WO2015150049A1 - Verfahren und vorrichtung zur überwachung der temperatur des spulendrahtes eines magnetventils - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur überwachung der temperatur des spulendrahtes eines magnetventils Download PDF

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Dmitriy KOGAN
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    • G01K2217/00—Temperature measurement using electric or magnetic components already present in the system to be measured

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for monitoring the temperature of the coil wire of a solenoid valve.
  • solenoid valves are often used. In the operation of these solenoid valves, there is a risk that the
  • a disadvantage of this approach is that from a temperature sensor that is mounted on the housing of the solenoid valve, measured temperature did not corresponding ⁇ outlying temperature of the coil wire, but at best an approximate value of the actual coil temperature.
  • the object of the invention is to provide a method for monitoring the temperature of the coil wire of a solenoid valve, in which the actual temperature of the coil wire can be better detected than in known methods.
  • This object is achieved by a method having the features specified in claim 1.
  • Advantageous embodiments and further developments of the invention are specified in the dependent claims 2-6.
  • the claim 7 has a device for monitoring the temperature of the coil wire of a solenoid valve to the object.
  • the temperature of the coil wire of a solenoid valve is monitored by evaluating a drive signal which is successive
  • This reduction of the current flowing through the coil wire can be achieved in a simple manner by changing the duty ratio of the pulses of the pulse train or by a
  • the advantages of the invention consist in particular in that the coil wire temperature is measured directly and accurately than with known methods in which the coil wire ⁇ temperature is detected by means of a coil mounted on the housing temperature sensor.
  • OF INVENTION ⁇ is exceeded a critical Prevented table limit temperature of the coil wire and there ⁇ always ensured with the function of the solenoid valve.
  • the method of the present invention has a higher reliability than the known methods in which Tempe ⁇ ratursensoren be used, since the need for additional components mentioned above is eliminated and consequently, the failure probability of the entire system is reduced.
  • reaction time is re ⁇ cuted to occur in the operation of the solenoid valve ⁇ change in temperature of the coil wire.
  • FIG. 1 is a block diagram of an apparatus for monitoring the temperature of the coil wire of a magnetic valve ⁇
  • FIG. 2 shows a flowchart for illustrating a method for monitoring the temperature of the coil wire of a solenoid valve
  • FIG. 3 shows a sketch of an exemplary embodiment of the control signal used in the method according to the invention
  • Figure 4 is a sketch to illustrate different
  • FIG. 1 shows a block diagram of a device for monitoring the temperature of the coil wire of a solenoid valve.
  • This device comprises a voltage source 1, a solenoid valve 2, a control and regulation unit 3 and a
  • the voltage source 1, the control and regulating ⁇ unit 3 and the switch 4 form an electronic Cont ⁇ roll unit ECU.
  • the voltage source 1 provides at its output a DC ⁇ voltage ready, which causes a current flow through the solenoid coil 2 a of the solenoid valve 2 via the switch 4.
  • the current flowing through the solenoid valve 2 is supplied to the control and regulation unit 3, in which a measurement of the current, a calculation of the current gradient and an evaluation of the calculated current gradient takes place.
  • the control and regulating unit 3 comprises a microcomputer, is to ih ⁇ rem output a switch control signal s is available, is driven by means of which the switch. 4
  • the control of the switch 4 by means of a drive signal, which will be explained in more detail with reference to the other figures.
  • the device described above is used in the vorlie ⁇ ing invention for carrying out a method for monitoring the temperature of the coil wire 2a of the magnetic coil 2.
  • FIG. 2 shows a flow chart for illustrating this method for monitoring the temperature of the coil Solenoid wire of a solenoid valve.
  • Ver ⁇ which has alseinan ⁇ derphilosophde drive intervals, a drive signal.
  • a current increase in the coil wire of the solenoid coil causing start pulse predetermined pulse ⁇ duration and the start pulse subsequent, a Tastver mari ⁇ nis having pulse train is provided.
  • step Sl measuring the current intensity is carried I (tl) of the current flowing through the coil wire of the solenoid valve Stro ⁇ mes at a first time tl during the current rise.
  • step S4 in which a predetermined threshold value ⁇ I u for the current gradient with the calculated current gradient is compared.
  • step S5 is entered, in which a reduction of the current flowing through coil wire 2a of the magnetic coil 2 takes place.
  • This reduction of the current flowing through the coil wire ⁇ can be made in an advantageous manner by a change in the switch 4 supplied switch control signal s in the sense of a change in the duty cycle of the pulses of the pulse sequence of the respective drive interval.
  • this reduction of the current flowing through the coil wire can also be made by changing the number of pulses of the pulse train of the respective drive interval.
  • step S4 if the comparison carried out in step S4 shows that the calculated current gradient is greater than the predetermined threshold value ⁇ 1 u or equal to this predetermined value
  • Threshold value ⁇ I u is, then starting from step S5, a direct return to step Sl, so that again in a subsequent drive interval, the steps Sl to S5 can be performed.
  • the predetermined threshold value ⁇ I u for Stromgradi ⁇ ducks is therefore set such that during operation of the solenoid valve is always ensured that an allowable maximum temperature of the coil wire of the solenoid is not exceeded. As a result, overheating of the coil wire and also destruction of the magnetic coil due to overheating of the coil wire is prevented.
  • FIG. 3 shows a sketch of an exemplary embodiment of the drive signal used in the method according to the invention.
  • the voltage U is applied to the top and the time t to the right.
  • the drive signal used has a plurality of drive intervals AI, A2, which are each spaced apart by a pause interval PI, P2.
  • a start pulse Sl is provided, which causes a current increase in the coil ⁇ wire of the solenoid.
  • a pulse sequence IF following the start pulse and having a duty cycle is provided in each of the drive intervals.
  • the pulse duration of the start pulse Sl is greater than the pulse duration of the pulses of the pulse train IF.
  • the duty cycle of the pulses of the pulse train IF can be changed.
  • the number of pulses of the pulse train IF may also be changed. This leads to a change in the Ver ⁇ duration of each pause interval, and also to a change in the duration of a Anticianintervalles.
  • FIG. 4 shows a sketch to illustrate different current gradients.
  • the start pulse SI of a drive interval is shown enlarged.
  • two different current waveforms SV1 and SV2 are illustrated.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung der Temperatur des Spulendrahtes eines Magnetventils. Dabei wird ein Ansteuersignal verwendet, welches aufeinanderfolgende Ansteuerintervalle aufweist, wobei in jedem Ansteuerintervall ein einen Stromanstieg im Spulendraht der Magnetspule bewirkender Startimpuls vorgegebener Impulsdauer und eine dem Startimpuls nachfolgende, ein Tastverhältnis aufweisende Impulsfolge vorgesehen ist. Es erfolgt eine Messung der Stromstärke des durch den Spulendraht des Magnetventils fließenden Stromes zu zwei unterschiedlichen Zeitpunkten während des Stromanstieges und eine nachfolgende Berechnung des Stromgradienten aus den gemessenen Stromstärken. Anschließend wird ein vorgegebener Schwellenwert für den Stromgradienten mit dem berechneten Stromgradienten verglichen. Ist der berechnete Stromgradient kleiner als der vorgegebene Stromgradient, dann erfolgt ein Reduzieren des durch den Spulendraht fließenden Stromes, um einer Überhitzung des Spulendrahtes des Magnetventils vorzubeugen.

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung der Temperatur des Spulendrahtes eines Magnetventils
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung der Temperatur des Spulendrahtes eines Magnetven- tils.
Zur Regelung und Steuerung eines Volumenstroms, beispielswei¬ se des Kraftstoffvolumenstroms eines Common-Rail-Diesel- Einspritzsystems , werden oftmals Magnetventile eingesetzt. Im Betrieb dieser Magnetventile besteht die Gefahr, dass die
Temperatur des Spulendrahtes des jeweiligen Magnetventils ei¬ ne zulässige Maximaltemperatur übersteigt. Dies kann zu einer Störung der Funktionsweise des Magnetventils und auch zu ei¬ ner Zerstörung des Magnetventils führen.
Um dies zu vermeiden, ist es bereits bekannt, einen die Spu¬ lentemperatur charakterisierenden Temperaturwert mittels eines Temperatursensors zu messen, der auf dem Gehäuse der Spu¬ le des Magnetventils angebracht ist.
Ein Nachteil dieser Vorgehensweise besteht darin, dass die von einem Temperatursensor, der auf dem Gehäuse des Magnetventils angebracht ist, gemessene Temperatur nicht der tat¬ sächlichen Temperatur des Spulendrahtes entspricht, sondern allenfalls einem angenäherten Wert der tatsächlichen Spulentemperatur .
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Überwachung der Temperatur des Spulendrahtes eines Magnetven- tils anzugeben, bei welchem die tatsächliche Temperatur des Spulendrahtes besser erfasst werden kann als bei bekannten Verfahren . Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen 2 - 6 angegeben. Der Patentanspruch 7 hat eine Vorrichtung zur Überwachung der Temperatur des Spulendrahtes eines Magnetventils zum Gegenstand.
Gemäß der vorliegenden Erfindung erfolgt eine Überwachung der Temperatur des Spulendrahtes eines Magnetventils durch Aus- wertung eines Ansteuersignais, welches aufeinanderfolgende
Ansteuerintervalle aufweist, wobei in jedem Ansteuerintervall ein einen Stromanstieg im Spulendraht der Magnetspule bewir¬ kender Startimpuls vorgegebener Impulsdauer und eine dem Startimpuls nachfolgende, ein Tastverhältnis aufweisende Im- pulsfolge vorgesehen ist. Es erfolgt ein Messen der Stromstärke des durch den Spulendraht des Magnetventils fließenden Stromes zu einem ersten Zeitpunkt während der Dauer des
Stromanstiegs, ein Messen der Stromstärke des durch den Spu¬ lendraht des Magnetventils fließenden Stromes zu einem zwei- ten Zeitpunkt während der Dauer des Stromanstiegs, ein Be¬ rechnen des Stromgradienten aus den gemessenen Stromstärken, ein Vergleichen eines vorgegebenen Schwellenwertes für den Stromgradienten mit dem berechneten Stromgradienten und eine Reduzierung des durch den Spulendraht fließenden Stromes, wenn der berechnete Stromgradient kleiner ist als der vorge¬ gebene Stromgradient.
Diese Reduzierung des durch den Spulendraht fließenden Stromes kann in einfacher Weise durch eine Veränderung des Tast- Verhältnisses der Impulse der Impulsfolge oder durch eine
Veränderung der Anzahl der Impulse der Impulsfolge vorgenommen werden.
Die Vorteile der Erfindung bestehen insbesondere darin, dass die Spulendrahttemperatur direkt und damit genauer erfasst wird als bei bekannten Verfahren, bei denen die Spulendraht¬ temperatur mittels eines auf dem Spulengehäuse angebrachten Temperatursensors erfasst wird. Durch Anwendung des erfin¬ dungsgemäßen Verfahrens wird einer Überschreitung einer kri- tischen Grenztemperatur des Spulendrahtes vorgebeugt und da¬ mit die Funktion des Magnetventils stets gewährleistet.
Weitere Vorteile der Erfindung bestehen darin, dass der tech- nische Aufwand zur Durchführung des Verfahrens reduziert ist. Im Vergleich zu bekannten Verfahren, bei denen Temperatursensoren zur Anwendung kommen, ist die Anzahl der benötigten Bauteile reduziert. So entfällt insbesondere die Notwendig¬ keit eines Temperatursensors sowie die Notwendigkeit elektri- scher Leitungen und Steckverbindungen, mittels derer der Temperatursensor mit einer Auswerteeinheit verbunden sein muss. Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann die Überwachung der Temperatur des Spulendrahtes eines Magnetventils unter Ver¬ wendung des ohnehin vorhandenen Ansteuerequipments des Mag- netventils erfolgen.
Des Weiteren hat das erfindungsgemäße Verfahren eine höhere Zuverlässigkeit als die bekannten Verfahren, bei denen Tempe¬ ratursensoren zur Anwendung kommen, da die Notwendigkeit der oben genannten zusätzlichen Bauteile entfällt und folglich die Ausfallwahrscheinlichkeit des gesamten Systems reduziert ist .
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass die Reaktionszeit auf eine im Betrieb des Magnet¬ ventils auftretende Temperaturänderung des Spulendrahtes re¬ duziert ist.
Ferner werden durch den Wegfall der Notwendigkeit der oben genannten zusätzlichen Bauteile Kosten eingespart.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus deren nachfolgender beispielhafter Erläuterung anhand der Figuren. Es zeigt
Figur 1 eine Blockdarstellung einer Vorrichtung zur Überwachung der Temperatur des Spulendrahtes eines Magnet¬ ventils, Figur 2 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens zur Überwachung der Temperatur des Spulendrahtes eines Magnetventils, Figur 3 eine Skizze eines Ausführungsbeispiels für das beim erfindungsgemäßen Verfahren verwendete Ansteuersig- nal und
Figur 4 eine Skizze zur Veranschaulichung unterschiedlicher
Stromgradienten.
Die Figur 1 zeigt eine Blockdarstellung einer Vorrichtung zur Überwachung der Temperatur des Spulendrahtes eines Magnetventils. Diese Vorrichtung weist eine Spannungsquelle 1, ein Magnetventil 2, eine Steuer- und Regeleinheit 3 und einen
Schalter 4 auf. Die Spannungsquelle 1, die Steuer- und Regel¬ einheit 3 und der Schalter 4 bilden eine elektronische Kont¬ rolleinheit ECU. Die Spannungsquelle 1 stellt an ihrem Ausgang eine Gleich¬ spannung bereit, die über den Schalter 4 einen Stromfluss durch die Magnetspule 2a des Magnetventils 2 verursacht. Der durch das Magnetventil 2 fließende Strom wird der Steuer- und Regeleinheit 3 zugeführt, in welcher eine Messung des Stro- mes, eine Berechnung des Stromgradienten und eine Auswertung des berechneten Stromgradienten erfolgt. Die Steuer- und Regeleinheit 3, die einen Mikrocomputer aufweist, stellt an ih¬ rem Ausgang ein Schaltersteuersignal s zur Verfügung, mittels welchem der Schalter 4 angesteuert wird. Die Ansteuerung des Schalters 4 erfolgt mittels eines Ansteuersignais, welches nachfolgend anhand der weiteren Figuren näher erläutert wird.
Die vorstehend beschriebene Vorrichtung wird bei der vorlie¬ genden Erfindung zur Durchführung eines Verfahrens zur Über- wachung der Temperatur des Spulendrahtes 2a der Magnetspule 2 verwendet .
Die Figur 2 zeigt ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung dieses Verfahrens zur Überwachung der Temperatur des Spulen- drahtes der Magnetspule eines Magnetventils. Bei diesem Ver¬ fahren wird ein Ansteuersignal verwendet, welches aufeinan¬ derfolgende Ansteuerintervalle aufweist. In jedem dieser An¬ steuerintervalle ist ein einen Stromanstieg im Spulendraht der Magnetspule bewirkender Startimpuls vorgegebener Impuls¬ dauer und eine dem Startimpuls nachfolgende, ein Tastverhält¬ nis aufweisende Impulsfolge vorgesehen.
In einem Schritt Sl erfolgt ein Messen der Stromstärke I(tl) des durch den Spulendraht des Magnetventils fließenden Stro¬ mes zu einem ersten Zeitpunkt tl während des Stromanstieges.
Anschließend erfolgt in einem Schritt S2 ein Messen der
Stromstärke I(t2) des durch den Spulendraht des Magnetventils fließenden Stromes zu einem zweiten Zeitpunkt t2 während des Stromanstieges .
Danach erfolgt in einem Schritt S3 ein Berechnen des Stromgradienten nach folgender Beziehung: = [I (t2) - I (tl) ] / (t2-tl) .
Dann wird zu einem Schritt S4 übergegangen, in welchem ein vorgegebener Schwellenwert ÖIu für den Stromgradienten mit dem berechneten Stromgradienten verglichen wird.
Ergibt dieser Vergleich, dass der berechnete Schwellenwert kleiner ist als der vorgegebene Schwellenwert iim, dann wird zu einem Schritt S5 übergegangen, in welchem eine Reduzierung des durch Spulendraht 2a der Magnetspule 2 fließenden Stromes erfolgt. Diese Reduzierung des durch den Spulendraht fließen¬ den Stromes kann in vorteilhafter Weise durch eine Veränderung des dem Schalter 4 zugeführten Schaltersteuersignals s im Sinne einer Veränderung des Tastverhältnisses der Impulse der Impulsfolge des jeweiligen Ansteuerintervalls vorgenommen werden. Alternativ dazu kann diese Reduzierung des durch den Spulendraht fließenden Stromes auch durch eine Veränderung der Anzahl der Impulse der Impulsfolge des jeweiligen Ansteuerintervalls vorgenommen werden. Nach dieser Reduzierung des durch den Spulendraht des Magnetventils fließenden Stromes im Schritt S5 erfolgt ein Rück- sprung zum Schritt Sl, so dass in einem nachfolgenden An- Steuerintervall erneut die Schritte Sl bis S5 durchgeführt werden können.
Ergibt der im Schritt S4 durchgeführte Vergleich hingegen, dass der berechnete Stromgradient größer ist als der vorge- gebene Schwellenwert ÖIu oder gleich diesem vorgegebenen
Schwellenwert ÖIu ist, dann erfolgt ausgehend vom Schritt S5 ein direkter Rücksprung zum Schritt Sl, so dass in einem nachfolgenden Ansteuerintervall erneut die Schritte Sl bis S5 durchgeführt werden können.
Bei der Erfindung wird davon Gebrauch gemacht, dass der
Stromgradient mit steigender Temperatur des Spulendrahtes ab¬ nimmt. Der vorgegebene Schwellenwert ÖIu für den Stromgradi¬ enten wird deshalb derart vorgegeben, dass im Betrieb des Magnetventils stets sichergestellt ist, dass eine zulässige Maximaltemperatur des Spulendrahtes der Magnetspule nicht überschritten wird. Dadurch wird einer Überhitzung des Spulendrahtes und auch einer Zerstörung der Magnetspule aufgrund einer Überhitzung des Spulendrahtes vorgebeugt.
Die Figur 3 zeigt eine Skizze eines Ausführungsbeispiels für das beim erfindungsgemäßen Verfahren verwendete Ansteuersig- nal . In dieser Skizze ist nach oben die Spannung U und nach rechts die Zeit t aufgetragen. Es ist ersichtlich, dass das verwendete Ansteuersignal mehrere Ansteuerintervalle AI, A2, aufweist, die jeweils durch ein Pausenintervall PI, P2, voneinander beabstandet sind. In jedem dieser Ansteuerintervalle ist ein Startimpuls Sl vorgesehen, der im Spulen¬ draht der Magnetspule einen Stromanstieg bewirkt. Des Weite- ren ist in jedem der Ansteuerintervalle eine dem Startimpuls nachfolgende, ein Tastverhältnis aufweisende Impulsfolge IF vorgesehen. Die Impulsdauer des Startimpulses Sl ist größer als die Impulsdauer der Impulse der Impulsfolge IF. Ergibt die oben beschriebene Auswertung des Stromgradienten, dass der berechnete Stromgradient kleiner ist als der vorgegebene Schwellenwert für den Stromgradienten, dann kann zum Zwecke einer Reduzierung des durch den Spulendraht 2a der Magnetspule 2 fließenden Stromes das Tastverhältnis der Impulse der Impulsfolge IF verändert werden. Alternativ dazu kann zum Zwecke einer Reduzierung des durch den Spulendraht 2a der Magnetspule 2 fließenden Stromes auch die Anzahl der Impulse der Impulsfolge IF verändert werden. Dies führt zu einer Ver¬ änderung der Dauer des jeweiligen Pausenintervalles und auch zu einer Veränderung der Dauer eines Ansteuerintervalles.
Die Figur 4 zeigt eine Skizze zur Veranschaulichung unterschiedlicher Stromgradienten. Dabei ist in der Figur 4 der Startimpuls SI eines Ansteuerintervalles vergrößert darge- stellt. Innerhalb des Startimpulses sind zwei verschiedene Stromverläufe SV1 und SV2 veranschaulicht. Der Stromverlauf SV1 verläuft flacher als der Stromverlauf SV2. Folglich ist der dem Stromverlauf SV1 zugehörige Stromgradient l = [I(t2) - I(tl] / (t2 - tl) kleiner als der dem Stromverlauf SV2 zu- gehörige Stromgradient 2 = [Ix(t2) - Ix(tl] / (t2 - tl).

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Überwachung der Temperatur des Spulendrahtes eines Magnetventils unter Verwendung eines Ansteuersignais, welches aufeinanderfolgende Ansteuerintervalle aufweist, wo¬ bei in jedem Ansteuerintervall ein einen Stromanstieg im Spu¬ lendraht der Magnetspule bewirkender Startimpuls vorgegebener Impulsdauer und eine dem Startimpuls nachfolgende, ein Tast¬ verhältnis aufweisende Impulsfolge vorgesehen ist, mit fol- genden Schritten:
Sl: Messen der Stromstärke [I(tl)] des durch den Spulendraht des Magnetventils fließenden Stromes zu einem ersten Zeitpunkt (tl) während des Stromanstieges,
S2 : Messen der Stromstärke [I(t2)] des durch den Spulendraht des Magnetventils fließenden Stromes zu einem zweiten
Zeitpunkt (t2) während des Stromanstieges,
S3: Berechnen des Stromgradienten ( ) aus den gemessenen
Stromstärken,
S4: Vergleichen eines vorgegebenen Schwellenwertes (onm) für den Stromgradienten mit dem berechneten Stromgradienten
( ) und
S5: Reduzieren des durch den Spulendraht fließenden Stromes, wenn der berechnete Stromgradient ( ) kleiner ist als der vorgegebene Stromgradient ( nm) .
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Wiederholen der Schritte Sl bis S5 in aufeinanderfolgenden Ansteuerintervallen .
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Impulsdauer des Startimpulses größer ist als die Im¬ pulsdauer eines Impulses der Impulsfolge.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reduzierung des durch den Spulen¬ draht fließenden Stromes durch eine Veränderung des Tastverhältnisses der Impulse der ein Tastverhältnis aufweisenden Impulsfolge vorgenommen wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Reduzierung des durch den Spulendraht fließenden Stromes durch eine Veränderung der Anzahl der Impulse der ein Tastverhältnis aufweisenden Impulsfolgen vorge- nommen wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die aufeinanderfolgenden Ansteuerintervalle jeweils durch ein Pausenintervall voneinander
beabstandet sind.
7. Vorrichtung zur Überwachung der Temperatur des Spulendrahtes eines Magnetventils, mit einer Spannungsquelle, einem Magnetventil, einer Steuer- und Regeleinheit und einem Schal- ter, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und Regelein¬ heit (3) zur Steuerung eines Verfahrens mit den in einem der Ansprüche 1 - 6 angegebenen Merkmale ausgebildet ist.
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