CH709613A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung des Ankerhubes eines Magnetaktuators. - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung des Ankerhubes eines Magnetaktuators (1), insbesondere eines Injektors zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung einer Verbrennungsmaschine, mit den Verfahrensschritten Messen des zeitlichen Verlaufs der Aktuatorspannung und des Aktuatorstromes während eines Schaltvorgangs, Bestimmung des Zeitverlaufs der Reluktanz des magnetischen Kreises (60) des Magnetaktuators (1) während des Schaltvorgangs auf Grundlage der gemessenen Aktuatorspannung und des Aktuatorstroms, Ermittlung des Ankerhubes anhand der Reluktanzänderung im Zeitintervall der Ankerbewegung. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Ermittlung des Ankerhubes sowie einen Prüfstand.

Description

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung des Ankerhubes eines Magnetaktuators, der insbesondere zur Steuerung der Kraftstoffzufuhr einer Verbrennungsmaschine einsetzbar ist. Desweiteren beschäftigt sich die Erfindung mit einer Vorrichtung, die entsprechende Mittel zur Durchführung eines derartigen Verfahrens aufweist.

[0002] Magnetaktuatoren bestehen aus einem Elektromagneten mit Magnetkern und beweglichem Anker. Zwischen Metallkern und Anker existiert ein Luftspalt, auch Arbeitsluftspalt genannt, dessen Spaltbreite von der Ankerbewegung abhängt. Durch Bestromung der Magnetspule des Magnetaktuators entsteht ein magnetischer Fluss im Aktuator und die Magnetkraft im Arbeitsluftspalt zieht den Anker in Richtung des Magnetkerns an, wodurch der Arbeitsluftspalt verkleinert wird. Diese Bewegung, auch als Ankerhub bezeichnet, stellt die grundlegende Aktuatorbewegung dar.

[0003] Die Grössenänderung der Spaltbreite des Arbeitsluftspaltes, d.h. die Grösse des Ankerhubes, spielt eine wesentliche Rolle für die Funktion des Magnetaktuators.

[0004] Bei der Produktion solcher Aktuatoren, wie sie beispielsweise zur Steuerung der Kraftstoffzufuhr bei einem Verbrennungsmotor eingesetzt werden, ist daher eine hohe Präzision erforderlich.

[0005] Simulations- und Versuchsergebnisse haben in der Vergangenheit belegt, dass die Zeitpunkte des Einspritzbeginns und vor allem die eingespritzte Kraftstoffmenge in erheblichem Masse von der Änderung des Arbeitsluftspaltes, d.h. dem Ankerhub, im Magnetaktuator abhängt. Die Spaltbreite bei derartigen Magnetaktuatoren liegt üblicherweise im Bereich von ca. 75 µm, die Spaltbreitenänderung bzw. der Ankerhub bei ca. 50 µm.

[0006] Die besondere Herausforderung bei der Ermittlung des Arbeitsluftspalts und des resultierenden Ankerhubes während des Schaltvorgangs des Magnetaktuators besteht darin, dass der Arbeitsluftspalt nicht direkt zugänglich ist und der Ankerhub mit einer Genauigkeit in einer Grössenordnung von wenigen um bestimmt werden muss. Wegen der Unzugänglichkeit des Arbeitsluftspalts nach der Fertigstellung der produzierten Aktuatoren kann kein direktes Längenmessverfahren angewandt werden, wie beispielweise Lasermessverfahren etc. Wünschenswert ist jedoch eine hochpräzise Messung des Ankerhubes bei fertiggestellten Magnetaktuatoren.

[0007] Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung bzw. ein geeignetes Verfahren aufzuzeigen, dass eine berührungslose und ausreichend präzise Bestimmung der Änderung des Arbeitsluftspaltes bzw. des Ankerhubes während des Schaltvorgangs eines Magnetaktuators zulässt, um dadurch ein Überwachungsverfahren während der Herstellung von Magnetaktuatoren zu ermöglichen.

[0008] Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind Gegenstand der sich an den Hauptanspruch anschliessenden Unteransprüche.

[0009] Erfindungsgemäss macht sich das vorgeschlagene Verfahren zu Nutze, dass sich durch den Ankerhub der Arbeitsluftspalt zwischen Anker und Magnetkern ändert, was zu einer Änderung des magnetischen Widerstandes des Arbeitsluftspaltes führt. Erfindungsgemäss kann demnach anhand der bestimmten Reluktanzänderung im Zeitintervall der Ankerbewegung auf den zurückgelegten Ankerhub bzw. die Änderung des Ankerluftspaltes geschlossen werden. Für die Erfassung der Reluktanzänderung ist es erfindungsgemäss vorgesehen, dass der zeitliche Verlauf der Aktuatorspannung und des Aktuatorstromes während eines Schaltvorgangs des Magnetaktuators gemessen wird. Auf Grundlage der gemessenen Spannung bzw. des Stromes kann der Zeitverlauf der Reluktanz des magnetischen Kreises des Magnetaktuators während des Schaltvorgangs ermittelt werden.

[0010] Als Schaltvorgang wird beispielsweise der Zeitraum verstanden, der sich durch den Zeitpunkt des Anlegens bzw. Unterbrechens der Schaltspannung als ersten Zeitpunkt definiert und mit der abschliessenden Ankerbewegung als zweiten Zeitpunkt endet. Für die Bestimmung des Ankerhubes bzw. der Änderung des Arbeitsluftspaltes wird die Reluktanzänderung im Zeitbereich zwischen dem Einsetzen der Ankerbewegung und dem vollständigen Abschluss der Ankerbewegung betrachtet. In dem betrachteten Zeitrahmen ist davon auszugehen, dass die auftretende Reluktanzänderung ausschliesslich durch die Änderung der Arbeitsluftspaltbreite verursacht wird.

[0011] Bevorzugt handelt es sich bei dem zu betrachtenden Schaltvorgang um den Abschaltvorgang des Aktuators, d.h. die Deaktivierung der Schaltspannung und die damit verbundene Rückstellbewegung des Ankers. Dies bedeutet, dass der zu prüfende Magnetaktuator vorab mit dem entsprechenden Schaltspannungsimpuls für eine bestimmte Zeit beaufschlagt werden muss.

[0012] Die Reluktanzänderung im Zeitintervall der Ankerbewegung wird vorzugsweise durch einen Vergleich des Reluktanzverläufe mit und ohne Ankerbewegung bestimmt. Hierzu wird der Zeitverlauf der Reluktanz des magnetischen Kreises des Magnetaktuators während des Schaltvorgangs betrachtet und zwar inklusive der Ankerbewegung. Für den Vergleich wird als Referenzverlauf der Zeitverlauf der Reluktanz während desselben Schaltvorgangs herangezogen, allerdings mit der Vorgabe, dass die Ankerbewegung unterbunden wird. Durch den Vergleich der beiden Reluktanzverläufe lässt sich der Einfluss der Ankerbewegung auf die Reluktanz hinreichend genau bestimmen, indem der Delta-Wert zwischen beiden Reluktanzfunktionen berechnet wird.

[0013] Der Zeitverlauf der Reluktanz ohne Ankerbewegung kann beispielsweise durch Extrapolation ermittelt werden, insbesondere auf Grundlage eines Models für die Reluktanz. Ausgehend vom Reluktanzverlauf bis zum Einsetzen der Ankerbewegung wird der weitere mögliche Verlauf extrapoliert.

[0014] Denkbar ist auch die Verwendung einer Musterfunktion, als Zeitverlauf der Reluktanz ohne Ankerbewegung, die beispielsweise mit Hilfe eines Referenzaktuators erstellt worden ist.

[0015] Alternativ oder zusätzlich kann vorab mit dem zu prüfenden Aktuator eine Referenzmessung angestellt werden, um den Zeitverlauf der Reluktanz ohne Ankerbewegung festzustellen. Hierbei besteht die Möglichkeit, durch Anpassung der Rückstellfederkraft die Rückstellbewegung zeitlich zu verzögern.

[0016] Idealerweise ist bei den zu prüfenden Magnetaktuatoren das Zeitintervall der Ankerbewegung derart kurz, sodass sich störende Effekte wie auftretende Wirbelströme im Magnetkreis vernachlässigen lassen.

[0017] In einer bevorzugten Ausführungsvariante des Verfahrens handelt es sich bei dem zu prüfenden Magnetaktuator um einen Linearaktuator, bei dem der bewegbare Magnetanker eine translatorische Bewegung ausführt. Mögliche Ausführungsvarianten derartiger Magnetaktuatoren sind beispielsweise Topfmagneten mit axialem Arbeitsluftspalt zwischen Anker und Magnetkern, wobei der Anker eine Axialbewegung ausführt. Neben dem Arbeitsluftspalt existiert bei derartigen Topfmagneten auch ein Radialspalt, der als parasitärer Luftspalt bezeichnet wird, jedoch über die gesamte Ankerbewegung konstant bleibt und damit für die Bestimmung der Reluktanzänderungen vernachlässigbar ist.

[0018] In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird dieses insbesondere zur End-to-Line Prüfung in der Produktion von Magnetaktuatoren, insbesondere produzierte Aktuatoren zur Steuerung der Kraftstoffzufuhr bei Verbrennungsmotoren, angewandt.

[0019] Neben dem erfindungsgemässen Verfahren betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Ermittlung des Ankerhubes eines Magnetaktuators. Die Vorrichtung umfasst erfindungsgemäss geeignete Mittel zur Durchführung der einzelnen Verfahrensschritte des erfindungsgemässen Verfahrens. Die Vorteile und Eigenschaften, die sich durch die erfindungsgemässe Ausgestaltung der Erfindung ergeben entsprechen offensichtlich denen des Verfahrens, sodass an dieser Stelle auf eine wiederholende Beschreibung verzichtet wird.

[0020] Weiterhin ist es denkbar, dass die Vorrichtung eine Endstufe zur Ansteuerung des zu prüfenden Magnetaktuators vorsieht. Die integrierte Endstufe umfasst idealerweise wenigstens einen Leistungshalbleiter, zum Beispiel in der Ausführung eines MOSFET-Transistors, der den notwendigen Spulenstrom schaltet bzw. unterbricht. Dieser Leistungshalbleiter und der Magnetaktuator bilden eine Serienschaltung. Die Ansteuerung des Leistungshalbleiters kann sinnvoller Weise durch wenigstens einen vorgeschalteten Schalttransistor erfolgen, dessen Basis bzw. dessen Gate durch ein Steuersignal der integrierten Steuerung der Vorrichtung beaufschlagt wird.

[0021] Zum Schutz der Endstufe bzw. des zu prüfenden Magnetaktuators ist vorzugsweise parallel zum Aktuator wenigstens eine Freilaufdiode verschaltet. Die Freilaufdiode verhindert das Auftreten einer Überspannung beim Abschalten der induktiven Gleichspannungslast. Die Verschaltung der Freilaufdiode ist weiterhin derart gewählt, so dass diese von der Speisespannung des Aktuators in Sperrrichtung beansprucht wird. Mögliche Spannungsspitzen, hervorgerufen durch die Selbstinduktion der Spule des Magnetaktuators nach dem Abschalten der Speisespannung, werden effektiv verhindert.

[0022] Für die erforderliche Strommessung zur Ausführung des erfindungsgemässen Verfahrens ist wenigstens ein Messwiderstand in Serie mit dem zu prüfenden Aktuator verschaltet. Vorzugsweise ist der gewählte Widerstandswert des Messwiderstandes deutlich geringer als der Gleichstromwiderstand des zu prüfenden Aktuators.

[0023] Neben der erfindungsgemässen Vorrichtung umfasst die Erfindung einen End-of-Line Prüfstand mit einer entsprechenden Vorrichtung gemäss der vorliegenden Erfindung. Ein derartiger End-of-Line Prüfstand bildet den letzten Schritt eines Fertigungsprozesses für Magnetaktuatoren, um die gebauten Prüflinge abschliessend auf ihre ordnungsgemässe Funktion und Qualität zu überprüfen. Durch den erfindungsgemässen End-of-Line Prüfstand kann mit ausreichender Präzession der Ankerhub des hergestellten Magnetaktuators bestimmt werden. Die genaue Kenntnis der ermittelten Betriebsdaten des Aktuators ist besonders vorteilhaft für spätere Anwendungen, insbesondere für die Abstimmung der Motorsteuerung eines Verbrennungsmotors auf das Betriebsverhalten des Magnetaktuators. Zudem kann auf Grundlage des ermittelten Ankerhubes auch eine Nachjustierung des Magnetaktuators bzw. des Ankerhubes erfolgen.

[0024] Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung werden im Folgenden anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 : eine skizzenhafte Schnittdarstellung eines Magnetaktuators in Form eines Topfmagnets, Fig. 2 : Diagrammdarstellungen des zeitlichen Verlaufs der Aktuatorspannung und des Aktuatorstroms während eines Schaltvorgangs eines Magnetaktuators, Fig. 3 : Diagrammerstellungen der zeitlichen Verläufe des magnetischen Flusses sowie der Reluktanz während des Schaltvorgangs der Fig. 2 , Fig. 4 : eine Prinzipdarstellung der erfindungsgemässen Messvorrichtung zur Bestimmung des Ankerhubes eines Magnetaktuators und Fig. 5 : einen Schaltplan einer möglichen Endstufe für die erfindungsgemässe Vorrichtung der Fig. 4 .

[0025] Anhand der Skizze der Fig. 1 soll zunächst die Lage des zu vermessenen Arbeitsluftspaltes verdeutlicht werden. Die Skizze der Fig. 1 zeigt einen Magnetaktuator 1 in Form eines Topfmagnets. Der Topfmagnet umfasst eine Spule 20, einen Magnetkörper 30 sowie den in axialer Richtung beweglich gelagerten Magnetanker 10. Der magnetische Kreis 60 des Magnetaktuators 1 schliesst sich über die Eisenschenkel des Magnetkörpers 30, den Arbeitsluftspalt 40, welcher in axialer Richtung zum Anker 10 liegt, und den dazu radial liegenden Parasitärluftspalt 50.

[0026] Durch Bestromung der Magnetspule 20 bildet sich ein magnetischer Fluss im Aktuator 1 aus, der eine magnetische Kraft im Arbeitsluftspalt 40 zur Folge hat. Durch die Magnetkraft wird der Anker 10 in axialer Richtung in Richtung des Magnetkörpers 30 gezogen, so dass sich die Spaltbreite des Arbeitsluftspaltes 40 bei gleichbleibender Querschnittsfläche verringert. Dadurch nimmt auch der magnetische Widerstand (Reluktanz) des Magnetkreises 60, der durch die Spaltbreite des Arbeitsluftspaltes 40 beeinflusst wird, ab. Die Spaltbreitenänderung des Arbeitsluftspalts, im Folgenden als Länge Δl bezeichnet, entspricht dem Ankerhub des Magnetaktuators 1.

[0027] Für die Rückstellbewegung des Ankers sorgt eine nicht dargestellte Rückstellfeder, deren Federkraft auf den Anker einwirkt und den Anker zurück in die Ausgangslage verschiebt, sobald die Federkraft die wirkende Magnetkraft übersteigt.

[0028] Die Grösse Δl hat einen signifikanten Einfluss auf das Schaltverhalten des Magnetaktuators 1, insbesondere dann, wenn dieser zur Steuerung der Kraftstoffzufuhr in einer Verbrennungsmaschine eingesetzt wird, und muss daher bei der Aktuatorproduktion strengen Genauigkeitsanforderungen entsprechen.

[0029] Im Folgenden wird nunmehr das erfindungsgemässe Verfahren näher beschrieben, dass sich zur präzisen Messung der Änderung Δl des Arbeitsspaltes 40 während des Schaltvorgangs eignet.

[0030] Der grundsätzliche Ansatz des erfindungsgemässen Verfahrens liegt in der Spannungseinprägung des Magnetaktuators 1. Dabei wird der fertig verbaute Magnetaktuator 1 mit einem Spannungspuls der Höhe u1und der Ansteuerdauer T beaufschlagt. Die angelegte Aktuatorspannung u(t) sowie der Aktuatorstrom i(t) werden messtechnisch durch eine geeignete Prüfvorrichtung, wie sie zu einem späteren Zeitpunkt dieser Beschreibung noch detailliert beschrieben wird, erfasst. Der resultierende Verlauf der Aktuatorspannung u(t) sowie des Aktuatorstroms i(t) ist in den beiden Diagrammdarstellungen der Fig. 2 dargestellt, die jeweils die entsprechende Grösse über die Zeit zeigen.

[0031] Zum Zeitpunkt t1wird also der Spannungsimpuls mit der Höhe u1am Magnetaktuator 1 angelegt, wodurch der Magnetanker 10 axial in Richtung des Magnetkerns 30 gezogen wird. Zum Zeitpunkt t2, also nach Ablauf des Zeitintervalls T, wird die notwendige Schaltspannung wieder deaktiviert.

[0032] Für die Auswertung des gemessenen Spannungs- und Stromverlaufs ist vorab eine kurze Exkursion in die massgeblichen Zusammenhänge der physikalische Grössen notwendig. Die Aktuatorspannung u(t) und der Aktuatorstrom i(t) bilden die Grundlage für die Berechnung des Arbeitsluftspaltes Δl. Gemäss des elektrischen Ersatzschaltbildes des Magnetaktuators 1 in Form einer Serienschaltung aus Induktivität L und ohmschen Widerstand R ergibt sich folgender, einfacher Zusammenhang für den Aktuatorstrom und die Aktuatorspannung:

[0033] Dabei stellt u1(t) die Induktionsspannung dar, welche sich aus der Ruheinduktions- und der Bewegungsinduktionsspannung zusammensetzt. Aus der Theorie ist bekannt, dass die induzierte Spannung u1(t) gleich der Ableitung des verketteten Flusses dψ(t) nach der Zeit t ist:

Zusammen mit der Gleichung (1) und der Tatsache, dass sich der elektrische Gleichstromwiderstand R aus den stationären Endwerten i0und u0bestimmen lässt, ergibt sich für den magnetischen Fluss:

[0034] Der zeitliche Verlauf des Magnetflusses ist im ersten Diagramm der Fig. 3 dargestellt.

[0035] Wird nun ausschliesslich der Abschaltvorgang, d.h. das Zeitintervall mit t > t2betrachtet, so ist aus dem Zeitverlauf der Aktuatorspannung u(t) der Fig. 2 ersichtlich, dass sich aufgrund der elektromagnetischen Induktion zum Zeitpunkt t2die Polarität der Aktuatorspannung umkehrt. Dadurch nimmt gleichzeitig der Aktuatorstrom i(t) exponentiell bis zu dem Zeitpunkt ab, zu dem der Anker 10 des Magnetaktuators 1 durch die Rückstellfeder in die ursprüngliche Ausgangslage mit grösserem Arbeitsspalt 40 zurückbewegt wird.

[0036] Die Ermittlung der Änderung der Länge Δl des Arbeitsluftspaltes erfolgt aus dem beschriebenen Schaltvorgang.

[0037] Anhand Gleichung (3) wird der magnetische Fluss als Funktion der Zeit bestimmt. Der magnetische Fluss ist jedoch eine Funktion des Stroms und der Luftspaltlänge l. Mit Hilfe des Hopkinson’schen Gesetzes und der Annahme, das im Zeitintervall der Ankerbewegung, welches in der Grössenordnung von nur ca. 100 µs liegt, die Wirbelstromeinflüsse vernachlässigbar sind, kann der magnetische Widerstand, d.h. die Reluktanz des gesamten magnetischen Kreises 60 bestimmt werden.

[0038] Wird nun ausschliesslich die Reluktanzänderung ΔRmim Zeitintervall der Ankerbewegung betrachtet, so kann angenommen werden, dass die gesamte Reluktanzänderung von der Änderung der Reluktanz im Arbeitsluftspalt 40 herrührt. Die Reluktanz im Arbeitsluftspalt 40 lässt sich dann nach folgender Gleichung berechnen:

wobei die Permeabilität µ0von Vakuum und die Querschnittsfläche A darstellt. Die Reluktanz im Parasitärluftspalt 50 kann demgegenüber als konstant betrachtet werden, da die Ankerbewegung keinen Einfluss auf die radiale Luftspaltlänge hat und die Querschnittsflächenänderung bei einer Arbeitsluftänderung von weniger als 100 µm verschwindend gering ist. Somit ergibt sich die Luftspaltänderung zu

[0039] Damit wird, wie im vorangegangenen Abschnitt erläutert, aus den aufgenommenen Signalen u(t) und i(t) über die einzelnen Zwischenschritte der zeitliche Verlauf der Reluktanz Rm(t) bestimmt. Aus dem zeitlichen Verlauf der Reluktanz Rm(t) nach dem Abschaltzeitpunk t2wird die Delta-Reluktanz ΔRmermittelt, auf deren Grundlage durch Einsetzen in die Gleichung (6) der Luftspaltlängenunterschied Al und damit der Arbeitshub des Ankers 10 berechenbar ist. Für die Ermittlung der Delta-Reluktanz ΔRmmuss der zeitliche Verlauf der Reluktanz Rm(t) bei angezogenem Anker 10 bekannt sein. Der Vergleich der Reluktanzverläufe bei angezogenem und rückgestellten Anker 10, in der zweiten Diagrammdarstellung der Fig. 3 mit den Bezugszeichen 35, 36 gekennzeichnet, kann auf die Delta-Reluktanz ΔRmgeschlossen werden, die nur die die Änderung des Arbeitsluftspaltes 40 hervorgerufen wird.

[0040] Der zeitliche Verlauf der Reluktanz 35 bei angezogenem Anker 10 kann auf verschiedene Arten ermittelt werden, so beispielsweise durch eine Extrapolationsmethode, der ein Modell für die Reluktanz zu Grunde liegt, oder unter Verwendung einer Musterfunktion, die aus einem Referenzaktuator ermittelt wird, oder durch eine Referenzmessung am selben Aktuator 1, wobei durch Anpassung der Rückstellfederkraft eine Verzögerung des Schliesszeitpunktes erwirkt wird.

[0041] Eine Übersicht über die erfindungsgemässe Messvorrichtung zur Ermittlung des Arbeitsluftspaltes bzw. des Ankerhubes ist in Fig. 4 dargestellt. Für die Bedienung der Messvorrichtung dient ein üblicher Personalcomputer 100 mit einer entsprechenden softwareprogrammierten Bedienoberfläche 110. Der Rechner 100 kommuniziert über eine serielle Schnittstelle mit dem Mikroprozessor 130 des Hardwareboards der erfindungsgemässen Vorrichtung. Der Mikroprozessor 130 wird über die Spannungsversorgung 131 des Hardwareboards versorgt und generiert die notwendigen Steuersignale für die Ansteuerung der Endstufe 140.

[0042] Die Spannungsversorgung 132 der Endstufe sorgt für die notwendige Schaltspannung des zu prüfenden Aktuators 1, der elektrisch mit der Endstufe 140 gekoppelt wird. Die erforderlichen Messmittel zur Messung der Aktuatorspannung u(t) und des Aktuatorstroms i(t) sind ebenfalls Bestandteil der Endstufe 140, wobei die analogen Messwerte zur Auswertung an den PC 100 übermittelt werden. Dieser umfasst eingangsseitig einen A/D-Wandler 111, der die bereitgestellten analogen Messsignale in Digitaldaten für die nachfolgende Analyse wandelt und letztendlich die gemessene Länge Δl des Aktuatorhubes ausgibt.

[0043] Den Aufbau der Endstufe 140 zeigt die Schaltbilddarstellung der Fig. 5 . Der zu prüfende Aktuator 1 ist mit der Endstufe 140 elektrisch verbunden, wobei der Aktuator 1 durch sein Ersatzschaltbild 150 wiedergegeben ist. Die Endstufe umfasst die beiden Transistoren T1, 12, wobei exemplarisch in der Fig. 5 der Transistor T2 als MOSFET-Transistor und der Transistor T1 als Bipolartransistor ausgeführt ist. Der MOSFET-Transistor T2 ist in Serie mit dem zu prüfenden Aktuator verschaltet. Durch Schalten des MOSFET-Transistors T2 lässt sich die Spule L des Aktuators bestromen. Der Gateeingang des MOSFETs T2 wird über den Schalttransistor T1 gesteuert. Das Schaltsignal SIG an der Basis des Transistors T1 wird durch den Mikroprozessor 130 generiert. Die Schaltung des Transistors T1 schaltet gleichzeitig den MOSFET T2, so dass die Spule L des Aktuators bestromt wird und den Ankerhub auslöst.

[0044] Aufgrund der Induktionsspannung u1(t), welche sich nach dem Schliessen des MOSFETs T2 mit umgekehrter Polarität über dem Magnetaktuator einstellt, ist eine Freilaufdiode D1 parallel zum Aktuator geschaltet. Die Spannung u(t) wird direkt über dem Aktuator mit einer differenziellen Spannungsprobe erfasst. Der Aktuatorstrom i(t) wird durch Auswertung der über dem Messwiderstand Rmessabfallenden Spannung umess(t) bestimmt, wobei der Messwiderstand Rmessdeutlich kleiner ist als der ohmsche Gleichwiderstand R des Aktuators.

Claims (15)

1. Verfahren zur Ermittlung des Ankerhubes eines Magnetaktuators, insbesondere eines Injektors zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung einer Verbrennungsmaschine, mit den folgenden Schritten: – Messen des zeitlichen Verlaufs der Aktuatorspannung und des Aktuatorstromes während eines Schaltvorgangs, – Bestimmung des Zeitverlaufs der Reluktanz des magnetischen Kreises des Magnetaktuators während des Schaltvorgangs auf Grundlage der gemessenen Aktuatorspannung und des Aktuatorstroms, – Ermittlung des Ankerhubes anhand der resultierenden Reluktanzänderung im Zeitintervall der Ankerbewegung.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Schaltvorgang um den Abschaltvorgang des Aktuators handelt und der Aktuator vorab mit einem Schaltspannungsimpuls um eine bestimmte Dauer beaufschlagt wird.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Reluktanzänderung über die Änderung des magnetischen Widerstandes des Aktuatormagnetkreises im Arbeitsluftspalt handelt und die Änderung der Spaltbreite dem Ankerhub entspricht.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reluktanzänderung im Zeitintervall der Ankerbewegung durch einen Vergleich des Zeitverlaufs der Reluktanz mit Ankerbewegung mit dem Zeitverlauf der Reluktanz ohne Ankerbewegung bestimmt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitverlauf der Reluktanz ohne Ankerbewegung durch Extrapolation ermittelt wird, insbesondere auf Grundlage eines Modells für die Reluktanz.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitverlauf der Reluktanz ohne Ankerbewegung auf Grundlage einer Musterfunktion, insbesondere auf Grundlage des Reluktanzverlaufs eines Referenzmagnetaktuators ermittelt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitverlauf der Reluktanz ohne Ankerbewegung durch eine vorhergehende Messung am Magnetaktuator mit angepasster Rückstellfederkraft ermittelt wird, wobei die Anpassung insbesondere derart erfolgt, so dass der Schliesszeitpunkt zeitverzögert erfolgt.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auftretende Wirbelströme im Magnetkreis während der Ankerbewegung vernachlässigt werden.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem zu prüfenden Magnetaktuator um einen Linearaktuator handelt, insbesondere in Form eines Topfmagneten.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren zur End of Line Prüfung produzierter Magnetaktuatoren, insbesondere Injektoren, ausgeführt wird.

11. Vorrichtung zur Ermittlung des Ankerhubes eines Magnetaktuators mit Mitteln zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorgenannten Ansprüche.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Endstufe mit wenigstens einem Leistungshalbleiter umfasst, der mit dem zu prüfenden Magnetaktuator in Serie geschaltet ist und zur Bestromung der Aktuatorspule schaltbar ist, wobei der Steuerstrom des Leistungshalbleiters vorzugsweise über einen Schalttransistor steuerbar ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung wenigstens eine dem zu prüfenden Magnetaktuator parallel geschaltete Freilaufdiode vorsieht.

14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein mit dem zu prüfenden Aktuator in Serie geschalteter Messwiderstand zur Messung des Aktuatorstromes vorgesehen ist, wobei der Messwiderstandswert viel kleiner als der Gleichstromwiderstand des Aktuators ist.

15. End-of-Line Prüfstand mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14.