Titel

Verfahren zur Steuerung einer elektromagnetischen Stelleinheit Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer elektromagnetischen

Stelleinheit mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Vorzugsweise dient die elektromagnetische Stelleinheit der Betätigung eines Ventilkolbens eines Ventil, insbesondere eines elektromagnetisch betätigbaren Saugventils, das zur Regelung der Fördermenge einer Hochdruckpumpe einsetzbar ist.

Stand der Technik Eine elektromagnetische Stelleinheit für ein Saugventil geht beispielhaft aus der

Offenlegungsschrift DE 10 2013 219 396 AI hervor. Sie umfasst eine Spule und einen darin beweglichen Magnetanker, der als Wegbegrenzungsanschlag für einen Ventilkolben des Saugventils dient. Zwischen dem Magnetanker und dem Ventilkolben besteht keine mechanische Verbindung. Durch die Federkraft einer Feder wird der Magnetanker bei unbestromter Spule in einer Grundposition gehalten, in der das Saugventil geöffnet ist. Wird die Spule bestromt, verändert sich die Position des Magnetankers relativ zur Spule, wobei sich der

Magnetanker entgegen der Federkraft der Feder bewegt. Mit veränderter Position des Magnetankers verändert sich auch der Wegbegrenzungsanschlag für den Ventilkolben, so dass über die Position des Magnetankers der

Öffnungsgrad des Saugventils bestimmbar ist.

Bei einem Saugventil der eingangs genannten Art wird üblicherweise der Hub des Ankers durch einen Anschlagkörper begrenzt. Als Anschlagkörper kann beispielsweise ein Polkern dienen, der innerhalb der Magnetspule angeordnet ist und dem Anker an einem Arbeitsluftspalt gegenüber liegt. Beispielhaft wird in diesem Zusammenhang auf das elektromagnetisch ansteuerbare Saugventil verwiesen, das in der Offenlegungsschrift DE 10 2014 200 339 AI offenbart ist. Wird die Magnetspule bestromt, um mit dem Hub des Ankers das Schließen des Saugventils zu ermöglichen, bewegt sich der Anker entgegen der Federkraft einer Feder in Richtung des Polkerns, um den Arbeitsluftspalt zu schließen. Erst mit Anschlagen des Ankers am Polkern ist ein sicheres Schließen des

Saugventils gewährleistet. Mit Anschlagen des Ankers am Polkern ist jedoch der Anschlagbereich regelmäßig einer hohen Belastung ausgesetzt, die zu einem erhöhten Verschleiß im Bereich der jeweiligen Kontaktflächen führt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Verschleiß im Ankeranschlagbereich einer elektromagnetischen Stelleinheit zu minimieren, um auf diese Weise die Lebensdauer der elektromagnetischen Stelleinheit zu erhöhen.

Zur Lösung der Aufgabe wird das Verfahren zur Steuerung einer

elektromagnetischen Stelleinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den

Unteransprüchen zu entnehmen.

Offenbarung der Erfindung

Vorgeschlagen wird ein Verfahren zur Steuerung einer elektromagnetischen Stelleinheit mit einer ringförmigen Magnetspule und einem zwischen einem ersten und einem zweiten Endanschlag hubbeweglichen Anker zur Betätigung eines Ventilkolbens eines Ventils, insbesondere eines elektromagnetisch betätigbaren Saugventils. Bei dem Verfahren wird durch Bestromung der Magnetspule eine Magnetkraft erzeugt, durch welche der Anker entgegen der Federkraft einer Feder in Richtung des zweiten Endanschlags gezogen wird. Erfindungsgemäß wird innerhalb einer vorgegebenen Schaltzeit die

Geschwindigkeit des Ankers vor Erreichen des zweiten Endanschlags durch Variation des Bestromungsprofils und/oder der an der Magnetspule anliegenden elektrischen Spannung reduziert. Die Reduzierung der Ankergeschwindigkeit hat zur Folge, dass der Anker mit verminderter Geschwindigkeit auf den den zweiten Endanschlag ausbildenden Anschlagkörper trifft. Auf diese Weise wird eine Reduzierung des

Anschlagimpulses erzielt, die den Verschleiß im Anschlagbereich mindert. Das Verfahren wirkt sich demnach verschleißmindernd aus, wodurch sich die

Lebensdauer der elektromagnetischen Stelleinheit erhöht.

Die Durchführung des Verfahrens erfolgt unter Einhaltung einer vorgegebenen Schaltzeit, wobei durch entsprechende Anpassung des Bestromungsprofils und/oder der anliegenden elektrischen Spannung die verfügbare bzw. zulässige Schaltzeit voll ausgeschöpft wird. Hierzu wird vorzugsweise die

Ankergeschwindigkeit betriebspunkt- bzw. kennfeldabhängig minimiert.

Das Bestromungsprofil kann über das Bestromungsniveau und/oder über die Bestromungsdauer variiert werden. Beide Stellgrößen beeinflussen die

Ankerbewegung.

Bevorzugt wird das Bestromungsniveau innerhalb einer vorgegebenen Schaltzeit variiert. Das Bestromungsniveau bestimmt die auf den Anker einwirkende Magnetkraft. Je stärker die Magnetkraft ist, desto höher ist auch die Anzugskraft, die den Anker in Richtung des zweiten Endanschlags zieht. Um eine

Reduzierung der Ankergeschwindigkeit und einen verminderten Anschlagimpuls zu erreichen, wird vorzugsweise das Bestromungsniveau abgesenkt, bevor der Anker den zweiten Endanschlag erreicht. Auf den Anker wirkt dann zumindest zeitweise eine reduzierte Magnetkraft.

Alternativ oder ergänzend kann die Bestromungsdauer innerhalb einer vorgegebenen Schaltzeit variiert werden, wobei vorzugsweise die

Bestromungsdauer innerhalb der vorgegebenen Schaltzeit verkürzt wird. Das heißt, dass sich das bei bestromter Magnetspule aufbauende Magnetfeld vorzeitig wieder abbaut, so dass auf den Anker vor Erreichen des zweiten Endanschlags keine Magnetkraft mehr einwirkt.

Um eine Reduzierung der Ankergeschwindigkeit zu bewirken, kann ferner alternativ oder ergänzend die innerhalb einer vorgegebenen Schaltzeit an der Magnetspule anliegende elektrische Spannung zumindest kurzzeitig verringert werden.

Vorteilhafterweise wird die innerhalb einer vorgegebenen Schaltzeit an der Magnetspule anliegende elektrische Spannung anfänglich erhöht, so dass der

Anker zu Beginn seines Hubs eine Beschleunigung erfährt. Die Beschleunigung gleicht die spätere Reduzierung der Ankergeschwindigkeit aus, so dass die geforderte Schaltzeit sicher eingehalten wird. In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Anschlagzeitpunkt des Ankers am zweiten Endanschlag detektiert wird. Hierüber kann eine

Genauigkeitssteigerung erzielt werden, wenn der Anschlagzeitpunt erkannt wird. Beispielsweise kann im Fall einer elektromagnetischen Stelleinheit zur

Betätigung eines Saugventils eine Abhängigkeit von der Viskosität des Kraftstoffs definiert werden.

Bevorzugt wird bei ausbleibendem Ankeranschlag innerhalb einer vorgegebenen Schaltzeit die Ankergeschwindigkeit durch Variation des Bestromungsprofils und/oder der an der Magnetspule anliegenden elektrischen Spannung korrigiert. Durch Einregeln und Lernen der optimalen Ansteuerparameter können somit

Toleranzen und/oder systematische Einflüsse ausgeglichen werden. Zusätzlich können die gelernten Stellgrößen über eine Funktion abgespeichert werden, so dass der Einregelvorgang bei einem erneuten Anfahren eines Betriebspunktes beschleunigt wird.

Darüber hinaus kann der Anschlagzeitpunkt durch eine Funktion optimiert werden, die nach einer zu definierenden Strategie das Bestromungsprofil und/oder die Spannung kontinuierlich verändert. Wird kein Anschlagen des Ankers erkannt, kann die letzte Änderung zurückgenommen und damit die minimal mögliche Anschlagdynamik eingeregelt werden.

Das vorgeschlagene Verfahren ermöglicht auf diese Weise eine Minimierung der erforderlichen Ansteuerenergie. Denn es besteht keine Notwendigkeit mehr, Lebensdauervorhalte oder Exemplarstreuungen (Gut-Schlecht-Ventil- Streuungen) mit einzurechnen. Vorteilhafterweise wird die Variation des Bestromungsprofils und/oder der an der Magnetspule anliegenden elektrischen Spannung nach Maßgabe einer mit der elektromagnetischen Stelleinheit verbundenen Steuereinheit durchgeführt. In der Steuereinheit können die gelernten Stellgrößen abgespeichert und als

Funktionen hinterlegt werden.

Ferner wird vorgeschlagen, dass die Schaltzeit in Abhängigkeit von mindestens einem Betriebsparameter einer Förderpumpe und/oder einer mit der

Förderpumpe verbundenen Brennkraftmaschine vorgegeben wird. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn das Verfahren der Steuerung einer elektromagnetischen Stelleinheit eines Saugventils dient. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass die Förderpumpe mit der ausreichenden Menge Kraftstoff versorgt wird. Beispielsweise kann die Schaltzeit von der Drehzahl oder der Fördermenge abhängig sein.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen: Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch ein aus dem Stand der Technik bekanntes elektromagnetisch betätigbares Saugventil und

Fig. 2 eine schematische Darstellung der Abhängigkeit des Ankerhubs von den Steuergrößen Bestromungsniveau und Bestromungsdauer sowie Spannung.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

Das in der Fig. 1 dargestellte elektromagnetisch betätigbare Saugventil 7 umfasst eine elektromagnetische Stelleinheit 1, die gemeinsam mit dem Saugventil 7 an einen Zylinderkopf 10 einer Förderpumpe 9 für Kraftstoff angebaut ist. Die elektromagnetische Stelleinheit 1 umfasst eine ringförmige Magnetspule 2 und einen zwischen zwei Endanschlägen 3, 4 hubbeweglichen Anker 5, der zur Betätigung des Saugventils 7 mit einem Ventilkolben 6 koppelbar ist. Bei unbestromter Magnetspule 2 drückt die Federkraft einer Feder 8 den Anker 5 gegen den Ventilkolben 6, der auf diese Weise aus einem Ventilsitz 11 gehoben wird. Denn die Federkraft der Feder 8 ist größer als die einer Ventilfeder 12, die den Ventilkolben 6 in Richtung des Ventilsitzes 11 belastet. Bei unbestromter Magnetspule 2 ist demnach das Saugventil 7 geöffnet, so dass Kraftstoff aus einem Niederdruckraum 13 über Zulaufbohrungen 14 am Ventilkolben 6 vorbei in einen Hochdruckelementraum 15 der Förderpumpe 9 zu strömen vermag. Der in den Hochdruckelementraum 15 gelangende Kraftstoff wird im Förderbetrieb der Förderpumpe 9 durch den Förderhub eines Pumpenkolbens 16 verdichtet und anschließend über einen Hochdruckabgang 17 einem Hochdruckspeicher (nicht dargestellt) zugeführt.

Zum Schließen des Saugventils 7 wird die Magnetspule 2 bestromt, wobei das Schließen vom ansteigenden Druck im Hochdruckelementraum 15 unterstützt wird. Die Bestromung der Magnetspule 2 erzeugt ein Magnetfeld, dessen Magnetkraft den Anker 5 in Richtung des zweiten Endanschlags 4 bewegt, der vorliegend durch einen Polkern 18 gebildet wird. Der Ventilkolben 6 wird somit entlastet, so dass die Ventilfeder 12 den Ventilkolben 6 in den Ventilsitz 11 zu ziehen vermag. Solange das Saugventil 7 geöffnet bleibt, kann eine

überschüssige Menge Kraftstoff aus dem Hochdruckelementraum 15 zurück in den Niederdruckraum 13 geschoben werden. Über die Schaltzeit der

elektromagnetischen Stelleinheit 1 kann demnach die Fördermenge der

Förderpumpe 9 geregelt werden.

Innerhalb der vorgegebenen Schaltzeit muss der Hub des Ankers 5 ein sicheres Schließen des Saugventils 7 gewährleisten. Entsprechend erfolgt die

Ansteuerung der elektromagnetische Stelleinheit 1. Der Anker 5 trifft mit hoher Geschwindigkeit auf den Polkern 18 auf, was zu einem erhöhten Verschleiß im Anschlagbereich führt.

Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die elektromagnetische Stelleinheit 1 in der Weise angesteuert, dass der Anschlagimpuls reduziert ist. Denn kurz bevor der Anker 5 den zweiten Endanschlag 4 erreicht, wird innerhalb der vorgegebenen Schaltzeit die Geschwindigkeit des Ankers 5 verringert.

Auf die Ankergeschwindigkeit kann in unterschiedlicher Weise eingewirkt werden. Als Stellgrößen können das Niveau und/oder die Dauer der Bestromung I der Magnetspule 2 und/oder die an der Magnetspule 2 anliegende Spannung U dienen.

In der Fig. 2 sind die Abhängigkeiten schematisch dargestellt. Die oberen Graphen zeigen mögliche Variationen der Bestromung I und die unteren Graphen zeigen mögliche Variationen der Spannung U, jeweils über die Zeit t. In der Mitte ist der Verlauf des Ankerhubs H dargestellt. Wird beispielsweise zu Beginn des Ankerhubs die Spannung U kurzzeitig deutlich erhöht, führt dies zu einer schnellen Ankerbewegung, die eine nachträgliche Verringerung der Ankergeschwindigkeit zur Reduzierung des Anschlagimpulses kompensiert.

Alternativ oder ergänzend kann über die Bestromungsdauer und/oder das Bestromungsniveau auf die Ankerbewegung eingewirkt werden. Um eine Reduzierung der Ankergeschwindigkeit innerhalb einer vorgegebenen Schaltzeit zu realisieren, kann die Bestromungsdauer verkürzt werden (Pfeil 19) und/oder das Bestromungsniveau kann abgesenkt werden (Pfeil 20).