 10 ausgestoßen werden. Der Pumpenkolben 14 hat nun einen oberen Totpunkt erreicht.
Handelt es sich bei der Pumpe 10 um eine Kraftstoffhochdruckpumpe einer Einspritzanlage einer Brennkraftmaschine, so kann der mit hohem Druck beaufschlagte Kraftstoff zu einem als HochdruckkraftstoffSpeicher ausgebildeten Fluidspeicher, dem so genannten Common Rail, gelangen. Sowohl beim Öffnen als auch beim Schließen des Ventils 20 können aufgrund mechanischer und hydraulischer Ursachen Geräusche an dem Ventil 20 auftreten. Die beim Öffnen des Ventils 20 auftretenden Geräusche werden im Folgenden anhand von Figur 3 beschrieben. Beim Öffnen des Ventils gelangt in einem ersten Schritt das Dichtelement 36 in Anschlag mit dem Ven¬ tilgehäuse 29 (Figur 3A) , wodurch ein erstes Geräusch auftreten kann. Das Dichtelement 36 kann sich nach dem Kontakt mit dem Ventilgehäuse 29 wieder in Richtung auf den Stift 34 zu bewegen, während der Stift 34 seinerseits durch die Feder¬ kraft F_l der Feder 32 auf das Dichtelement 36 zu bewegt wird. Treffen das Dichtelement 36 und der Teil 34a des Stifts 34 aufeinander, so kann ein weiteres Geräusch auftreten (Figur 3B) . Im Folgenden wird der Stift 34 durch die Federkraft F_l der Feder 32 gegen den Dichtsitz 38 bewegt. Trifft das Teil 34b des Stifts 34 auf den Dichtsitz 38 auf, so kann ein weiteres Geräusch entstehen (Figur 3C) .
Im Folgenden soll das Steuern des Ventils 20 für ein stromlos offenes Ventil im Detail dargestellt werden (Figur 4) . Es versteht sich, dass dies in entsprechender Weise auf ein stromlos geschlossenes Ventil angewendet werden kann.
Für ein Öffnen des Ventils 20 wird dem Aktuator 42 in einem ersten Betriebsmodus ein Strom mit einem vorgegebenen Verlauf aufgeprägt. Der erste Betriebsmodus, kann auch als Detekti- onsmodus bezeichnet werden. Der aufgeprägte Strom nimmt aus¬ gehend von einem Anfangswert I_0 ab. Für den Anfangswert I_0 des Stroms ist die Aktuatorkraft F_2 größer als die Feder¬ kraft F_l . Damit wird der Stift 34 entgegen der Federkraft F_l in Richtung auf die Feder 32 hin gedrückt. Das Ventil 20 kann in diesem Zustand geschlossen sein. Ist das Ventil 20 in der Pumpe 10 angeordnet, so nimmt der aufgeprägte Strom den Anfangswert I_0 an, wenn der Pumpenkolben 14 den oberen Totpunkt erreicht.
Die in Figur 4 hoch aufgelöste Darstellung des Verlaufs des Stroms zeigt auch durch eine Pulsweitenmodulation bedingte Schwankungen des Stroms. Grundsätzlich ist der Verlauf des Stroms jedoch als linear zu verstehen, und der lineare Verlauf des Stroms wird lediglich von den vergleichsweise sehr kleinen Schwankungen der Pulsweitenmodulation überlagert.
Im Folgenden werden Messwerte I_AV des Stroms zeitlich aufeinanderfolgend ermittelt. Abhängig von zwei aufeinanderfolgenden Messwerten I_AV des Stroms wird ein aktueller Wert I_grad einer zeitlichen Veränderung des Stroms bestimmt. Der Strom wird so lange in linearer Weise reduziert, bis der aktuelle Wert I_grad der zeitlichen Veränderung des Stroms von einem vorhergehenden Wert I_grad_p der zeitlichen Veränderung des Stroms in einem vorgegebenen Maße abweicht, das heißt, dass die Abweichung zwischen dem aktuellen Wert I_grad der zeitlichen Veränderung des Stroms zu dem vorhergehenden Wert
I_grad_p der zeitlichen Veränderung des Stroms einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet. Eine derartige Situation ist in dem vergrößerten Ausschnitt der Figur 4 dargestellt, wobei der aktuelle Wert I_grad der zeitlichen Veränderung des
Stroms hier einen positiven Wert annimmt, während der vorhergehende Wert I_grad_p der zeitlichen Veränderung des Stroms einen negativen Wert aufweist. Die Änderung des Werts I_grad der zeitlichen Veränderung des Stroms gegenüber den vorhergehenden Werten I_grad_p der zeitlichen Veränderung des Stroms wird verursacht durch eine Induktion eines Gegenstroms in dem Aktuator 42 aufgrund einer Bewegung des Stifts 34 in Richtung der Federkraft F_l . Ein Referenzwert I_REF des Stroms nimmt nun den aktuellen Messwert I AV des Stroms an. Der Referenz- wert I_REF des Stroms ist repräsentativ dafür, dass die Ak- tuatorkraft F_2 gleich der Federkraft F_l ist.
Vorzugsweise wird der aufgeprägte Strom abhängig von einer Pulsweitenmodulation eingestellt. Insbesondere ist es vor¬ teilhaft, wenn Zeitpunkte zum Ermitteln der Messwerte I_AV des Stroms abhängig sind von Zeitpunkten der Maxima des puls- weitenmodulierten Stroms. Der Wert I_grad der zeitlichen Veränderung des Stroms kann in diesem Fall aus der Differenz von zwei aufeinanderfolgenden Spitzenwerten des pulsweitenmodu- lierten Stroms ermittelt werden, wie dies insbesondere in Fi¬ gur 4 zu sehen ist.
Die Frequenz der Pulsweitenmodulation kann den gewünschten Zeitpunkt zum Ermitteln der Messwerte I_AV des Stroms ange- passt werden. Damit ist es insbesondere möglich, den Abstand der Maxima des pulsweitenmodulierten Stroms an die gewünschten Messpunkte zum Ermitteln der Messwerte I_AV des Stroms anzupassen .
Besonders vorteilhaft ist, wenn die Messwerte I_AV des Stroms durch eine Spannungsmessung an einen Nebenschlusswiderstand ermittelt werden.
Der erste als Detektionsmodus bezeichnete Betriebsmodus kann insbesondere abhängig von Umgebungsbedingungen, wie der Temperatur des Ventils 20 oder einer Temperatur eines Fluids in dem Ventil 20 oder abhängig von Kennwerten der Brennkraftmaschine, wie zum Beispiel der Drehzahl oder der Laufzeit der Brennkraftmaschine durchgeführt werden. Die Speicherung der für die verschiedenen Betriebszustände des Ventils 20 oder der Brennkraftmaschine ermittelten Referenzwerte I_REF des Stroms kann durch Ablegen in einem betriebspunktabhängigen Kennfeld erfolgen. Damit können die Referenzwerte I_REF des Stroms für verschiedene Betriebsbedingungen des Ventils 20 beziehungsweise der Brennkraftmaschine im Rahmen des ersten Betriebsmodus abgespeichert werden.
In einem zweiten Betriebsmodus, der auch als Arbeitsmodus be¬ zeichnet wird, wird dem Aktuator 42 der Strom mit einem vorgegebenen Verlauf aufgeprägt. Der Strom nimmt wiederum linear ab ausgehend von dem Ausgangswert I_0, bei dem die Aktuatork- raft F_2 größer ist als die Federkraft F_l . Die lineare Ab¬ nahme des Stroms erfolgt nunmehr bis zu einem Endwert I_F des Stroms. Der Endwert I_F des Stroms ist kleiner als der Refe¬ renzwert I_REF. Ist das Ventil 20 in der Pumpe 10 angeordnet, so nimmt der aufgeprägte Strom den Endwert I_F an, wenn der Pumpenkolben 14 nahe dem unteren Totpunkt ist.
Der Endwert I_F ist repräsentativ dafür, dass der Stift 34 in einer Position ist, in der er das Schließen des Ventils 20 nicht erlaubt. Anders ausgedrückt bedeutet dies, dass die Fe¬ derkraft F_l nur wenig größer als die Aktuatorkraft F_2 ist. Der Stift 34 kann in sanfter Weise mit dem Dichtelement 36 in Kontakt gelangen, und so die Position des Dichtelements 36 gegenüber dem Dichtsitz 38 festlegen, wodurch das Ventil 20 wirksam offen gehalten werden kann. Durch die langsame Bewegung des Stifts 34 kann die Geräuschentwicklung des Ventils 20 sehr klein gehalten werden und das Ventil 20 dennoch zuverlässig und ausreichend rasch geöffnet werden. Durch die langsame Bewegung des Stifts 34 kann darüber hinaus der Verschleiß des Ventils 20 klein gehalten werden.
Besonders vorteilhaft ist, wenn der Anfangswert I_0 des
Stroms und der Endwert I_F des Stroms derart vorgegeben wer¬ den, dass der Referenzwert I_REF des Stroms mittig zwischen dem Anfangswert I_0 und dem Endwert I_F liegt. Damit ist eine sehr robuste Regelung des Ventils 20 möglich. Insbesondere kann der Referenzwert I_REF relativ zu dem Anfangswert I_0 und dem Endwert I_F des Stroms positioniert werden, indem das Tastverhältnis des pulsweitenmodulierten Stroms in entspre¬ chender Weise angepasst wird. Insbesondere lässt sich eine Anpassung des Referenzwerts I_REF des Stroms durch eine An¬ passung der Steigung des Stromverlaufs von dem Anfangswert I 0 des Stroms zu dem Endwert I F des Stroms erreichen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Steuern eines Ventils (20), das aufweist ei¬ ne Feder (32) mit einer Federkraft (F_l), einen Aktuator (42) mit einer entgegen der Federkraft (F_l) wirkenden Aktuatork- raft (F_2), und einen Stift (34), der mittels des Aktuators (42) betätigbar ist,
bei dem für ein Öffnen des Ventils (20) in einem ersten Betriebsmodus
- dem Aktuator (42) ein Strom mit einem vorgegebenen nicht konstanten Verlauf aufgeprägt wird ausgehend von einem An¬ fangswert (I_0) des Stroms, bei dem der Stift (34) in einer Position ist, in der er das Schließen des Ventils (20) erlaubt,
- Messwerte (I_AV) des Stroms zeitlich aufeinander folgend ermittelt werden,
- ein Referenzwert (I_REF) des Stroms den aktuellen Messwert (I_AV) des Stroms annimmt, sobald der Verlauf der Messwerte (I_AV) des Stroms von dem Aktuator (42) aufgeprägten Verlauf des Stroms in einem vorgegebenen Maße abweicht, wobei der Re¬ ferenzwert (I_REF) des Stroms repräsentativ ist dafür, dass die Aktuatorkraft (F_2) gleich der Federkraft (F_l) ist, und bei dem in einem zweiten Betriebsmodus
- dem Aktuator (42) ein Strom mit einem vorgegebenen nicht konstanten Verlauf aufgeprägt wird ausgehend von dem Anfangs¬ wert (I_0) des Stroms bis zu einem Endwert (I_F) des Stroms, wobei der Referenzwert (I_REF) zwischen dem Anfangswert (I_0) und dem Endwert (I_F) des Stroms liegt, und der Stift (34) bei dem Endwert (I_F) des Stroms in einer Position ist, in der er das Schließen des Ventils (20) nicht erlaubt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem in dem ersten Betriebsmodus - dem Aktuator (42) ein Strom mit einem vorgegebenen linearen Verlauf aufgeprägt wird,
- ein aktueller Wert (I_grad) einer zeitlichen Veränderung des Stroms abhängig von zwei aufeinander folgenden Messwerten (I_AV) des Stroms bestimmt wird,
- der Referenzwert (I_REF) des Stroms den aktuellen Messwert (I_AV) des Stroms annimmt, sobald der aktuelle Wert (I_grad) der zeitlichen Veränderung des Stroms von einem vorhergehenden Wert (I_grad_p) der zeitlichen Veränderung des Stroms in einem vorgegebenen Maße abweicht, und
bei dem in dem zweiten Betriebsmodus
- dem Aktuator (42) ein Strom mit einem vorgegebenen linearen Verlauf aufgeprägt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Feder (32) ausgebildet ist zum Öffnen des Ventils (20),
bei dem in dem ersten Betriebsmodus
- der aufgeprägte Strom linear abnimmt ausgehend von dem An¬ fangswert (I_0) des Stroms, und für den Anfangswert (I_0) des Stroms die Aktuatorkraft (F_2) größer ist als die Federkraft (F_l), und bei dem in dem zweiten Betriebsmodus
- der aufgeprägte Strom linear abnimmt ausgehend von dem An¬ fangswert (I_0) des Stroms, und
- der Endwert (I_F) kleiner ist als der Referenzwert (I_REF) .
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der aufgeprägte Strom abhängig von einer Pulsweitenmodulation eingestellt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem Zeitpunkte zum Ermitteln der Messwerte (I_AV) des Stroms abhängig sind von Zeit¬ punkten von Maxima des pulsweitenmodulierten Stroms.
6. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem eine Frequenz der Pulsweitenmodulation abhängig ist von Zeitpunkten zum Ermitteln der Messwerte (I_AV) des Stroms.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Messwerte (I_AV) des Stroms abhängig von einer Spannung an einem Nebenschlusswiderstand ermittelt werden.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Referenzwert (I_REF) des Stroms bestimmt wird abhängig von einer Temperatur eines Fluids in dem Ventil (20) oder in einem vorgegebenen Bereich des Ventils (20) .
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Ventil (20) in einem Einspritzsystem einer Brennkraftmaschine angeordnet ist, und der Referenzwert (I_REF) des
Stroms bestimmt wird abhängig von Kennwerten der Brennkraft¬ maschine .
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Referenzwert (I_REF) des Stroms in einem betriebs¬ punktabhängigen Kennfeld abgelegt wird.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Anfangswert (I_0) des Stroms und der Endwert (I_F) des Stroms derart vorgegeben werden, dass der Referenzwert
(I_REF) des Stroms das arithmetische Mittel des Anfangswerts
(I_0) und des Endwerts (I_F) ist.
12. Vorrichtung zum Steuern eines Ventils (20), das aufweist eine Feder (32) mit einer Federkraft (F_l), einen Aktuator (42) mit einer entgegen der Federkraft (F_l) wirkenden Aktua- torkraft (F 2), und einen Stift (34), der mittels des Aktua- tors (42) betätigbar ist, wobei die Vorrichtung ausgebildet in einem ersten Betriebsmodus
- dem Aktuator (42) einen Strom mit einem vorgegebenen nicht konstanten Verlauf aufzuprägen ausgehend von einem Anfangswert (I_0) des Stroms, bei dem der Stift (34) in einer Posi¬ tion ist, in der er das Schließen des Ventils (20) erlaubt,
- zum Ermitteln von zeitlich aufeinander folgenden Messwerten (I_AV) des Stroms,
- zum Annehmen des aktuellen Messwerts (I_AV) des Stroms durch einen Referenzwert (I_REF) des Stroms, sobald der Ver¬ lauf der Messwerte (I_AV) des Stroms von dem Aktuator (42) aufgeprägten Verlauf des Stroms in einem vorgegebenen Maße abweicht, wobei der Referenzwert (I_REF) des Stroms repräsen¬ tativ ist dafür, dass die Aktuatorkraft (F_2) gleich der Fe¬ derkraft (F_l) ist, und
in einem zweiten Betriebsmodus
- dem Aktuator ein Strom mit einem vorgegebenen nicht konstanten Verlauf aufzuprägen ausgehend von dem Anfangswert (I_0) bis zu einem Endwert (I_F) des Stroms, wobei der Refe¬ renzwert (I_REF) zwischen dem Anfangswert (I_0) und dem End¬ wert (I_F) des Stroms liegt, und der Stift (34) bei dem End¬ wert (I_F) des Stroms in einer Position ist, in der er das Schließen des Ventils (20) nicht erlaubt.
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