WO2018068905A1 - Verfahren und steuereinrichtung zum steuern eines schaltventils - Google Patents

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Thomas Kraft
Andreas Bodensteiner
Walter Sassler
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    • F02M2200/09—Fuel-injection apparatus having means for reducing noise

Definitions

  • the invention relates to a method for controlling a switching valve and to a control device which is designed to control such a switching valve.
  • active valves which are frequently designed as switching valves, are arranged at different locations. These switching valves can be actively opened and closed via an actuator, whereby a targeted control of a fuel flow can be achieved.
  • a switching valve is arranged as a pressure reduction valve on a high-pressure side of the fuel injection system, in order to be able to actively regulate a system pressure in the fuel injection system. It is known to regulate the fuel pressure preferably to a desired target pressure. Part of the control of the system pressure is via a ⁇ be needs-based control of a metering unit on a Never ⁇ pressure side of the fuel injection system.
  • the pressure build-up or breakdown takes place segment-synchronously to an injection segment or pump segment of a high-pressure fuel pump in the fuel injection system, depending on the ratio of the high-pressure fuel pump in relation to the driving motor.
  • the actual prevailing actual pressure on the high pressure side of the fuel injection system ⁇ is detected by a high pressure sensor and passed to a control device.
  • the system pressure is actively reduced via a so-called digital pressure reduction valve.
  • This pressure reduction valve is usually as a switching valve and thus designed as an active valve, similar to a ⁇ In jector and thus controls a defined amount of fuel from the High pressure side off to reduce the fuel pressure.
  • the object of the invention is to provide a method and a control device for controlling a switching valve, with or with which a low-noise operation of the pressure reduction valve is possible. This task comes with a method for controlling a
  • a control device for controlling such a switching valve is the subject of the independent claim.
  • a switching valve in particular a pressure reduction valve for a fuel injection system, comprises a closure element, which is movable between a first end position in which it closes a valve opening, and a second end position in which it at least partially releases the valve opening, a spring acting on the Closing element exerts a force acting in the direction of the first end position spring force, and an electro ⁇ magnetic actuator which exerts upon application of tension on the closure element of the spring force oppositely acting Aktuatorkraft toward the second end position.
  • the actuator comprises a coil which is subjected to external voltage. It has the
  • the actuator is initially applied with a constant voltage, which induces an opening current pulse, until the current intensity of the opening current pulse reaches a predefined maximum.
  • This maximum is defined such that it corresponds to the point at which the closure element against the Fe ⁇ derkraft starts moving.
  • the predefined maximum can be determined, for example, by a calibration measurement in which it is detected at which induced current intensity the movement of the closure element begins.
  • the voltage application Upon reaching the predefined maximum of the current, the voltage application is stopped immediately with the constant voltage and the actuator is instead subjected to a pulsed voltage.
  • This pulsed voltage induced in a constant We ⁇ sentlichen hold open current.
  • the pulses ie the duration of each individual pulse and the time interval between two successive pulses) are chosen so that the induced hold-open current is preferably less than the predefined maximum of the current.
  • the pulsed voltage and thus the induced Offenhal ⁇ testromher are held for a predetermined period of time to hold the closure element in the second end position.
  • the switching valve is designed as a normally closed switching valve, which means that the opening ⁇ current pulse ensures that moves the closure element in an open position. So far, it has been known to act on the actuator as long as with voltage until the closure element which is referred to as so-called. Peak time is taken in the second end ⁇ position, and then to pressurize the pressure-reducing valve with an induced by a pulsed voltage holding current to was held to the end of the desired open state.
  • the induced current required to hold the closure element in the second end position is less than the induced current needed to set the closure element in motion. Therefore, the in ⁇ induced open-circuit current is advantageously smaller than the induced current at the defined maximum, ie the point at which the closure element lifts from a seat.
  • the peak time is reduced compared to before, and the actuator does not go up energized to the impact of the closure element in the second end position.
  • the spring force of the spring which counteracts the Aktuatorkraft, the closure element is braked and strikes with a reduced speed, which brings a reduced noise when opening the Verschlus ⁇ siatas with it.
  • the actuator force acting on the closure element by the induced current intensity of the opening current pulse is greater in magnitude than the spring force of the spring.
  • the actuator force acting on the closure element by the induced hold-open current intensity essentially corresponds to the spring force in terms of magnitude. It is particularly advantageous if the induced hold open current ⁇ is ge ringyoggig greater than the spring force of the spring, so as to enable under optimum energy conditions, that the closure member can be held against the spring force acting in the second end position.
  • the induced hold-open current intensity is advantageously kept constant for a predetermined period of time.
  • the predetermined period of time for which the hold-open current is to be held on the actuator is determined in advance and depends on which amount of fuel to be removed from the high-pressure side. The more fuel that is to be removed, the longer the time that the closure element has to be held in the second end position.
  • the predetermined period of time in which the closure element is held in the second end position corresponds to a so-called hold phase, which is required as long as the pressure reduction by the pressure reduction valve is required. If the voltage application after this predetermined
  • the actuator is advantageously acted upon by a constant voltage for inducing a braking current.
  • the duration of the voltage application is shorter than the time duration for inducing the opening current pulse.
  • This brake current therefore represents a pulse which is appended to the actual drive pulse and which decelerates the closure element before it arrives in the first end position. Due to the reduced speed, the noise in the
  • the brake ⁇ current is advantageously less than the hold-open current, which is caused by the fact that the constant voltage is applied is shorter.
  • the voltage that is applied to the coil is advantageously not variable in their amount.
  • the induced current The strength in the actuator is thus affected by the duration of the voltage applied and the shape (constant or pulsed).
  • the actuator force acting on the closure element by the induced braking current is smaller than the spring force of the spring.
  • the application of the constant voltage is terminated and the actuator is subjected to a pulsed voltage until the closure element is completely in the first end position. Then the voltage application is completely stopped.
  • the pulsed voltage it is also possible to keep the pulsed voltage even longer beyond the closing time of the closure element.
  • the voltage application of the actuator for inducing the braking current occurs during the movement of the shutter ⁇ element, and not only after the closure element has already reached the first end position again. Since the spring force of the spring is known, it is also known what time the shutter ⁇ element needed to return to a complete removal of the energization of the second end position in the first end position. This time period can be stored, for example, in a corresponding map. The actuation of the actuator then takes place during this known duration, so that in the meantime a braking effect acts on the closure element.
  • a controller for controlling a switching valve special to ⁇ a pressure reduction valve for a Kraft fürin- injection system, is designed so that it can perform the method described above.
  • control device in particular an output device for outputting a voltage, in such a way that a current induced by the voltage is variable.
  • control device comprises a maximum detection device, with which the control device is able to detect when the defined maximum in the current strength of the opening current pulse is present, and thus to detect when the closure element lifts off from the first end position.
  • control means comprises a duration determining means for determining the predetermined period of time necessary for the closure member to be in the second end position, i. H. in the open position, to hold in order to deduct the desired amount of fuel from the high pressure side can.
  • a map is stored in the control device, which indicates on the basis of the known spring force of the spring, the time required for the closure element to move from the second end position without energization in the first end position.
  • FIG. 1 is a schematic sectional view of a switching valve, which serves as a pressure reduction valve for dismantling a
  • Fig. 2 are schematic diagrams showing the relationship between a current-time-driving profile of the switching valve Fig. 1 and a dependent path-time profile of a closure element of the switching valve represent ⁇ as is known from the prior art;
  • FIG. 3 is a schematic flow diagram illustrating individual steps for performing a method of controlling the switching valve of FIG. 1;
  • FIG. 4 shows schematic diagrams illustrating the relationship between a current-time control profile of the switching valve of FIG. 1 and a dependent travel-time profile of a closure element of the switching valve ;
  • FIG. 5 is a schematic block diagram showing a controller that can perform the method of FIG. 3.
  • Fig. 1 shows a schematic longitudinal sectional view of a portion of a fuel injection system 10 on a high-pressure side 12 at which a pressure reduction valve 14 in the form of a switching valve 16 is arranged to reduce a fuel pressure prevailing in the high pressure side 12.
  • the pressure reduction valve 14 has a valve region 18 and an actuator region 20 with an actuator 22.
  • a valve opening 24 to the high-pressure side 12 of the fuel injection system 10 is closed by cooperation of a valve ball 26 with a valve seat 28.
  • the actuator region 20 has the electromagnetic actuator 22, which comprises a coil 30, a pole piece 32 and an armature 34.
  • the armature 34 is formed integrally with a closure element 36 which cooperates with the valve ball 26.
  • a spring 38 is provided, which is designed as a compression spring and between the pole piece 32 and armature 34 is arranged.
  • Fig. 1 shows schematically an example of a switching valve 16, which is formed in this case as a normally closed switching valve 16.
  • the actuator 22 and the connection between the armature 34, closure element 36 and sealing element, which is designed here as a valve ball 26, can also be configured differently.
  • the operation of the pressure reduction valve 14 is as follows:
  • a hydraulic force F H acts on the valve ball 26 and would normally push the valve ball 26 away from the valve seat 28.
  • the spring 38 presses with a spring force F F on the armature 34 and thus simultaneously on the closure element 36 and the valve ball 26, so that the valve ball 26 does not lift off its valve seat 28, but remains in its closed position.
  • This closed position represents the first end position EP1 of the closure element 36.
  • Fig. 2 shows schematically the relationship between a current-time drive profile and a path-time profile, which represent a drive profile for the coil 30, as is known from the prior art.
  • the current I which is induced in the actuator 22 by applying a voltage U to the coil 30, is plotted against the time t.
  • the path s, which the shutter member travels atponsbe ⁇ aufschlagung the coil 30 36, also against the time t is plotted with the time units of the graphs are overlapping.
  • U Ci first the current intensity I increases a by the voltage U induced Publ ⁇ voltage current pulse I öff up to a plateau.
  • this plateau region is the region where the closure element 36 ends its movement, ie, strikes in the second end position EP2.
  • a current peak I max occurs in the current-time control profile, which is due to the fact that the closure element 36 is impacted in the second end position EP2. Thereafter, the current intensity I drops sharply and remains at a constant hold-open current intensity I 0ff , in which the coil 30, a pulsed voltage U Pu i s i is impressed. This corresponds to a holding phase, in which the closure element 36 is held in the second end position EP2, so as to keep the pressure reduction valve 14 open and a control of fuel from the
  • This holding phase is performed for a predetermined period of time ⁇ t previously determined from a difference between the target pressure desired on the high-pressure side 12 and the actual pressure prevailing on the high-pressure side 12, has been determined.
  • ⁇ t previously determined from a difference between the target pressure desired on the high-pressure side 12 and the actual pressure prevailing on the high-pressure side 12, has been determined.
  • the coil 30 is subjected to a constant voltage Uci such that an opening current pulse I öff is induced.
  • I def the induced current I is in a defined maximum I def .
  • This maximum I def was previously determined in a calibration measurement and corresponds to the time t at which the closure element 36 lifts off from the first end position EP 1. If this is the case, the impingement is completed with the constant voltage U C i and switched to an application of a pulsed current U Pu i s i, which induces an open hold current value I 0ff, and for a predetermined period of time At, the previously determined is.
  • the upper diagram again shows a current-time-on control profile representing the drive-induced current intensity I induced by the voltage application over time t
  • the lower diagram represents a path-time profile which shows how the current time is Closing element 36 moves depending on the drive profile in the upper diagram.
  • the shutter ⁇ element 36 is decelerated both in the opening phase and in the closing ⁇ phase, so that the impact in the two end positions EP1, EP2 less precipitates and the noise can be reduced.
  • Fig. 5 is a block diagram illustrating the controller 40 of Fig. 1 which is adapted to perform the driving method described above.
  • the control device 40 has an output device 42, with which the desired voltage U for inducing the respective current intensity I of the coil 30 can be impressed.
  • a Ma ⁇ ximumser projecteds healthy 44 is provided which can detect when the opening current pulse I ö ff is in the defined maximum I d e f, that is, when the shutter member 36 starts to move.
  • the control device 40 includes a Zeitdau ⁇ erapps Rhein 46 that determines for how long the closure element 36 in the second end position EP2, ie in the Opening position, must be maintained in order to achieve the desired pressure reduction on the high pressure side 12 can.
  • a determination device 48 is provided, which determines whether the voltage U is completely switched off. Further, the control device 40 also includes a map 50, which is stored in the period of time At the closure element 36 required when it, only acted upon by the spring force F F , moves back from the second end position EP2 in the first end position EP1.
  • the coil 30 can be impressed with the control means 40 by a new control profile in which three further phases are appended after the actual drive pulse , which is composed of the opening current pulse I ff and the hold-open current intensity I 0ff .

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Schaltventils (16), bei dem ein Aktuator (22) mit einer konstanten Spannung (UC1) solange beaufschlagt wird, bis sich ein Verschlusselement (36), das durch den Aktuator (22) betätigt wird, in Bewegung setzt, und dann die Beaufschlagung mit der konstanten Spannung (UC1) sofort beendet wird und der Aktuator (22) mit einer gepulsten Spannung (UPuls1) beaufschlagt wird. Weiter betrifft die Erfindung eine Steuereinrichtung (40), die zum Durchführen des Verfahrens geeignet ist.

Description

Beschreibung
Verfahren und Steuereinrichtung zum Steuern eines Schaltventils Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Schaltventils sowie eine Steuereinrichtung, die zum Steuern eines solchen Schaltventils ausgebildet ist.
In Kraftstoffeinspritzsystemen sind an verschiedenen Stellen sog. aktive Ventile, die häufig als Schaltventile ausgebildet sind, angeordnet. Diese Schaltventile können über einen Aktuator aktiv geöffnet und geschlossen werden, wodurch eine gezielte Regelung eines Kraftstoffflusses erreicht werden kann. Beispielsweise ist ein solches Schaltventil als Druckabbauventil auf einer Hochdruckseite des Kraftstoffeinspritzsystems an¬ geordnet, um einen Systemdruck in dem Kraftstoffeinspritzsystem aktiv regeln zu können. Dabei ist es bekannt, den Kraftstoffdruck vorzugsweise auf einen gewünschten Solldruck zu regeln. Ein Teil der Regelung des Systemdruckes erfolgt dabei über eine be¬ darfsgerechte Ansteuerung einer Zumesseinheit auf einer Nie¬ derdruckseite des Kraftstoffeinspritzsystems . Dabei erfolgt der Druckauf- bzw. -abbau segmentsynchron zu einem Einspritzsegment oder Pumpensegment einer Kraftstoffhochdruckpumpe in dem Kraft- stoffeinspritzsystem, je nach Übersetzung der Kraftstoffhochdruckpumpe im Verhältnis zum antreibenden Motor. Der tatsächlich vorherrschende Istdruck auf der Hochdruckseite des Kraftstoff¬ einspritzsystems wird durch einen Hochdrucksensor erfasst und an eine Steuereinrichtung weitergegeben. Um den gewünschten Soll- druck auf der Hochdruckseite zu erreichen, wird der Systemdruck über ein sog. digitales Druckabbauventil aktiv abgebaut. Dieses Druckabbauventil ist zumeist als Schaltventil und somit als aktives Ventil ausgebildet, funktioniert ähnlich wie ein In¬ jektor und steuert somit eine definierte Kraftstoffmenge aus der Hochdruckseite ab, um den Kraftstoffdruck abzubauen. Beim Öffnen und Schließen erzeugt das aktive Druckabbauventil dabei ein Geräusch, was bislang keine Berücksichtigung gefunden hatte. Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Steuereinrichtung zum Steuern eines Schaltventiles anzugeben, mit dem bzw. mit der ein geräuscharmer Betrieb des Druckabbauventiles möglich ist. Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren zum Steuern eines
Schaltventils mit der Merkmalskombination des Anspruches 1 gelöst .
Eine Steuereinrichtung zum Steuern eines solchen Schaltventils ist Gegenstand des nebengeordneten Anspruches.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Ein Schaltventil, insbesondere ein Druckabbauventil für ein Kraftstoffeinspritzsystem, weist ein Verschlusselement, das zwischen einer ersten Endposition, in der es eine Ventilöffnung verschließt, und einer zweiten Endposition, in der es die Ventilöffnung zumindest teilweise freigibt, bewegbar ist, eine Feder, die auf das Verschlusselement eine in Richtung der ersten Endposition wirkende Federkraft ausübt, und einen elektro¬ magnetischen Aktuator auf, der bei Beaufschlagung mit Spannung auf das Verschlusselement eine der Federkraft entgegengesetzt wirkende Aktuatorkraft in Richtung auf die zweite Endposition ausübt. Insbesondere umfasst der Aktuator dabei eine Spule, die mit Spannung von außen beaufschlagt wird. Dabei hat die
Spannungsbeaufschlagung eine induzierte Stromstärke zur Folge, die die Aktuatorkraft bewirkt. Bei einem Verfahren zum Steuern eines solchen Schaltventiles wird zunächst der Aktuator mit einer konstanten Spannung, die einen Öffnungsstromimpuls induziert, solange beaufschlagt, bis die Stromstärke des Öffnungsstromimpulses ein vordefiniertes Ma- ximum erreicht . Dieses Maximum ist so definiert, dass es dem Punkt entspricht, an dem sich das Verschlusselement gegen die Fe¬ derkraft in Bewegung setzt. Das vordefinierte Maximum kann beispielsweise durch eine Kalibrationsmessung ermittelt werden, bei der erfasst wird, bei welcher induzierten Stromstärke die Bewegung des Verschlusselementes beginnt.
Bei Erreichen des vordefinierten Maximums der Stromstärke wird die Spannungsbeaufschlagung mit der konstanten Spannung sofort beendet und der Aktuator stattdessen mit einer gepulsten Spannung beaufschlagt. Diese gepulste Spannung induziert eine im We¬ sentlichen konstante Offenhaltestromstärke. Die Pulse (d.h. die Zeitdauer jedes Einzelpulses sowie der zeitliche Abstand zwischen zweier aufeinanderfolgender Pulse) werden dabei so gewählt, dass die induzierte Offenhaltestromstärke vorzugsweise geringer ist als das vordefinierte Maximum der Stromstärke.
Die gepulste Spannung und somit die induzierte Offenhal¬ testromstärke werden für eine vorbestimmte Zeitdauer gehalten, um das Verschlusselement in der zweiten Endposition zu halten.
Danach wird die Spannungsbeaufschlagung nach der vorbestimmten Zeitdauer unterbrochen, so dass das Verschlusselement durch die Federkraft in die erste Endposition bewegt wird. Vorteilhaft ist das Schaltventil als stromlos geschlossenes Schaltventil ausgebildet, das bedeutet, dass der Öffnungs¬ stromimpuls dafür sorgt, dass sich das Verschlusselement in eine Öffnungsposition bewegt. Bislang war es bekannt, den Aktuator solange mit Spannung zu beaufschlagen, bis das Verschlusselement in der zweiten End¬ position eingeschlagen ist, was als sog. Peakzeit bezeichnet wird, und danach das Druckabbauventil mit einem durch eine gepulste Spannung induzierten Haltestrom zu beaufschlagen, der bis zum Ende des gewünschten geöffneten Zustandes gehalten wurde .
Im Gegensatz dazu wird nun vorgeschlagen, die Spannungsbeaufschlagung des Aktuators zum Induzieren des Öffnungsstro- mimpulses nur solange durchzuführen, bis die Stromstärke das definierte Maximum erreicht. Dies ist der Punkt, an dem das Verschlusselement beginnt, sich aus der ersten Endposition in Richtung auf die zweite Endposition weg zu bewegen. Der Aktuator wird nur genau bis zu diesem Punkt mit der konstanten Spannung zum Induzieren des Öffnungsstromimpulses beaufschlagt, um zu erreichen, dass das Verschlusselement sich aus der ersten Endposition abhebt. Zur Weiterbewegung des Verschlusselementes in Richtung auf die zweite Endposition wird nun eine so große induzierte Stromstärke nicht mehr benötigt, weshalb die Spannung nur noch gepulst und nicht konstant auf den Aktuator einwirkt, um so eine verringerte induzierte Stromstärke zu erreichen, die gerade ausreicht, dass das Verschlusselement, wenn es die zweite Endposition erreicht hat, gerade offen gehalten werden kann. Die induzierte Stromstärke, die benötigt wird, um das Ver¬ schlusselement in der zweiten Endposition zu halten, ist kleiner als die induzierte Stromstärke, die benötigt wird, um das Verschlusselement in Bewegung zu setzen. Deshalb ist die in¬ duzierte Offenhaltestromstärke vorteilhaft kleiner als die induzierte Stromstärke am definierten Maximum, d. h. dem Punkt, an dem das Verschlusselement von einem Sitz abhebt.
Durch diese Art der Spannungsbeaufschlagung ist die Peakzeit im Vergleich zu vorher reduziert, und der Aktuator wird nicht bis zum Einschlag des Verschlusselementes in der zweiten Endposition mit Spannung beaufschlagt. Durch die Federkraft der Feder, die der Aktuatorkraft entgegenwirkt, wird das Verschlusselement abgebremst und schlägt mit einer reduzierten Geschwindigkeit ein, was ein reduziertes Geräusch beim Öffnen des Verschlus¬ selementes mit sich bringt.
Vorteilhaft ist die durch die induzierte Stromstärke des Öffnungsstromimpulses auf das Verschlusselement wirkende Ak- tuatorkraft betragsmäßig größer als die Federkraft der Feder. So ist es möglich, die Federkraft der Feder zu überwinden und das Verschlusselement in Bewegung zu versetzen. Weiter ist es vorteilhaft, wenn die durch die induzierte Offenhaltestromstärke auf das Verschlusselement wirkende Aktuatorkraft im Wesentlichen betragsmäßig der Federkraft entspricht. Es ist besonders vorteilhaft, wenn die induzierte Offenhaltestromstärke ge¬ ringfügig größer ist als die Federkraft der Feder, um so unter optimalen Energiebedingungen zu ermöglichen, dass das Verschlusselement entgegen der wirkenden Federkraft in der zweiten Endposition gehalten werden kann.
Die induzierte Offenhaltestromstärke wird dabei vorteilhaft für eine vorbestimmte Zeitdauer konstant gehalten. Die vorbestimmte Zeitdauer, für die die Offenhaltestromstärke auf den Aktuator gehalten werden soll, wird zuvor ermittelt und hängt davon ab, welche Kraftstoffmenge aus der Hochdruckseite abgesteuert werden soll. Je mehr Kraftstoff abgesteuert werden soll, desto länger ist die Zeitdauer, die das Verschlusselement in der zweiten Endposition gehalten werden muss.
In vorteilhafter Ausgestaltung wird die Spannungsbeaufschlagung des elektromagnetischen Aktuators solange unterbrochen, bis eine induzierte Stromstärke von 1 = 0 erreicht ist. Es ist jedoch auch möglich, die Spannungsbeaufschlagung für einen kürzeren Zeitraum zu unterbrechen, sodass die induzierte Stromstärke sich nicht ganz bis auf 1 = 0 abbauen kann. Die vorbestimmte Zeitdauer, in der das Verschlusselement in der zweiten Endposition gehalten wird, entspricht einer sog. Holdphase, die benötigt wird, solange der Druckabbau durch das Druckabbauventil erforderlich ist. Wird die Spannungsbeaufschlagung nach dieser vorbestimmten
Zeitdauer dann unterbrochen, wird das Verschlusselement durch die Federkraft der Feder zurück in die Anfangsposition, d. h. die erste Endposition, gedrückt. Während der Bewegung des Verschlusselementes in die erste
Endposition nach der Unterbrechung der Spannungsbeaufschlagung wird der Aktuator vorteilhaft mit einer konstanten Spannung zum Induzieren einer Bremsstromstärke beaufschlagt. Die Zeitdauer der Spannungsbeaufschlagung ist dabei kürzer als die Zeitdauer zum Induzieren des Öffnungsstromimpulses.
Diese Bremsstromstärke stellt daher einen an den eigentlichen Ansteuerpuls angehängten Puls dar, der das Verschlusselement vor dem Eintreffen in der ersten Endposition abbremst. Durch die dadurch reduzierte Geschwindigkeit wird das Geräusch beim
Schließen des Schaltventiles reduziert. Da die Bremsstromstärke die Federkraft der Feder nicht vollständig Überdrücken muss, sondern nur verringernd darauf einwirken muss, ist die Brems¬ stromstärke vorteilhaft kleiner als die Offenhaltestromstärke, was dadurch bewirkt wird, dass die konstante Spannung kürzer einwirkt .
Denn die Spannung, die an die Spule angelegt wird, ist in ihrem Betrag vorteilhaft nicht veränderlich. Die induzierte Strom- stärke in dem Aktuator wird folglich durch die Zeitdauer der Spannungsbeaufschlagung und die Form (konstant oder gepulst) beeinflusst . Vorzugsweise ist die durch die induzierte Bremsstromstärke auf das Verschlusselement wirkende Aktuatorkraft kleiner als die Federkraft der Feder.
In vorteilhafter Ausgestaltung wird nach Erreichen der ge- wünschten induzierten Bremsstromstärke die Beaufschlagung mit der konstanten Spannung beendet und der Aktuator mit einer gepulsten Spannung solange beaufschlagt, bis sich das Ver¬ schlusselement vollständig in der ersten Endposition befindet. Dann wird die Spannungsbeaufschlagung vollständig beendet. Es ist jedoch auch möglich, die gepulste Spannung noch über den Schließzeitpunkt des Verschlusselementes hinaus länger aufrecht zu halten.
Die Spannungsbeaufschlagung des Aktuators zum Induzieren der Bremsstromstärke erfolgt während der Bewegung des Verschluss¬ elementes, und nicht erst, nachdem das Verschlusselement bereits die erste Endposition wieder erreicht hat. Da die Federkraft der Feder bekannt ist, ist auch bekannt, welche Zeit das Verschluss¬ element benötigt, um nach einer vollständigen Wegnahme der Bestromung von der zweiten Endposition in die erste Endposition zurückzukehren. Diese Zeitdauer kann beispielsweise in einem entsprechenden Kennfeld hinterlegt sein. Die Ansteuerung des Aktuators erfolgt dann während dieser vorbekannten Zeitdauer, so dass währenddessen eine Bremswirkung auf das Verschlusselement wirkt.
Eine Steuereinrichtung zum Steuern eines Schaltventils, ins¬ besondere eines Druckabbauventils für ein Kraftstoffein- spritzsystem, ist so ausgebildet, dass sie das oben beschriebene Verfahren durchführen kann.
Dazu weist die Steuereinrichtung insbesondere eine Ausgabe- einrichtung zum Ausgeben einer Spannung auf, und zwar derart, dass eine durch die Spannung induzierte Stromstärke veränderbar ist. Weiter umfasst die Steuereinrichtung eine Maximumserfassungseinrichtung, mit der die Steuereinrichtung in der Lage ist zu erkennen, wann das definierte Maximum in der Stromstärke des Öffnungsstromimpulses vorliegt, und somit zu erfassen, wann sich das Verschlusselement aus der ersten Endposition abhebt. Zusätzlich umfasst die Steuereinrichtung eine Zeitdauerermittlungseinrichtung, um die vorbestimmte Zeitdauer zu ermitteln, die nötig ist, um das Verschlusselement in der zweiten Endposition, d. h. in der Offenstellung, zu halten, um die gewünschte Kraftstoffmenge aus der Hochdruckseite absteuern zu können. Weiter umfasst die Steuereinrichtung eine Ermittlungseinrichtung, mit der ermittelt werden kann, ob die Spannung vollständig ausgeschaltet ist, sodass sich die induzierte Stromstärke beispielsweise auf eine Wert von 1 = 0 abbauen kann. Zusätzlich ist in der Steuereinrichtung ein Kennfeld hinterlegt, das auf Basis der bekannten Federkraft der Feder die Zeitdauer angibt, die das Verschlusselement benötigt, um von der zweiten Endposition ohne Bestromung in die erste Endposition zu gelangen.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigt:
Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung eines Schalt- ventils, das als Druckabbauventil zum Abbauen eines
Druckes aus einer Hochdruckseite in einem Kraft¬ stoffeinspritzsystem wirkt;
Fig. 2 schematische Diagramme, die den Zusammenhang zwischen einem Strom-Zeit-Ansteuerprofil des Schaltventils aus Fig. 1 und einem davon abhängigen Weg-Zeit-Profil eines Verschlusselementes des Schaltventils dar¬ stellen, wie dies aus dem Stand der Technik bekannt ist ;
Fig. 3 ein schematisches Flussdiagramm, das Einzelschritte zum Durchführen eines Verfahrens zum Steuern des Schaltventils aus Fig. 1 darstellt;
Fig. 4 schematische Diagramme, die den Zusammenhang zwischen einem Strom-Zeit-Ansteuerprofil des Schaltventils aus Fig. 1 und einem davon abhängigen Weg-Zeit-Profil eines Verschlusselementes des Schaltventils dar¬ stellt; und
Fig. 5 ein schematisches Blockdiagramm, das eine Steuereinrichtung zeigt, die das Verfahren gemäß Fig. 3 durchführen kann.
Fig. 1 zeigt eine schematische Längsschnittdarstellung eines Teilbereiches eines Kraftstoffeinspritzsystems 10 auf einer Hochdruckseite 12, an der zum Abbauen eines Kraftstoffdruckes , der in der Hochdruckseite 12 vorherrscht, ein Druckabbauventil 14 in Form eines Schaltventiles 16 angeordnet ist.
Das Druckabbauventil 14 weist einen Ventilbereich 18 und einen Aktuatorbereich 20 mit einem Aktuator 22 auf. In dem Ventilbereich 18 ist eine Ventilöffnung 24 zur Hochdruckseite 12 des Kraftstoffeinspritzsystems 10 durch Zusammenwirken einer Ventilkugel 26 mit einem Ventilsitz 28 verschlossen. Der Aktuatorbereich 20 weist den elektromagnetischen Aktuator 22 auf, der eine Spule 30, ein Polstück 32 und einen Anker 34 umfasst. Der Anker 34 ist dabei integral mit einem Verschlusselement 36 ausgebildet, das mit der Ventilkugel 26 zusammenwirkt. Zu¬ sätzlich ist eine Feder 38 vorgesehen, die als Druckfeder ausgebildet ist und zwischen Polstück 32 und Anker 34 angeordnet ist . Es wird darauf hingewiesen, dass Fig. 1 schematisch ein Beispiel eines Schaltventiles 16 zeigt, das in diesem Fall als stromlos geschlossenes Schaltventil 16 ausgebildet ist. Insbesondere der Aktuator 22 und die Verbindung zwischen Anker 34, Verschlusselement 36 und Dichtelement, das hier als Ventilkugel 26 ausgebildet ist, kann auch anders ausgestaltet sein.
Die Wirkungsweise des Druckabbauventiles 14 ist wie folgt:
Von der Hochdruckseite 12 her wirkt eine hydraulische Kraft FH auf die Ventilkugel 26 und würde die Ventilkugel 26 normalerweise von dem Ventilsitz 28 wegdrücken. Von der gegenüberliegenden Seite drückt jedoch die Feder 38 mit einer Federkraft FF auf den Anker 34 und somit gleichzeitig auf das Verschlusselement 36 und die Ventilkugel 26, so dass sich die Ventilkugel 26 nicht von ihrem Ventilsitz 28 abhebt, sondern in ihrer Schließstellung verbleibt. Diese Schließstellung stellt die erste Endposition EP1 des Verschlusselementes 36 dar.
Wird nun die Spule 30 mit einer Spannung U beaufschlagt, induziert dies eine Stromstärke I, der Anker 34 wird von dem Polstück 32 angezogen und die Federkraft FF der Feder 38 überdrückt, d. h. eine Aktuatorkraft FA des Aktuators 22 wird größer als eine Federkraft FF der Feder 38. Dadurch bewegen sich der Anker 34, das Verschlusselement 36 und die Ventilkugel 26 weg von dem Ventilsitz 28 und geben die Ventilöffnung 24 zumindest teilweise frei. Ist die Federkraft FF vollständig überdrückt, dann befindet sich das Verschlusselement 36 in der zweiten Endposition EP2.
Die Ansteuerung der Spule 30, über die die Bewegung des Verschlusselementes 36 und somit der Ventilkugel 26 in Richtung der zweiten Endposition EP2 bewirkt werden kann, erfolgt über eine Steuereinrichtung 40. Fig. 2 zeigt schematisch den Zusammenhang zwischen einem Strom-Zeit-Ansteuerprofil und einem Weg-Zeit-Profil, die ein Ansteuerprofil für die Spule 30 darstellen, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist.
In dem oberen Diagramm ist dabei der Strom I, der in dem Aktuator 22 durch Beaufschlagung der Spule 30 mit einer Spannung U induziert wird, gegen die Zeit t aufgetragen. Im unteren Diagramm ist der Weg s, den das Verschlusselement 36 bei Spannungsbe¬ aufschlagung der Spule 30 zurücklegt, ebenfalls gegen die Zeit t aufgetragen, wobei die Zeiteinheiten der Diagramme sich überlappen . In dem oberen Diagramm ist zu erkennen, dass durch eine Beaufschlagung mit einer konstanten Spannung UCi zunächst die Stromstärke I eines durch die Spannung U induzierten Öff¬ nungsstromimpulses I öff zunimmt bis zu einem Plateau. Bei Vergleich mit dem unteren Diagramm ist zu erkennen, dass dieser Plateaubereich der Bereich ist, wo das Verschlusselement 36 seine Bewegung beendet, d. h. in der zweiten Endposition EP2 einschlägt. Kurz nach dem Plateaubereich erfolgt eine Stromspitze Imax in dem Strom-Zeit-Ansteuerprofil, die daher rührt, dass das Verschlusselement 36 in der zweiten Endposition EP2 einge- schlagen ist. Danach fällt die Stromstärke I stark ab und bleibt auf einer konstanten Offenhaltestromstärke I0ff, bei der der Spule 30 eine gepulste Spannung UPuisi aufgeprägt wird. Dies entspricht einer Haltephase, in der das Verschlusselement 36 in der zweiten Endposition EP2 gehalten wird, um so das Druckabbauventil 14 offen zu halten und eine Absteuerung von Kraftstoff aus der
Hochdruckseite 12 zu ermöglichen. Diese Haltephase erfolgt für eine vorbestimmte Zeitdauer At, die zuvor aus einer Differenz zwischen Solldruck, der auf der Hochdruckseite 12 gewünscht ist, und dem Istdruck, der auf der Hochdruckseite 12 vorherrscht, ermittelt worden ist. Ist der Solldruckwert erreicht, wird die Spannungsbeaufschlagung vollständig beendet und die induzierte Stromstärke I baut sich bis auf einen Wert von I = 0 ab. Dabei überwiegt dann wieder die Federkraft FF der Feder 38, so dass das Verschlusselement 36 wieder in die erste Endposition EP1 zu¬ rückgedrückt wird.
Sowohl zu dem Zeitpunkt, bei dem das Verschlusselement 36 in der zweiten Endposition EP2 einschlägt, als auch zu dem Zeitpunkt, zu dem das Verschlusselement 36 in der ersten Endposition EP1 durch die Federkraft FF einschlägt, entstehen starke Geräusche durch den AufSchlagimpuls .
Daher wird nun vorgeschlagen, um diese Geräusche zu verringern, die in Fig. 2 gezeigte, aus dem Stand der Technik bekannte,
Ansteuerstrategie zu ändern, was in dem Flussdiagramm in Fig. 3 schematisch dargestellt ist.
Dabei wird zunächst die Spule 30 so mit einer konstanten Spannung Uci beaufschlagt, dass ein Öffnungsstromimpuls I öff induziert wird. Im nächsten Schritt wird ermittelt, ob sich die induzierte Stromstärke I in einem definierten Maximum Idef befindet. Dieses Maximum Idef wurde in einer Kalibrationsmessung zuvor ermittelt und entspricht dem Zeitpunkt t, zu dem das Verschlusselement 36 aus der ersten Endposition EP 1 abhebt. Ist dies der Fall, wird die Beaufschlagung mit der konstanten Spannung UCi beendet und auf eine Beaufschlagung mit einer gepulsten Stromstärke UPuisi umgeschaltet, die eine Offenhaltestromstärke I0ff induziert, und zwar für eine vorbestimmte Zeitdauer At, die zuvor ermittelt worden ist. Nach Ablauf dieser vorbestimmten Zeitdauer At wird die Spannungsbeaufschlagung des Aktuators 22 solange unterbrochen, bis die induzierte Stromstärke I beispielsweise einen Wert von 1 = 0 erreicht hat. Es muss aber nicht so lange gewartet werden, und die Spannungsbeaufschlagung kann wieder gestartet werden, bevor die induzierte Stromstärke I sich vollständig abgebaut hat. Danach wird noch während der Bewegung des Ver¬ schlusselementes 36 zurück in die erste Endposition EPl, die durch die Federkraft FF der Feder 38 bewirkt wird, durch Be- aufschlagung des Aktuators 22 mit einer konstanten Spannung UC2 eine Bremsstromstärke Ißrems induziert, wobei die Aktuatorkraft FA, die durch diese Bremsstromstärke Ißrems auf das Verschluss¬ element 36 wirkt, der Federkraft FF entgegenwirkt, und somit die Bewegungsgeschwindigkeit des Verschlusselementes 36 abbremst. Die Spannung U wird von der konstanten Spannung UC2 in eine gepulste Spannung UPuiS2 umgeschaltet und solange gehalten, bis das Verschlusselement 36 die erste Endposition EPl erreicht hat. Danach wird die Spannungsbeaufschlagung des Aktuators 22 vollständig beendet, bis die Stromstärke I wieder einen Wert von 1 = 0 angenommen hat.
Diese Ansteuerstrategie ist schematisch in Fig. 4 gezeigt.
In Fig. 4 zeigt wieder das obere Diagramm ein Strom-Zeit-An- Steuerprofil, das die durch die Spannungsbeaufschlagung induzierte Ansteuerstromstärke I über die Zeit t darstellt, während das untere Diagramm ein Weg-Zeit-Profil darstellt, das zeigt, wie sich das Verschlusselement 36 abhängig von dem Ansteuerprofil im oberen Diagramm bewegt.
Es ist zu sehen, dass die Spannungsbeaufschlagung mit der konstanten Spannung UCi zum Induzieren des Öffnungsstromimpulses I öff nicht, wie bisher bekannt, solange erfolgt, bis eine Strom¬ spitze Imax erfasst werden kann, d. h. bis das Verschlusselement 36 in der zweiten Endposition EP2 eingeschlagen ist, sondern dass bereits bei Erreichen des definierten Maximums I def der indu¬ zierten Stromstärke I und somit in dem Moment, in dem sich das Verschlusselement 36 in Bewegung setzt, die Stromstärke I durch Beenden der konstanten Spannungsbeaufschlagung abgesenkt wird, und durch Beaufschlagung mit einer gepulsten Spannung UPuis i die Offenhaltestromstärke I0ff induziert wird. Diese wird für eine Zeitdauer At gehalten, die einer vorbestimmten Zeitdauer At entspricht, welche zuvor ermittelt worden ist, um den Druck wie gewünscht aus der Hochdruckseite 12 abzusteuern. Am Ende dieser vorbestimmten Zeitdauer At wird die Spannungsbeaufschlagung unterbrochen, beispielsweise so lange, dass die induzierte Stromstärke I sich auf einen Wert von 1 = 0 abbauen kann. Im Gegensatz zum Stand der Technik endet hier jedoch nicht das Ansteuerprofil, sondern es wird durch erneute Spannungsbeauf¬ schlagung mit einer konstanten Spannung UC2 die Bremsstromstärke Ißrems induziert, so dass eine Aktuatorkraft FA auch bei der Schließbewegung des Verschlusselementes 36 in Richtung auf die erste Endposition EP 1 gegen die Federkraft FF der Feder 38 wirkt.
Durch das in Fig. 4 gezeigte Ansteuerprofil wird das Verschluss¬ element 36 sowohl in der Öffnungsphase als auch in der Schlie߬ phase abgebremst, so dass der Einschlag in den beiden Endpo- sitionen EP1, EP2 weniger stark ausfällt und die Geräuschentwicklung verringert werden kann.
Fig. 5 zeigt ein Blockdiagramm, das die Steuereinrichtung 40 aus Fig. 1 darstellt, welche dazu geeignet ist, das oben beschriebene Ansteuerverfahren durchzuführen. Dazu weist die Steuereinrichtung 40 eine Ausgabeeinrichtung 42 auf, mit der die gewünschte Spannung U zum Induzieren der jeweiligen Stromstärke I der Spule 30 aufgeprägt werden kann. Zusätzlich ist eine Ma¬ ximumserfassungseinrichtung 44 vorgesehen, die erfassen kann, wann sich der Öffnungsstromimpuls I öff in dem definierten Maximum I def befindet, d. h. wann sich das Verschlusselement 36 in Bewegung setzt. Weiter umfasst die Steuereinrichtung 40 eine Zeitdau¬ erermittlungseinrichtung 46, die ermittelt, für wie lange das Verschlusselement 36 in der zweiten Endposition EP2, d. h. in der Öffnungsposition, gehalten werden muss, um den gewünschten Druckabbau auf der Hochdruckseite 12 erreichen zu können.
Zusätzlich ist auch eine Ermittlungseinrichtung 48 vorgesehen, die ermittelt, ob die Spannung U vollständig ausgeschaltet ist. Weiter beinhaltet die Steuereinrichtung 40 auch ein Kennfeld 50, in dem hinterlegt ist, welche Zeitdauer At das Verschlusselement 36 benötigt, wenn es sich, nur von der Federkraft FF beaufschlagt, von der zweiten Endposition EP2 in die erste Endposition EP1 zurückbewegt .
Mit der Steuereinrichtung 40 kann demgemäß der Spule 30 ein neues Ansteuerprofil aufgeprägt werden, bei dem nach dem eigentlichen Ansteuerpuls, der sich aus dem Öffnungsstromimpuls I öff und der Offenhaltestromstärke I0ff zusammensetzt, drei weitere Phasen angehängt werden. Nämlich eine Unterbrechungsphase, in der eine verringerte Stromstärke I von beispielsweise 1 = 0 vorherrscht, und eine Phase, in der eine Bremsstromstärke Ißrems aufgebracht undgehalten wird. Dadurch, dass die Phase des Öffnungsstromimpul ses ± öff im
Vergleich zum Stand der Technik verkürzt wurde, und nach dem eigentlichen Ansteuerpuls drei weitere Phasen angehängt worden sind, ist es möglich, die Einschlaggeschwindigkeit des Ver¬ schlusselementes 36 in beiden Endpositionen EP1, EP2 zu ver- ringern, und somit eine Geräuschreduzierung bei der Betätigung des Schaltventiles 16 zu erreichen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Steuern eines Schaltventils (16), insbe¬ sondere eines Druckabbauventils (14) für ein Kraftstoffein- spritzsystem (10),
wobei das Schaltventil (16) aufweist:
ein Verschlusselement (36) , das zwischen einer ersten Endposition (EP1), in der es eine Ventilöffnung (24) verschließt, und einer zweiten Endposition (EP2) , in der es die Ventilöffnung (24) zumindest teilweise freigibt, bewegbar ist,
eine Feder (38), die auf das Verschlusselement (36) eine in Richtung der ersten Endposition (EP1) wirkende Federkraft (FF) ausübt,
einen elektromagnetischen Aktuator (22), der bei Beauf- schlagung mit Spannung (U) auf das Verschlusselement (36) eine der Federkraft (FF) entgegengesetzt wirkende Aktuatorkraft (FA) in Richtung auf die zweite Endposition (EP2) ausübt,
wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
Beaufschlagen des Aktuators (22) mit einer konstanten Spannung ( UCi ) zum Induzieren eines Öffnungsstromimpulses ( I öff ) so lange, bis sich das Verschlusselement (36) gegen die Fe¬ derkraft (FF) in Bewegung setzt, und dann sofortiges Beenden der Beaufschlagung mit der konstanten Spannung ( UCi ) und Beauf¬ schlagen des Aktuators (22) mit einer gepulsten Spannung ( UPuis i ) zum Induzieren einer im Wesentlichen konstanten Offenhaltestromstärke (I0ff ) ,
Halten der gepulsten Spannung ( UPuis i ) und somit der Offenhaltestromstärke (I0ff ) für eine vorbestimmte Zeitdauer (At) zum Halten des Verschlusselementes (36) in der zweiten End- position (EP2),
Unterbrechen der Spannungsbeaufschlagung nach der vorbestimmten Zeitdauer (At) , sodass das Verschlusselement (36) durch die Federkraft (FF) in die erste Endposition (EP1) bewegt wird .
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die durch die induzierte Strom¬ stärke (I) des Öffnungsstromimpulses ( I öff ) auf das Ver- Schlusselement (36) wirkende Aktuatorkraft (FA) betragsmäßig größer ist als die Federkraft (FF) der Feder (38) und/oder dass die durch die induzierte Offenhaltestromstärke (I0ff ) auf das Verschlusselement (36) wirkende Aktuatorkraft (FA) im We¬ sentlichen betragsmäßig der Federkraft (FF) entspricht.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsbeaufschlagung so lange unterbrochen wird, bis eine induzierte Stromstärke (I) von 1 = 0 erreicht ist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass während der Bewegung des Ver¬ schlusselements (36) in die erste Endposition (EP1) nach der Unterbrechung der Spannungsbeaufschlagung der Aktuator (22) zum Induzieren einer Bremsstromstärke (iBrems) mit einer konstanten Spannung (UC2) beaufschlagt wird, wobei eine Zeitdauer (At) der Spannungsbeaufschlagung zum Induzieren der Bremsstromstärke (IBrems ) kürzer ist als die Zeitdauer (At) der Spannungsbeauf¬ schlagung zum Induzieren des Öffnungsstromimpulses ( I öff ) .
5. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass die durch die induzierte Brems¬ stromstärke ( IBrems ) auf das Verschlusse1ement (36) wirkende Aktuatorkraft (FA) kleiner ist als die Federkraft (FF) der Feder (38) .
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, gekennzeichnet durch Beenden der Beaufschlagung mit der konstanten Spannung (UC2) , und dann sofortiges Beaufschlagen des Aktuators (22) mit einer gepulsten Spannung (UPuiS2) so lange, bis sich das Verschlusselement (36) in der ersten Endposition (EP1) befindet, und dann Beenden der Spannungsbeaufschlagung.
7. Steuereinrichtung (40) zum Steuern eines Schaltventils (16), insbesondere eines Druckabbauventils (14) für ein
Kraftstoffeinspritzsystem (10), wobei die Steuereinrichtung (40) zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 ausgebildet ist.
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