WO2018059816A1 - Bestimmung des anzugszeitpunkts und des abfallzeitpunkts für magnetventile - Google Patents

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Markus Schmitzberger
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Robert Bosch Gmbh
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    • F02D2400/11—After-sales modification devices designed to be used to modify an engine afterwards

Definitions

  • the present invention relates to the operation of solenoid valves used, for example, for metering gaseous motor fuels.
  • An operated with gaseous fuel engine with multiple cylinders is advantageously operated with cylinder-individual fuel metering (multi-port injection, MPI).
  • MPI multi-port injection
  • solenoid valves with pot magnet and flat armature are used, which are preferably mounted close to the intake valve of the relevant cylinder on the intake manifold. These valves are closed in the de-energized state and are by
  • the effective opening time depends on a variety of factors
  • Opening duration of an electromagnetically actuated injector for diesel fuel can be determined by an analysis of the current flowing in the solenoid coil of the injector in the freewheeling current.
  • the method can be realized inexpensively on vehicles and can therefore save operating costs by more precise metering of the fuel.
  • Other methods by which at least the
  • the solenoid valve has a ferromagnetic armature, which can be brought to a second end position by energizing an electromagnet starting from a first end position against a restoring force. Starting from the second end position of the armature by reduction or
  • Switching off the energization of the electromagnet in combination with the restoring force can be spent in the first end position.
  • To each of the two end positions of the armature corresponds to a switching position of the solenoid valve.
  • the voltage applied to the electromagnet U is measured time-dependent and the time of an extremum, and / or a discontinuity, in the voltage U as a fall time TOFF, to which the anchor in the first end position is scored.
  • a gas valve for supplying a gaseous fuel in an injection system of a gas engine is the main application case.
  • the gas valve advantageously has a stroke between 100 ⁇ and 350 ⁇ , and / or a residual air gap between 50 ⁇ and 200 ⁇ , with simultaneous flow in the fully open state of 50- 500 kg / h or more, preferably from 1000 kg / h or more.
  • These are typical characteristics for gas valves in large engines, where XL versions can also have a static open-flow of up to 2500 kg / h.
  • the high dynamic demands on the gas valves mean that the opening and closing times are in the range of 1 ms or less.
  • the electromagnets used for this purpose are able to produce high forces in the range of a few hundred Newton, to about 1000 Newton.
  • the valves may in particular be large dimensioned with a diameter of the valve seat and
  • Valve plate from a few cm to about 15 cm.
  • time-dependent current signal I (t) and the time-dependent voltage signal U (t) can be evaluated directly for a local discontinuity or a local extremum. But it can also be any mathematical
  • first order or higher order derivatives can be used and evaluated for a zero crossing.
  • any methods for smoothing and filtering the signal can be used.
  • the voltage supply of the electromagnet is interrupted at a time before the time tu to t to measure the current I. This interruption causes the current flowing in the electromagnet to decay over time.
  • a high boost voltage is first applied to the electromagnet in order to build up a high current IP for the accelerated movement of the armature as quickly as possible. This movement begins as soon as the magnetic force acting on the armature is greater than the restoring force. If the current IP is reached, it can, for example, in one Pull-in phase are kept constant or in the time average before it is lowered to a smaller holding current IH after opening and holding this holding current IH is again constant or time average.
  • this drive scheme can be modified to shorten the pull-in phase and to begin sinking the current from IP to IH before the armature reaches the second end position.
  • the solenoid valve is thus operated for the purpose of measuring the current I deliberately close to the malfunction. To avoid resulting disturbances of the engine operation (such as power losses), the measurement can be done, for example, not continuously, but periodically at certain intervals. In order to detect the specimen scattering in the opening behavior of different solenoid valves, one measurement of all solenoid valves is sufficient. The change in the opening behavior due to wear, on the other hand, is a gradual process that requires comparatively wide-ranging monitoring.
  • the electromagnet is supplied with voltage for a duration ts in each case starting from the first end position of the armature. In doing so, the duration ts between the repetitions is shortened.
  • the occurrence of an extremum, and / or a discontinuity, in the current I (t) measured time-dependently after the instant ts is taken as a signal that ts is a suitable value for tM. It is thus, for example, starting from the
  • the time tM is dependent on a variable
  • a direct-acting gas valve carry both the force of the valve spring as well as static and dynamic gas forces to the restoring force.
  • the restoring force thus depends, for example, on the pressure difference applied to the solenoid valve. If the solenoid valve is to be closed again, the energization of the
  • Electromagnet terminated with the holding current IH.
  • a short erase voltage with reversed polarity can be applied to the electromagnet with the aim of reducing the energy stored in the magnetic circuit as quickly and reproducibly as possible.
  • the armature leaves the second end position and moves back toward the first end position. If the armature reaches the first end position, analogous to the opening process, a mutual induction occurs, and the properties of the magnetic circuit are changed. This manifests itself in an extremum or a discontinuity of the voltage U. applied to the electromagnet.
  • the time at which the extremum or discontinuity occurs is the time of fall toFF.
  • the detection of toFF via the voltage U in this context has the advantage that it is not affected by a deletion of the current I with the erase voltage.
  • Solenoid valve needed time to shorten, so do not collide with the goal, TOFF to determine.
  • the extremum or the discontinuity in the time-dependent voltage signal U (t) is weak.
  • This time window is advantageously determined as a function of a variable restoring force, to which, for example, in the case of a directly switching gas valve, static and dynamic gas forces also contribute.
  • the gas valve is installed in a motor, the corresponding information is usually available to the control unit of the engine as standard because they are motor-relevant manipulated variables.
  • the evaluation can also be extended or improved via further signals from different sensors.
  • the invention also relates to a method of operating a gas engine, the injection system of which includes at least one gas valve.
  • the application time ⁇ and the waste time toFF of the gas valve are measured by the method according to the invention.
  • the actual beginning of the injection can be brought in time in accordance with the nominal start.
  • the actual amount injected can be brought into conformity with the nominal amount to be injected.
  • the application time to and the waste time toFF of the gas valve from
  • Engine control unit of the gas engine are used to the influence of a sample spread between several gas valves, and / or a
  • the application time toN and the waste time toFF of the gas valve can be used by the engine control unit of the gas engine to move the operating point of the gas engine closer to the knock limit.
  • Due to the uncertainties associated with the injection time and the injection quantity a considerable safety margin to the knock limit had to be maintained, especially for large engines, because exceeding the knock limit must be avoided for two reasons: Firstly, compared to passenger car engines when knocking forces, and thus the repair costs for damage caused by knocking, significantly larger. On the other hand, the operation of large engines usually serves to earn money, so that downtime is very costly.
  • the engine control unit (electronic control unit, ECU) is advantageously able to control each solenoid valve individually.
  • the engine control unit has inputs, for example, for sensors, such as the NO x content of the exhaust gas, the
  • Engine control unit and the solenoid valve are suitable electrical
  • Connections (cables), interfaces (plugs) and optionally further
  • the invention also relates to an adapter for
  • the adapter is intended to be switched into the signal path leading from an existing controller to the solenoid valve.
  • the adapter has an input stage for a first current and / or voltage signal, which is connectable to the output of the existing controller. Furthermore, an output stage for acting on the solenoid valve with a second current and / or voltage signal is provided.
  • an evaluation unit is provided, which is designed to evaluate at least one desired opening duration to of the solenoid valve from the first current and / or voltage signal.
  • the evaluation unit may additionally be designed to also evaluate a desired opening time of the solenoid valve from the first current and / or voltage signal.
  • a measuring unit is provided, which is designed to determine the time of application ⁇ and the time of fall toFF of the solenoid valve with a method according to the invention.
  • a correction unit is provided, from the comparison of
  • the correction unit thus generates from the first current and / or voltage signal exactly that second current and / or voltage signal that is required so that the magnetic valve of the specimen scattering and the comparison actually opens just as long as by the first current and / or
  • the correction does not necessarily have to be done within a single injection cycle. If the correction unit detects, for example, in an injection cycle that the injection actually lasted longer than nominal, then the activation duration of the solenoid valve for the next injection cycle can be correspondingly shortened.
  • the adapter can be manufactured as a separate electronic device which is looped into the connection between the engine control unit and the solenoid valve and accordingly sold as a separate retrofit product. Unlike in the engine compartment of a car is in plants, the large engines
  • the adapter can also be integrated into the solenoid valve (large engine gas valve, LEGV) itself, for example in the region of the plug or in the region of the cable guide within the valve.
  • solenoid valve large engine gas valve, LEGV
  • the fitting device may further contain information from already existing ones
  • Motor cylinders or also use additional information for the correction.
  • the application time ⁇ and the fall time toFF of a solenoid valve in particular after installation of the solenoid valve in an engine or on a test bench as part of the "end of line" test
  • These values may be supplied with each solenoid valve, for example in the form of a measurement protocol or a QR code, so that the engine control unit can be modified by a suitable change in the current time - Profiles for opening the copy variation between the solenoid valves from the outset can compensate.
  • the invention provided that a suitable sensor for the time-dependent current signal l (t) and the time-dependent voltage signal U (t) is present, even without changing the hardware in software
  • This software can be imported into an existing system and is therefore an independently salable product.
  • the invention therefore also relates to a computer program product
  • Machine-readable instructions that, when executed on a computer, an engine control unit and / or an adapter, cause
  • Enhance fitting device according to the invention and / or cause it to perform a method according to the invention.
  • Figure 1 solenoid valve 1 with circuitry for carrying out the method according to the invention
  • FIG. 2 Evaluation of the application time ⁇ of the solenoid valve 1 from the current I through the electromagnet 3.
  • FIG. 3 Evaluation of the time of fall toFF of the solenoid valve 1 from the voltage U at the electromagnet 3.
  • FIG. 4 Schematic drawing of a gas engine 7 which can be operated according to the invention.
  • FIG. 5 shows an exemplary embodiment of an adaptation device 80 which is located between a
  • Engine control unit 8 and a solenoid valve 1 mediates.
  • FIG. 1 is a schematic diagram, not to scale, of a solenoid valve 1 whose stroke is greatly exaggerated.
  • the solenoid valve 1 includes a housing 5 having an inlet 5a and an outlet 5b. In the unactuated state
  • Switching position la of the solenoid valve 1 rests on the valve seat 5c of the valve plate 6, which closes the outlet 5b.
  • the valve plate 6 is replaced by a
  • the restoring force 4 is composed of the force of a compression spring 41 and the force 42 exerted by the differential pressure p applied in the housing 5 with respect to the outlet 5b.
  • the valve disk 6 is coupled to the armature 2.
  • the armature 2 In the switching position la of the solenoid valve 1, the armature 2 is in the first end position 2a.
  • the electromagnet 3 When the electromagnet 3 is energized, the armature 2 is pulled to the second end position 2b; he is dashed at this end position 2b as 2 'located.
  • the anchor
  • valve plate 6 is accordingly lifted off the valve seat 5c, so that the solenoid valve 1 transitions into the open switching position lb and the outlet 5b releases.
  • the valve disk 6 is shown dashed in this switching position lb as 6 '.
  • the wiring of the electromagnet 3 contains both a measuring device for the current I flowing through the electromagnet 3 and a measuring device for the voltage applied to the electromagnet 3 U.
  • the electromagnet 3 can directly via an engine control unit 8 or also mediated by a
  • Adaptation device 80 are fed.
  • FIG. 2 shows the determination of the application time ⁇ according to a
  • Electromagnet 3 applied voltage U, the current I flowing through the electromagnet 3, the pressures pi and P2 in front of and behind the solenoid valve 1 and the stroke h of the armature 2, and thus also the associated valve disk 6, applied.
  • the curves A, B and C differ in each case in the time program U (t) of the voltage U. applied to the electromagnet 3.
  • a high boost voltage UB which rapidly increases the current I
  • Type of switching power supply stabilized by rapid clocked switching back and forth of the voltage U between zero and UB of the current I in the time average at a constant level (here, for example, 13 A ⁇ 1 A). In this way, can be adjusted by changing the clock alone any average current I, with only a single voltage source for the voltage UB is required.
  • the voltage U is reduced to zero and thus the electromagnet 3 is switched to freewheeling.
  • the voltage U is started to quickly switch between zero and a lower value UH. In this way, the average current I is stabilized at a lower level (2.25 A by way of example here).
  • the current I is measured permanently.
  • the times ti, t2 and h are evaluated according to step 120 of the method as the application times ⁇ of the solenoid valve 1.
  • FIG. 3 a shows the determination of the decay time toFF of the solenoid valve 1. Over time t, the voltage U applied to the electromagnet 3, the current I flowing through the electromagnet 3, and the pressures p 1 and P 2 are plotted in front of and behind the solenoid valve 1. In this case, the different dashed curves for the pressures pi and P2 respectively refer to
  • the point in time at which a discontinuity then occurs in the voltage signal U is, according to step 140, evaluated as the time of fall toFF of the solenoid valve 1.
  • FIG. 3b shows how the voltage signal U (t) can be further processed. Over time t, in each case the current I through the electromagnet 3 and the voltage U applied to the electromagnet 3 are applied in a smoothed form. Furthermore, the first derivative dU / dt of the voltage U applied.
  • the curves A and B were recorded on the same solenoid valve 1. Curve A was recorded when new, curve B after an endurance test. While the discontinuity in the current signal U (t) is extended on the time axis and allows a margin of interpretation as to what time is now to be regarded as the fall time toFF, the zero crossing of the derivative dU / dt is a sharp moment.
  • the times toFF.A and toFF.B, to which the curves A and B intersect the zero line, are significantly different and allow a quantitative inference to how the closing of the solenoid valve 1 on
  • FIG. 4 is a schematic diagram of a gas engine 7 operable by the method according to the invention.
  • the injection system 9 of the gas engine 7 comprises four gas valves 11-14 for gaseous fuel, which are supplied from a common fuel rail 75.
  • Each of the gas valves 11-14 is disposed in the region where the suction pipe 70 of the gas engine 7 via one of the intake valves 76-69 each into an associated cylinder 71-74 of the
  • Gas engine opens. All gas valves 11-14 are controlled via the engine control unit 8 of the gas engine 7.
  • FIG. 5 is a schematic diagram of an adapter 80 according to one
  • Embodiment of the invention which mediates between an engine control unit 8 and a solenoid valve 1.
  • An input stage 81 receives the first current or voltage signal 82 from the engine control unit 8, digitizes this first signal 82 and forwards it to the evaluation unit 85.
  • Evaluation unit 85 is determined from the first signal 82, the nominal opening duration to for the solenoid valve 1.
  • the nominal opening duration to is transmitted to the output stage 83, which generates a corresponding second current and / or voltage signal 84 and outputs it to the solenoid valve 1.
  • a measuring unit 86 is connected to measuring instruments for the current I and the voltage U in the supply line from the output stage 83 to the solenoid valve 1.
  • the measuring unit 86 determines the application time toN and the waste time toFF of the solenoid valve 1, and thus also the actual opening time toFF-toN.
  • Correction unit 87 compares this actual opening time toFF-to with the desired opening duration to and changes the second current and / or voltage signal 84 transmitted to the solenoid valve by one
  • Difference amount ⁇ 84 to bring the actual opening duration with the desired opening duration in accordance.
  • the actual opening time can also be brought into conformity with the desired opening time.

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Abstract

Verfahren zur Bestimmung des Anzugszeitpunkts tΟΝ und des Abfallzeitpunkts tOFF eines Magnetventils (1) mit einem ferromagnetischen Anker (2), wobei derAnker (2) durch Bestromung eines Elektromagneten (3) ausgehend von einer ersten Endposition (2a) gegen eine Rückstellkraft (4) in eine zweite Endposition (2b) verbringbar ist, wobei der Anker (2) ausgehend von der zweiten Endposition (2b) durch Verminderung oder Abschalten der Bestromung des Elektromagneten (3) in Kombination mit der Rückstellkraft (4) in die erste Endposition (2a) verbringbar ist und wobei zu jeder der beiden Endpositionen (2a, 2b) des Ankers (2) eine Schaltstellung (1a, 1b) des Magnetventils (1) korrespondiert, wobei während einer Bewegung des Ankers (2) von der ersten Endposition (2a) in die zweite Endposition (2b) der durch den Elektromagneten (3) fließende Strom I zeitabhängig gemessen (110) und der Zeitpunkt eines Extremums, und/oder einer Unstetigkeit, im Strom I als Anzugszeitpunkt tΟΝ, zu dem sich der Anker (2) in der zweiten Endposition (2b) befindet, gewertet wird (120), und wobei während einer Bewegung des Ankers (2) von der zweiten Endposition (2b) in die erste Endposition (2a) die am Elektromagneten (3) anliegende Spannung U zeitabhängig gemessen (130) und der Zeitpunkt eines Extremums, und/oder einer Unstetigkeit, in der Spannung U als Abfallzeitpunkt tOFF, zu dem sich der Anker (2) in der ersten Endposition (2a) befindet, gewertet wird (140).

Description

Beschreibung Titel:
Bestimmung des Anzugszeitpunkts und des Abfallzeitpunkts für Magnetventile
Die vorliegende Erfindung betrifft den Betrieb von Magnetventilen, die beispielsweise zur Dosierung gasförmiger Motorkraftstoffe verwendet werden.
Stand der Technik
Ein mit gasförmigem Kraftstoff betriebener Großmotor mit mehreren Zylindern wird vorteilhaft mit zylinderindividueller Kraftstoffdosierung (multi-port injection, MPI) betrieben. Gegenüber einer zentralen Gaseinblasung in das Saugrohr (central gas injection, CGI) verspricht dies ein dynamischeres Ansprechverhalten des Gasmotors auf Lastwechselanforderungen, geringere Schadstoffemissionen (insbesondere von Kohlenwasserstoffen wie Methan oder Stickoxiden), geringeren Kraftstoffverbrauch und einen höheren Wirkungsgrad.
Für die zylinderindividuelle Kraftstoffdosierung kommen direkt geschaltete Magnetventile mit Topfmagnet und Flachanker zum Einsatz, die bevorzugt nahe am Einlassventil des betreffenden Zylinders am Saugrohr angebracht sind. Diese Ventile sind im unbestromten Zustand geschlossen und werden durch
Bestromung gegen eine Federkraft sowie gegen die Druckkraft des Kraftstoffs geöffnet.
Es ist sehr wichtig, dass zu einem genau definierten Zeitpunkt eine genau vorgegebene Menge an Kraftstoff eindosiert wird. Bei Ansteuerung mit dem gleichen Strom-Zeit- Profil weichen jedoch nachteilig die effektiven
Öffnungsdauern verschiedener Magnetventile einer Serie voneinander ab. Die effektive Öffnungsdauer hängt von einer Vielzahl von Einflussgrößen
insbesondere im Magnetkreis ab, die schwer kontrollierbar sind. Derzeit lässt sich die Exemplarstreuung der effektiven Öffnungsdauer nur bis auf ± 1 % bis ± 10 % (typabhängig) drücken.
Wie alle beweglichen Teile unterliegen Magnetventile einem Verschleiß. Dadurch verändert sich der Massenstrom durch das Magnetventil über die Lebensdauer erheblich, um bis zu ± 5 %. Dies muss bei der Wahl des Arbeitspunktes für den Gasmotor berücksichtigt werden, damit keinesfalls die Klopfgrenze überschritten wird. Aus der US 5,995 356 A ist ein Verfahren bekannt, mit dem die effektive
Öffnungsdauer eines elektromagnetisch betätigten Injektors für Dieselkraftstoff durch eine Analyse des im Freilaufbetrieb in der Magnetspule des Injektors fließenden Stroms bestimmt werden kann. Das Verfahren ist kostengünstig an Fahrzeugen realisierbar und kann somit durch exaktere Dosierung des Kraftstoffs Betriebskosten einsparen. Weitere Verfahren, mit denen zumindest der
Ausschaltzeitpunkt eines derartigen elektromagnetisch betätigten Injektors bestimmt werden kann, sind aus der DE 10 2009 044 969 AI, aus der WO 2009/095 125 AI sowie aus der US 5,650,909 A bekannt. Offenbarung der Erfindung
Im Rahmen der Erfindung wurde ein Verfahren zur Bestimmung des
Anzugszeitpunkts to und des Abfallzeitpunkts toFF eines Magnetventils entwickelt. Das Magnetventil hat einen ferromagnetischen Anker, der durch Bestromung eines Elektromagneten ausgehend von einer ersten Endposition gegen eine Rückstellkraft in eine zweite Endposition verbringbar ist. Ausgehend von der zweiten Endposition kann der Anker durch Verminderung oder
Abschalten der Bestromung des Elektromagneten in Kombination mit der Rückstellkraft in die erste Endposition verbracht werden. Zu jeder der beiden Endpositionen des Ankers korrespondiert eine Schaltstellung des Magnetventils.
Erfindungsgemäß wird während einer Bewegung des Ankers von der ersten Endposition in die zweite Endposition der durch den Elektromagneten fließende Strom I zeitabhängig gemessen und der Zeitpunkt eines Extremums, und/oder einer Unstetigkeit, im Strom I als Anzugszeitpunkt to , zu dem sich der Anker in der zweiten Endposition befindet, gewertet. Weiterhin wird während einer Bewegung des Ankers von der zweiten Endposition in die erste Endposition die am Elektromagneten anliegende Spannung U zeitabhängig gemessen und der Zeitpunkt eines Extremums, und/oder einer Unstetigkeit, in der Spannung U als Abfallzeitpunkt toFF, zu dem sich der Anker in der ersten Endposition befindet, gewertet.
Gegenüber dem bisherigen Stand der Technik wird hierbei zunächst der Nachteil in Kauf genommen, dass zwei verschiedene Messsignale zeitabhängig erfasst werden müssen, nämlich zum Einen der Strom I und zum Anderen die Spannung
U. Insbesondere ist eine zeitabhängige Spannungsmessung mit einer
Genauigkeit, die eine sichere Erkennung eines lokalen Extremums bzw. einer lokalen Unstetigkeit gewährleistet, kostenaufwändig. Für eine Anwendung in einem Straßenfahrzeug ist die Kombination aus Strom- und Spannungsmessung daher in aller Regel zu teuer. Die Erfinder haben nun erkannt, dass bei Motoren höherer Leistungsklassen der Zusatzaufwand zum einen im Verhältnis zur Gesamtinvestition eine untergeordnete Rolle spielt und zum anderen durch den speziell bei größeren Motoren relevanten Nutzen überkompensiert wird. So kommt es beispielsweise bei einem Gasmotor, der zur Stromerzeugung oder als Antriebsquelle oder Hilfsaggregat für ein Schiff verwendet wird, für die Gesamtkosten über die Lebensdauer (Total Cost of Ownership) auf jedes zehntel Prozent an Wirkungsgrad an. Ein Unterschied, der im Betrieb eines PKW im Rauschen untergehen würde, summiert sich über die Lebensdauer eines
Großmotors zu einer erheblichen Ersparnis an Kraftstoff.
Weiterhin werden Großmotoren über eine wesentlich längere Zeit betrieben als ein PKW-Motor, der häufig sogar schon während der vergleichsweise kurzen Lebensdauer eines PKW ausgetauscht werden muss. Daher ist bei Großmotoren die Veränderung des Massenstroms durch ein Magnetventil auf Grund von
Verschleiß ein deutlich relevanterer Faktor.
Somit ist für die Anwendung des Verfahrens gemäß der Erfindung ein Gasventil für die Zuführung eines gasförmigen Kraftstoffs in einem Einspritzsystem eines Gasmotors der Hauptanwendungsfall. Das Gasventil hat vorteilhaft einen Hub zwischen 100 μηη und 350 μηη, und/oder einen Restluftspalt zwischen 50 μηη und 200 μηη, bei gleichzeitigem Durchfluss im vollständig geöffneten Zustand von 50- 500 kg/h oder mehr, bevorzugt von 1000 kg/h oder mehr. Dies sind typische Kenndaten für Gasventile in Großmotoren, wobei XL-Versionen auch einen statischen Durchfluss im vollständig geöffneten Zustand von bis zu 2500 kg/h haben können. Die hohen Dynamikanforderungen an die Gasventile bedingen, dass die Öffnungszeiten und Schließzeiten im Bereich 1 ms oder kürzer liegen. Die hierfür eingesetzten Elektromagnete sind in der Lage, hohe Kräfte im Bereich einiger hundert Newton, bis etwa 1000 Newton, zu erzeugen. Die Ventile können insbesondere groß dimensioniert sein mit einem Durchmesser von Ventilsitz und
Ventilteller von einigen cm bis etwa 15 cm.
Das zeitabhängige Stromsignal l(t) und das zeitabhängige Spannungssignal U(t) können unmittelbar auf eine lokale Unstetigkeit oder ein lokales Extremum ausgewertet werden. Es können aber auch beliebige mathematische
Operationen angewendet werden, um die Unstetigkeit oder das Extremum klarer herauszuarbeiten. Beispielsweise können Ableitungen erster oder höherer Ordnung herangezogen und auf einen Nulldurchgang ausgewertet werden. Alternativ oder auch in Kombination hierzu können beliebige Methoden zur Glättung und Filterung des Signals angewendet werden.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird zur Messung des Stroms I die Spannungsversorgung des Elektromagneten zu einem vor dem Anzugszeitpunkt to liegenden Zeitpunkt tu unterbrochen. Diese Unterbrechung führt dazu, dass der im Elektromagneten fließende Strom mit der Zeit abklingt.
Erreicht der Anker die zweite Endposition, kommt es durch die Gegeninduktion und die Beeinflussung des Magnetkreises zu einer sichtbaren Änderung des zeitabhängigen Stromsignals l(t), die sich als Unstetigkeit oder als Extremum äußert.
Beispielsweise kann zum Öffnen des Magnetventils zunächst eine hohe Boost- Spannung an den Elektromagneten angelegt werden, um schnellstmöglich einen hohen Strom IP für die beschleunigte Bewegung des Ankers aufzubauen. Diese Bewegung beginnt, sobald die auf den Anker wirkende Magnetkraft größer ist als die Rückstellkraft. Ist der Strom IP erreicht, so kann er beispielsweise in einer Pull-In-Phase konstant oder im Zeitmittel gehalten werden, bevor er nach dem erfolgten Öffnen auf einen geringeren Haltestrom I H abgesenkt und dieser Haltestrom IH wiederum konstant oder im Zeitmittel gehalten wird. Zur
Realisierung der Erfindung kann dieses Ansteuerschema dahingehend abgeändert werden, dass die Pull-In-Phase verkürzt wird und das Absinken des Stroms von IP nach IH bereits beginnt, bevor der Anker die zweite Endposition erreicht hat.
Dies stellt einen Eingriff in den normalen Betrieb des Magnetventils dar. Wird der Zeitpunkt tM zu früh gewählt, so öffnet das Magnetventil möglicherweise nicht vollständig oder im Extremfall gar nicht. Das Magnetventil wird also zwecks Messung des Stroms I bewusst nahe an der Fehlfunktion betrieben. Um daraus resultierende Störungen des Motorbetriebs (etwa Leistungsverluste) zu vermeiden, kann die Messung beispielsweise nicht kontinuierlich, sondern periodisch in bestimmten Zeitabständen erfolgen. Um die Exemplarstreuung im Öffnungsverhalten verschiedener Magnetventile zu erfassen, genügt je eine Messung aller Magnetventile. Die Änderung des Öffnungsverhaltens auf Grund von Verschleiß wiederum ist ein allmählicher Prozess, zu dessen Erkennung eine vergleichsweise weitmaschige Überwachung ausreicht.
Um den Zeitpunkt tM zu bestimmen und dabei die Auswirkungen auf den normalen Betrieb des Magnetventils zu minimieren, wird in einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wiederholt jeweils ausgehend von der ersten Endposition des Ankers der Elektromagnet für eine Dauer ts mit Spannung versorgt. Dabei wird zwischen den Wiederholungen die Dauer ts verkürzt. Das Auftreten eines Extremums, und/oder einer Unstetigkeit, im nach dem Zeitpunkt ts zeitabhängig gemessenen Strom l(t) wird als Signal dafür gewertet, dass ts ein geeigneter Wert für tM ist. Es wird also beispielsweise ausgehend vom
Normalbetrieb des Magnetventils schrittweise die Pull-In-Phase verkürzt, bis das Eintreffen des Ankers in der zweiten Endposition erkennbar in die Freilaufphase des Elektromagneten fällt und der Zeitpunkt ΪΟΝ dieses Eintreffens über das Extremum bzw. über die Unstetigkeit bestimmt werden kann.
Vorteilhaft wird der Zeitpunkt tM in Abhängigkeit einer veränderlichen
Rückstellkraft festgelegt. Bei einem direkt schaltenden Gasventil tragen sowohl die Kraft der Ventilfeder als auch statische und dynamische Gaskräfte zur Rückstellkraft bei. Die Rückstellkraft hängt also beispielsweise von der am Magnetventil anliegenden Druckdifferenz ab. Soll das Magnetventil wieder geschlossen werden, wird die Bestromung des
Elektromagneten mit dem Haltestrom IH beendet. Dabei kann optional eine kurze Lösch-Spannung mit umgekehrter Polarität an den Elektromagneten angelegt werden mit dem Ziel, die im Magnetkreis gespeicherte Energie möglichst rasch und reproduzierbar abzubauen. Sobald die Rückstellkraft größer ist als die zeitlich abfallende Magnetkraft, verlässt der Anker die zweite Endposition und bewegt sich zurück in Richtung der ersten Endposition. Erreicht der Anker die erste Endposition, entsteht analog zum Öffnungsvorgang eine Gegeninduktion, und die Eigenschaften des Magnetkreises werden verändert. Dies zeigt sich in einem Extremum oder einer Unstetigkeit der am Elektromagneten anliegenden Spannung U. Der Zeitpunkt, zu dem das Extremum bzw. die Unstetigkeit auftritt, ist der Abfallzeitpunkt toFF.
Die Erkennung von toFF über die Spannung U hat in diesem Zusammenhang den Vorteil, dass sie durch eine Löschung des Stroms I mit der Lösch-Spannung nicht beeinträchtigt wird. Die Löschung mit dem Ziel, die für das Schließen des
Magnetventils benötigte Zeit zu verkürzen, kollidiert also nicht mit dem Ziel, toFF zu bestimmen.
Das Extremum bzw. die Unstetigkeit im zeitabhängigen Spannungssignal U(t) ist schwach ausgeprägt. Um eine Falscherkennung von toFF zu vermeiden, kann beispielsweise nur in einem definierten Zeitfenster, innerhalb dessen das Eintreffen des Ankers in der ersten Endposition physikalisch zu erwarten ist, nach dem Extremum bzw. nach der Unstetigkeit gesucht werden. Vorteilhaft wird dieses Zeitfenster in Abhängigkeit einer veränderlichen Rückstellkraft festgelegt, zu der beispielsweise bei einem direkt schaltenden Gasventil auch statische und dynamische Gaskräfte beitragen. Ist das Gasventil in einem Motor eingebaut, liegen die entsprechenden Informationen dem Steuergerät des Motors meistens standardmäßig vor, da sie motorrelevante Stellgrößen sind. Die Auswertung kann jedoch auch über weitere Signale verschiedener Sensoren erweitert bzw. verbessert werden. Nach dem zuvor Gesagten bezieht sich die Erfindung auch auf ein Verfahren zum Betreiben eines Gasmotors, dessen Einspritzsystem mindestens ein Gasventil enthält. Der Anzugszeitpunkt ΪΟΝ und der Abfallzeitpunkt toFF des Gasventils werden mit dem Verfahren gemäß der Erfindung gemessen.
Auf diese Weise kann zum einen der tatsächliche Beginn der Einspritzung zeitlich in Übereinstimmung mit dem nominellen Beginn gebracht werden. Zum anderen kann die tatsächlich eingespritzte Menge in Übereinstimmung mit der nominell einzuspritzenden Menge gebracht werden.
Beispielsweise können in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung der Anzugszeitpunkt to und der Abfallzeitpunkt toFF des Gasventils vom
Motorsteuergerät des Gasmotors herangezogen werden, um den Einfluss einer Exemplarstreuung zwischen mehreren Gasventilen, und/oder einer
verschleißbedingte Veränderung mindestens eines Gasventils, auf den
Massenstrom durch das Gasventil auszugleichen.
Weiterhin können alternativ oder in Kombination hierzu der Anzugszeitpunkt toN und der Abfallzeitpunkt toFF des Gasventils vom Motorsteuergerät des Gasmotors herangezogen werden, um den Arbeitspunkt des Gasmotors näher an die Klopfgrenze zu fahren. Dies führt zu einem besseren Wirkungsgrad und somit zu einer Ersparnis an Kraftstoff kosten. Speziell bei Großmotoren musste auf Grund der Unsicherheiten, mit der der Einspritzzeitpunkt und die Einspritzmenge behaftet waren, ein erheblicher Sicherheitsabstand zur Klopfgrenze eingehalten werden, da ein Überschreiten der Klopfgrenze aus zwei Gründen unbedingt zu vermeiden ist: Zum einen sind im Vergleich zu PKW-Motoren die beim Klopfen wirkenden Kräfte, und somit auch die Reparaturkosten für durch Klopfen verursachte Schäden, deutlich größer. Zum anderen dient der Betrieb von Großmotoren in aller Regel dazu, Geld zu verdienen, so dass Ausfallzeiten sehr kostenintensiv sind. Indem die Unsicherheiten bezüglich des Einspritzzeitpunkts und der Einspritzmenge vermindert sind, sind die Verhältnisse im Brennraum des Zylinders insgesamt genauer bekannt, so dass der Sicherheitsabstand zur Klopfgrenze ohne Gefährdung für den Motor vermindert werden kann. Das Motorsteuergerät (electronic control unit, ECU) ist vorteilhaft in der Lage, jedes Magnetventil individuell anzusteuern. Bevorzugt hat das Motorsteuergerät Eingänge z.B. für Sensoren, die etwa den NOx-Gehalt des Abgases, die
Temperatur und/oder den Zylinderdruck messen, sowie weitere Eingänge für den Gasdruck sowie die Last(wechsel)anforderungen. Zwischen dem
Motorsteuergerät und dem Magnetventil sind geeignete elektrische
Verbindungen (Kabel), Schnittstellen (Stecker) sowie optional weitere
Vorrichtungen für einen sicheren und robusten Betrieb vorzusehen
(beispielsweise Zugentlastungen, Kabelführungen, Knickschutz).
Großmotoren und die dazugehörigen Steuergeräte, die einen oder mehrere Schaltschränke füllen können, sind langlebige Investitionsgüter. Die mit den Verfahren gemäß der Erfindung bereitgestellten Verbesserungen lassen sich vorteilhaft im Wege der Nachrüstung in bestehende Anlagen integrieren. Zu diesem Zweck bezieht sich die Erfindung auch auf ein Anpassgerät zur
Kompensation des Einflusses einer Exemplarstreuung und/oder eines
Verschleißes eines Magnetventils auf den Massenstrom durch das Magnetventil.
Das Anpassgerät ist dazu gedacht, in den von einem bestehenden Steuergerät zu dem Magnetventil führenden Signalweg geschaltet zu werden. Zu diesem Zweck weist das Anpassgerät eine Eingangsstufe für ein erstes Strom- und/oder Spannungssignal auf, die mit dem Ausgang des bestehenden Steuergeräts verbindbar ist. Weiterhin ist eine Ausgangsstufe zur Beaufschlagung des Magnetventils mit einem zweiten Strom- und/oder Spannungssignal vorgesehen.
Erfindungsgemäß ist eine Auswerteeinheit vorgesehen, die dazu ausgebildet ist, aus dem ersten Strom- und/oder Spannungssignal mindestens eine gewünschte Öffnungsdauer to des Magnetventils auszuwerten. Insbesondere kann die Auswerteeinheit zusätzlich dazu ausgebildet sein, aus dem ersten Strom- und/oder Spannungssignal auch einen gewünschten Öffnungszeitpunkt des Magnetventils auszuwerten.
Zusätzlich ist eine Messeinheit vorgesehen, die dazu ausgebildet ist, den Anzugszeitpunkt ΪΟΝ und den Abfallzeitpunkt toFF des Magnetventils mit einem Verfahren gemäß der Erfindung zu bestimmen. Schließlich ist eine Korrektureinheit vorgesehen, aus dem Vergleich des
Anzugszeitpunkts ΪΟΝ und des Abfallzeitpunkts toFF des Magnetventils mit zuvor bestimmten Werten und/oder mit festen Referenzwerten mindestens eine Abweichung zwischen der tatsächlichen Öffnungsdauer toFF-to und der gewünschten Öffnungsdauer to des Magnetventils zu bestimmen und/oder auszuregeln. Die Korrektureinheit erzeugt also aus dem ersten Strom- und/oder Spannungssignal genau dasjenige zweite Strom- und/oder Spannungssignal, das benötigt wird, damit das Magnetventil der Exemplarstreuung und dem Vergleich zum Trotz tatsächlich genauso lange öffnet wie durch das erste Strom- und/oder
Spannungssignal vorgegeben. Analog kann auch der Öffnungszeitpunkt korrigiert werden.
Die Korrektur muss nicht zwangsläufig innerhalb eines einzigen Einspritzzyklus erfolgen. Stellt die Korrektureinheit beispielsweise in einem Einspritzzyklus fest, dass die Einspritzung tatsächlich länger gedauert hat als nominell vorgegeben, so kann die Ansteuerdauer des Magnetventils für den nächsten Einspritzzyklus entsprechend verkürzt werden.
Das Anpassgerät kann als separates elektronisches Gerät, das in die Verbindung zwischen dem Motorsteuergerät und dem Magnetventil eingeschleift wird, gefertigt und dementsprechend als separates Nachrüstprodukt verkauft werden. Anders als im Motorraum eines PKW ist in Anlagen, die Großmotoren
verwenden, in der Regel eine entsprechende Reserve an Einbauraum für ein derartiges Nachrüstgerät vorhanden. Weiterhin kann das Anpassgerät aber auch in das Magnetventil (large engine gas valve, LEGV) selbst integriert sein, etwa im Bereich des Steckers oder im Bereich der Kabelführung innerhalb des Ventils.
Das Anpassgerät kann weiterhin Informationen von bereits vorhandenen
Sensoren, wie beispielsweise zylinderindividuellen Klopfsensoren an
Motorzylindern, oder auch von zusätzlichen Informationen für die Korrektur heranziehen.
Gemäß der Erfindung können der Anzugszeitpunkt ΪΟΝ und des Abfallzeitpunkt toFF eines Magnetventils insbesondere nach der Montage des Magnetventils in einen Motor oder auf einem Prüfstand im Rahmen der„End of Line"-Prüfung bestimmt werden. Diese Werte können mit jedem Magnetventil beispielsweise in Form eines Messprotokolls oder eines QR-Codes mitgeliefert werden, so dass das Motorsteuergerät durch eine geeignete Änderung der Strom-Zeit- Profile für das Öffnen die Exemplarstreuung zwischen den Magnetventilen von vornherein ausgleichen kann.
Schließlich kann die Erfindung, sofern eine geeignete Sensorik für das zeitabhängige Stromsignal l(t) und das zeitabhängige Spannungssignal U(t) vorhanden ist, auch ganz ohne Änderung der Hardware in Software
implementiert sein. Diese Software kann in eine bestehende Anlage eingespielt werden und ist insofern ein eigenständig verkaufbares Produkt. Die Erfindung bezieht sich daher auch auf ein Computerprogrammprodukt mit
maschinenlesbaren Anweisungen, die, wenn sie auf einem Computer, einem Motorsteuergerät und/oder einem Anpassgerät ausgeführt werden, den
Computer, das Motorsteuergerät und/oder das Anpassgerät zu einem
Anpassgerät gemäß der Erfindung aufwerten und/oder dazu veranlassen, ein Verfahren gemäß der Erfindung auszuführen.
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Figuren näher dargestellt.
Ausführungsbeispiele
Es zeigt:
Figur 1 Magnetventil 1 mit Beschaltung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung;
Figur 2 Auswertung des Anzugszeitpunkts ΪΟΝ des Magnetventils 1 aus dem Strom I durch den Elektromagneten 3.
Figur 3 Auswertung des Abfallzeitpunkts toFF des Magnetventils 1 aus der Spannung U am Elektromagneten 3. Figur 4 Schemazeichnung eines gemäß der Erfindung betreibbaren Gasmotors 7. Figur 5 Ausführungsbeispiel eines Anpassgeräts 80, das zwischen einem
Motorsteuergerät 8 und einem Magnetventil 1 vermittelt.
Figur 1 ist eine nicht maßstabsgetreue Schemazeichnung eines Magnetventils 1, dessen Hub stark übertrieben dargestellt ist. Das Magnetventil 1 umfasst ein Gehäuse 5 mit einem Einlass 5a und einem Auslass 5b. Im unbetätigten Zustand
(Schaltstellung la des Magnetventils 1) liegt auf dem Ventilsitz 5c der Ventilteller 6 auf, der den Auslass 5b verschließt. Der Ventilteller 6 wird durch eine
Rückstellkraft 4 auf den Ventilsitz 5c gedrückt. Die Rückstellkraft 4 setzt sich zusammen aus der Kraft einer Druckfeder 41 und der durch den im Gehäuse 5 gegenüber dem Auslass 5b anliegenden Differenzdruck p ausgeübten Kraft 42.
Der Ventilteller 6 ist an den Anker 2 gekoppelt. In der Schaltstellung la des Magnetventils 1 befindet sich der Anker 2 in der ersten Endposition 2a. Wird der Elektromagnet 3 bestromt, wird der Anker 2 zur zweiten Endposition 2b gezogen; er ist an dieser Endposition 2b gestrichelt als 2' eingezeichnet. Der an den Anker
2 gekoppelte Ventilteller 6 wird dementsprechend vom Ventilsitz 5c abgehoben, so dass das Magnetventil 1 in die geöffnete Schaltstellung lb übergeht und den Auslass 5b freigibt. Der Ventilteller 6 ist in dieser Schaltstellung lb gestrichelt als 6' eingezeichnet.
Die Beschaltung des Elektromagneten 3 enthält sowohl ein Messgerät für den durch den Elektromagneten 3 fließenden Strom I als auch ein Messgerät für die am Elektromagneten 3 anliegende Spannung U. Der Elektromagnet 3 kann unmittelbar über ein Motorsteuergerät 8 oder auch vermittelt durch ein
Anpassgerät 80 gespeist werden.
Figur 2 zeigt die Bestimmung des Anzugszeitpunkts ΪΟΝ gemäß einem
Ausführungsbeispiel der Erfindung. Über der Zeit t sind jeweils die am
Elektromagneten 3 angelegte Spannung U, der durch den Elektromagneten 3 fließende Strom I, die Drücke pi und P2 vor und hinter dem Magnetventil 1 sowie der Hub h des Ankers 2, und damit auch des damit verbundenen Ventiltellers 6, aufgetragen.
Die Kurven A, B und C unterscheiden sich jeweils in dem Zeitprogramm U(t) der am Elektromagneten 3 angelegten Spannung U. Ausgehend von einer hohen Boost-Spannung U B, die den Strom I schnell erhöht, wird in der Pull-In-Phase nach Art eines Schaltnetzteils durch schnelles getaktetes Hin- und Herschalten der Spannung U zwischen Null und UB der Strom I im Zeitmittel auf einem konstanten Niveau (hier beispielhaft 13 A ± 1 A) stabilisiert. Auf diese Weise kann durch alleinige Veränderung des Taktes ein beliebiger mittlerer Strom I eingestellt werden, wobei nur eine einzige Spannungsquelle für die Spannung UB erforderlich ist. Für dieses Takten kann eine Vielzahl von Signalfolgen verwendet werden, wie beispielsweise Abfolgen von rechteckigen Formen (inklusive Slew Rates von steigenden und fallenden Flanken, d.h. trapezoide Formen) oder auch dreieckige Formen („Sägezahn"). In der Realität unterliegen diese Signalformen oftmals vielfältigen Verzerrungen.
Zu einem Zeitpunkt tu, der sich in den drei Zeitprogrammen unterscheidet (ΪΜ,Α, tM,B, tM,c), wird die Spannung U auf Null zurückgefahren und der Elektromagnet 3 somit in den Freilauf geschaltet. Zu einem späteren Zeitpunkt tH wird in allen drei Zeitprogrammen damit begonnen, die Spannung U schnell zwischen Null und einem niedrigeren Wert UH ZU takten. Auf diese Weise wird der mittlere Strom I auf einem niedrigeren Niveau (hier beispielhaft 2,25 A) stabilisiert.
Gemäß Schritt 110 wird der Strom I permanent gemessen. Die Kurven A und B für tM,A=2000 bzw. tM,B=1500 zeigen im Freilauf des Elektromagneten 3 keine Extrema oder Diskontinuitäten. Dies zeigt an, dass zu den Zeitpunkten ΪΜ,Α und tM,B der Anker 2 bereits an der zweiten Endposition 2b angeschlagen war. Erst bei tM,c=1000 (Kurve C) beginnt der Freilauf des Elektromagneten 3 rechtzeitig vor dem Kontakt des Ankers 2 mit der zweiten Endposition 2b. In der Folge zeigen sich zu den Zeitpunkten ti, t2 und h jeweils kleine Knicke im Strom I, die jeweils einen Kontakt des Ankers 2 mit der zweiten Endposition 2b anzeigen. Dabei handelt es sich beim ersten Kontakt zum Zeitpunkt ti um die eigentliche Öffnung des Magnetventils 2 und bei den Kontakten zu den
Zeitpunkten t2 und h um Preller. Dabei ist aus der Kurve C des Hubes h ersichtlich, dass das Umschalten des Elektromagneten 3 in den Freilauf noch vor der Öffnung des Magnetventils 1 zum Zeitpunkt ti das Verhalten des Magnetventils 1 beeinflusst: Die Periode, mit der die Preller auftreten und schließlich abklingen, ist verändert. Das Öffnen ist weniger robust und stabil.
Die Zeitpunkte ti, t2 und h werden entsprechend Schritt 120 des Verfahrens als Anzugszeitpunkte ΪΟΝ des Magnetventils 1 gewertet.
Figur 3a zeigt die Bestimmung des Abfallzeitpunkts toFF des Magnetventils 1. Über der Zeit t sind jeweils die am Elektromagneten 3 angelegte Spannung U, der durch den Elektromagneten 3 fließende Strom I sowie die Drücke pi und P2 vor und hinter dem Magnetventil 1 aufgetragen. Dabei beziehen sich die verschieden gestrichelten Kurven für die Drücke pi und P2 jeweils auf
verschiedene Magnetventile 1, um die Exemplarstreuung in deren Verhalten zu verdeutlichen.
Für die in Figur 3a gezeigten Messungen wurde die Spannung U erst zum Zeitpunkt
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ms auf Null zurückgefahren, um den Elektromagneten 3 in den Freilauf zu schalten. Nach dem Abklingen des Stroms I wurde das Magnetventil 1 nicht weiter mit einem Haltestrom offengehalten, sondern es wurde zum
Zeitpunkt ti_ mit einem negativen Löschpuls in der Spannung U die magnetische Energie aus dem Magnetkreis entfernt. Zum Zeitpunkt tF war der Strom I im Elektromagneten vollständig gelöscht; der Elektromagnet 3 wurde von der Spannungsquelle getrennt und somit in den Freilauf geschaltet.
Der Zeitpunkt, zu dem im Spannungssignal U anschließend eine Diskontinuität auftritt, wird gemäß Schritt 140 als Abfallzeitpunkt toFF des Magnetventils 1 gewertet.
Figur 3b zeigt, wie das Spannungssignal U(t) noch weiter aufbereitet werden kann. Über der Zeit t sind jeweils der Strom I durch den Elektromagneten 3 sowie die am Elektromagneten 3 anliegende Spannung U in geglätteter Form aufgetragen. Weiterhin ist die erste Ableitung dU/dt der Spannung U aufgetragen. Die Kurven A und B wurden am gleichen Magnetventil 1 aufgenommen. Kurve A wurde im Neuzustand aufgenommen, Kurve B nach einem Dauerlauftest. Während die Diskontinuität im Stromsignal U(t) auf der Zeitachse ausgedehnt ist und einen Interpretationsspielraum dahingehend zulässt, welcher Zeitpunkt denn jetzt als Abfallzeitpunkt toFF zu werten ist, ist der Nulldurchgang der Ableitung dU/dt ein scharfer Moment. Die Zeitpunkte toFF.A und toFF.B, zu denen die Kurven A und B die Nulllinie schneiden, sind deutlich verschieden und lassen einen quantitativen Rückschluss darauf zu, wie das Schließen des Magnetventils 1 auf
Grund von Verschleiß verzögert wird.
Weiterhin ist aus Figur 3b ersichtlich, dass die Auswertung der ersten Ableitung dU/dt vorteilhaft auf ein geeignetes Zeitfenster beschränkt wird. Ansonsten könnte auch der Nulldurchgang zum Zeitpunkt†N fälschlicherweise als Zeitpunkt toFF gewertet werden.
Figur 4 ist eine Schemazeichnung eines Gasmotors 7, der mit dem Verfahren gemäß der Erfindung betreibbar ist. Das Einspritzsystem 9 des Gasmotors 7 umfasst vier Gasventile 11-14 für gasförmigen Kraftstoff, die aus einem gemeinsamen Kraftstoffrail 75 versorgt sind. Jedes der Gasventile 11-14 ist in dem Bereich angeordnet, wo das Saugrohr 70 des Gasmotors 7 über eines der Einlassventile 76-69 jeweils in einen zugeordneten Zylinder 71-74 des
Gasmotors mündet. Alle Gasventile 11-14 werden über das Motorsteuergerät 8 des Gasmotors 7 angesteuert.
Figur 5 ist eine Schemazeichnung eines Anpassgeräts 80 gemäß einem
Ausführungsbeispiel der Erfindung, das zwischen einem Motorsteuergerät 8 und einem Magnetventil 1 vermittelt. Eine Eingangsstufe 81 nimmt das erste Strom- oder Spannungssignal 82 vom Motorsteuergerät 8 entgegen, digitalisiert dieses erste Signal 82 und gibt es an die Auswerteeinheit 85 weiter. In der
Auswerteeinheit 85 wird aus dem ersten Signal 82 die nominelle Öffnungsdauer to für das Magnetventil 1 ermittelt. Die nominelle Öffnungsdauer to wird an die Ausgangsstufe 83 übermittelt, welche ein entsprechendes zweites Strom- und/oder Spannungssignal 84 generiert und an das Magnetventil 1 ausgibt. Eine Messeinheit 86 ist mit Messinstrumenten für den Strom I und die Spannung U in der Zuleitung von der Ausgangsstufe 83 zum Magnetventil 1 verbunden. Die Messeinheit 86 ermittelt den Anzugszeitpunkt toN und den Abfallzeitpunkt toFF des Magnetventils 1, und somit auch die tatsächliche Öffnungsdauer toFF-toN. Die
Korrektureinheit 87 vergleicht diese tatsächliche Öffnungsdauer toFF-to mit der gewünschten Öffnungsdauer to und ändert das an das Magnetventil zu übermittelte zweite Strom- und/oder Spannungssignal 84 um einen
Differenzbetrag Δ84 ab, um die tatsächliche Öffnungsdauer mit der gewünschten Öffnungsdauer in Übereinstimmung zu bringen. Auf analoge Weise kann auch der tatsächliche Öffnungszeitpunkt in Übereinstimmung mit dem gewünschten Öffnungszeitpunkt gebracht werden.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Bestimmung des Anzugszeitpunkts ΪΟΝ und des
Abfallzeitpunkts toFF eines Magnetventils (1) mit einem ferromagnetischen Anker (2), wobei der Anker (2) durch Bestromung eines Elektromagneten (3) ausgehend von einer ersten Endposition (2a) gegen eine Rückstellkraft (4) in eine zweite Endposition (2b) verbringbar ist, wobei der Anker (2) ausgehend von der zweiten Endposition (2b) durch Verminderung oder Abschalten der
Bestromung des Elektromagneten (3) in Kombination mit der Rückstellkraft (4) in die erste Endposition (2a) verbringbar ist und wobei zu jeder der beiden
Endpositionen (2a, 2b) des Ankers (2) eine Schaltstellung (la, lb) des
Magnetventils (1) korrespondiert, dadurch gekennzeichnet, dass
während einer Bewegung des Ankers (2) von der ersten Endposition (2a) in die zweite Endposition (2b) der durch den Elektromagneten (3) fließende Strom I zeitabhängig gemessen (110) und der Zeitpunkt eines Extremums, und/oder einer Unstetigkeit, im Strom I als Anzugszeitpunkt toN, zu dem sich der Anker (2) in der zweiten Endposition (2b) befindet, gewertet wird (120),
und dass während einer Bewegung des Ankers (2) von der zweiten Endposition (2b) in die erste Endposition (2a) die am Elektromagneten (3) anliegende Spannung U zeitabhängig gemessen (130) und der Zeitpunkt eines Extremums, und/oder einer Unstetigkeit, in der Spannung U als Abfallzeitpunkt toFF, zu dem sich der Anker (2) in der ersten Endposition (2a) befindet, gewertet wird (140).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur
Messung des Stroms I die Spannungsversorgung des Elektromagneten (3) zu einem vor dem Anzugszeitpunkt toN liegenden Zeitpunkt tu unterbrochen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der
Zeitpunkt tM bestimmt wird, indem wiederholt jeweils ausgehend von der ersten Endposition (2a) des Ankers (2) der Elektromagnet (3) für eine Dauer ts mit Spannung versorgt wird, wobei zwischen den Wiederholungen die Dauer ts verkürzt wird und das Auftreten eines Extremums, und/oder einer Unstetigkeit, im nach dem Zeitpunkt ts zeitabhängig gemessenen Strom l(t) als Signal dafür gewertet wird, dass ts ein geeigneter Wert für tu ist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, dass der Zeitpunkt tu in Abhängigkeit einer veränderlichen Rückstellkraft (4) festgelegt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, dass ein Zeitfenster, in dem ein Extremum, und/oder eine Unstetigkeit, der Spannung U gesucht wird, in Abhängigkeit einer veränderlichen Rückstellkraft (4) festgelegt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, dass ein Gasventil (11-14) für die Zuführung eines
gasförmigen Kraftstoffs in einem Einspritzsystem (9) eines Gasmotors (7) als Magnetventil (1) gewählt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein
Gasventil (11-14) mit einem Hub zwischen 100 μηη und 350 μηη, und/oder mit einem Restluftspalt zwischen 50 μηη und 200 μηη, bei gleichzeitigem Durchfluss im vollständig geöffneten Zustand von 50 kg/h bis 500 kg/h oder mehr, bevorzugt von 1000 kg/h oder mehr, gewählt wird.
8. Verfahren zum Betreiben eines Gasmotors (7), dessen Einspritzsystem mindestens ein Gasventil (11-14) enthält, dadurch gekennzeichnet, dass der Anzugszeitpunkt to und der Abfallzeitpunkt toFF des Gasventils (11-14) mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 7 gemessen werden.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der
Anzugszeitpunkt to und der Abfallzeitpunkt toFF des Gasventils (1) vom
Motorsteuergerät (8) des Gasmotors (7) herangezogen werden, um den Einfluss einer Exemplarstreuung zwischen mehreren Gasventilen (11-14), und/oder einer verschleißbedingte Veränderung mindestens eines Gasventils (11-14), auf den Massenstrom durch das Gasventil (11-14) auszugleichen.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, dass der Anzugszeitpunkt ΪΟΝ und der Abfallzeitpunkt toFF des Gasventils (11-14) vom Motorsteuergerät (8) des Gasmotors (7) herangezogen werden, um den Arbeitspunkt des Gasmotors (7) näher an die Klopfgrenze zu fahren.
11. Anpassgerät (80) zur Kompensation des Einflusses einer
Exemplarstreuung und/oder eines Verschleißes eines Magnetventils (1) auf den Massenstrom durch das Magnetventil (1), umfassend eine Eingangsstufe (81) für ein erstes Strom- und/oder Spannungssignal (82) und eine Ausgangsstufe (83) zur Beaufschlagung des Magnetventils (1) mit einem zweiten Strom- und/oder Spannungssignal (84), dadurch gekennzeichnet, dass eine Auswerteeinheit (85) vorgesehen ist, die dazu ausgebildet ist, aus dem ersten Strom- und/oder Spannungssignal (82) mindestens eine gewünschte Öffnungsdauer to des Magnetventils (1) auszuwerten, wobei zusätzlich eine Messeinheit (86) vorgesehen ist, die dazu ausgebildet ist, den Anzugszeitpunkt ΪΟΝ und den Abfallzeitpunkt toFF des Magnetventils (1) mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zu bestimmen, und wobei weiterhin eine Korrektureinheit (87) vorgesehen ist, die dazu ausgebildet ist, mindestens eine Abweichung zwischen der tatsächlichen Öffnungsdauer toFF-to und der gewünschten Öffnungsdauer to des Magnetventils (1) zu bestimmen und/oder auszuregeln.
12. Computerprogrammprodukt, enthaltend maschinenlesbare
Anweisungen, die, wenn sie auf einem Computer, einem Motorsteuergerät (8) und/oder einem Anpassgerät (80) ausgeführt werden, den Computer, das Motorsteuergerät (8) und/oder das Anpassgerät (80) zu einem Anpassgerät (80) nach Anspruch 11 aufwerten und/oder dazu veranlassen, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 auszuführen.
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