DE102013220853A1

DE102013220853A1 - Verfahren zum Ansteuern einer elektromagnetischen Stellvorrichtung mit einer Spule

Info

Publication number: DE102013220853A1
Application number: DE201310220853
Authority: DE
Inventors: Jens Maase
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2013-10-15
Filing date: 2013-10-15
Publication date: 2015-04-16
Also published as: CN104575931B; US20150102876A1; CN104575931A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ansteuern einer elektromagnetischen Stellvorrichtung mit einer Spule (Sp), in deren Magnetfeld zumindest ein Abschnitt eines zu betätigenden Stößels (St) beweglich angeordnet ist, bei dem nach dem Betätigen des Stößels (St) durch Anlegen einer elektrischen Spannung zum Beenden der Betätigung die Spannung wieder reduziert wird, wobei nach dem Ende der elektrischen Betätigung des Stößels (St) für eine vorgegebene Zeitdauer eine Magnetisierspannung an die Spule (Sp) angelegt wird, die nicht ausreichend für eine Betätigung ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ansteuern einer elektromagnetischen Stellvorrichtung mit einer Spule, in deren Magnetfeld zumindest ein Abschnitt eines zu betätigenden Stößels beweglich angeordnet ist, bei dem nach dem Betätigen des Stößels durch Anlegen einer elektrischen Spannung zum Beenden der Betätigung die Spannung wieder reduziert wird.
In Kraftfahrzeugen kommen eine Vielzahl von elektromagnetischen Stellvorrichtungen zum Einsatz. So werden neben Elektromotoren, wie beispielsweise Fensterheber- oder Scheibenwischermotoren, auch Spulen, durch deren Magnetfeld Stößel betätigt werden, verwendet. Diese können beispielsweise Bestandteil elektromagnetischer Einspritzventile, aber auch Bestandteil von Stellvorrichtungen sein, durch deren Position beispielsweise Schiebenocken betätigt werden können.
Eine solche elektromagnetische Stellvorrichtung zum Betätigen beispielsweise eines Schiebenockens für eine variable Ventileinstellung für einen Verbrennungsmotor in einem Kraftfahrzeug ist aus der WO 03/021612 A1 bekannt. Dort ist einerseits eine Stellvorrichtung mit einem nichtmagnetischen Stößel beschrieben, bei der zum Betätigen des Stößels, beispielsweise um in die Nut eines Schiebenockens eines variablen Ventilantriebs einzugreifen, eine Spule bestromt werden muss und diese Bestromung auch im ausgefahrenen Zustand des Stößels aufrecht erhalten werden muss. Andererseits ist auch eine Stellvorrichtung beschrieben, die einen Permanentmagneten aufweist, der den Stößel gegen eine Federkraft in einem eingefahrenen Zustand der Stellvorrichtung hält. Hier ist nur eine kurzzeitige Bestromung erforderlich, die eine Kraft gegen die Anzugskraft des Permanentmagneten erzeugt, um den Stößel aufgrund der Vorspannung einer Feder in Bewegung zu setzen und ihn dann aufgrund der Federkraft im ausgefahrenen Zustand zu halten. In beiden Fällen wird der Stößel jedoch durch eine exzentrische Ausbildung der Nut des Schiebenockens durch eine entsprechende Drehung des Schiebenockens wieder in die Stellvorrichtung in seine Ruheposition zurück geschoben.
Es ist erforderlich, sicher festzustellen, dass der Stößel wieder in seine Ruheposition zurückgeschoben wurde. Dies kann bei Verwendung eines Permanentmagneten durch Ermittlung der durch die Bewegung des Stößels – und damit auch des an ihm befestigten Permanentmagneten – induzierten Spannung in der Spule und des dadurch fließenden Stromes, der mit Hilfe eines Strommesswiderstands detektiert werden kann, erfolgen. Dies soll anhand der 1 und 2 erläutert werden.
Die 1 zeigt dabei in schematischer Darstellung eine Spule Sp mit einem darin in Bewegungsrichtung B durch Bestromung der Spule SP betätigbaren Stößel St. Eine geeignete Ansteuer- und Auswerteschaltung ist mit A angedeutet. Durch Anlegen einer Spannung an die Spule der Stellvorrichtung fließt – wie in 2 als Spannung an einem Strommesswiderstand dargestellt ist – ein zunächst nahezu linear ansteigender Strom, der ab einer bestimmten Stromstärke ein Magnetfeld erzeugt, das ausreichend groß ist, um den Stößel gegen die Anzugskraft des Permanentmagneten zu bewegen und aus der Stellvorrichtung auszufahren. Nachdem die Bewegung in Gang gesetzt wurde, kann der Strom auf einem konstanten Wert gehalten werden. Nach einer vorgegebenen Zeit, die für die Verschiebung eines Schiebenockens ausreichend ist, wird die Spannung wieder abgeschaltet, worauf der Strom durch die Spule durch den Abbau der in der Spule gespeicherten magnetischen Energie wieder nahezu linear abnimmt. Wird zu einem bestimmten Zeitpunkt t1 der Stößel durch eine Drehung des Schiebenockens aufgrund beispielsweise einer Exzentrizität der Nut, in die der Stößel eingegriffen hat, wieder zurückgeschoben, induziert diese Bewegung aufgrund des Permanentmagneten eine ausreichend große Spannung in der Spule, die über den dadurch hervorgerufenen Strom und dessen Ermittlung detektiert werden kann.
Aufgrund der Verwendung eines Permanentmagneten ist die induzierte Spannung ausreichend groß, allerdings verursacht ein Permanentmagnet nicht unerhebliche Kosten. Ein nichtmagnetischer Stößel induziert jedoch bei seiner Bewegung innerhalb der Spule keine Spannung.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Ansteuern einer elektromagnetischen Stellvorrichtung anzugeben, da die Detektion der Bewegung auch eines nicht magnetischen Stößels in einer Spule ermöglicht.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Es soll also nach dem Betätigen des Stößels der elektromagnetischen Stellvorrichtung in erfindungsgemäßer Weise eine Bestromung der Spule erfolgen, die zwar nicht ausreichend ist, um den Stößel zu betätigen, diesen jedoch in ausreichender Weise magnetisiert, um durch seine Bewegung eine Spannung in der Spule zu induzieren, die auf einfache Weise detektiert werden kann. Die Bestromung der Spule kann in einer ersten Ausführung kontinuierlich sein, in einer zweiten Ausführung jedoch auch als Wechselsignal, insbesondere gepulst, ausgeführt sein, da auch hierdurch ein für die Bewegung des Stößels signifikantes Signal detektiert werden kann.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Hilfe von Figuren näher beschrieben werden. Dabei zeigen:
1 in schematischer Weise eine bekannte Stellvorrichtung,
2 einen Stromverlauf bei Verwendung eines Permanentmagneten in einer elektromagnetischen Stellvorrichtung,
3 einen Stromverlauf bei der erfindungsgemäßen Bestromung einer Stellvorrichtung ohne Permanentmagneten mit kontinuierlicher Nachbestromung und
4 einen Stromverlauf mit erfindungsgemäßer Nachbestromung mit pulsförmigem Strom.
Gemäß der 3 und 4 wird die Spule der Sp elektromagnetischen Stellvorrichtung zunächst mit einer Spannung beaufschlagt, die einen Strom fließen lässt, der ausreichend groß ist, um den nicht permanent magnetischen Stößel in Bewegung zu setzen und anschließend durch einen nahezu konstanten Strom in der ausgefahrenen Position zu halten und dann durch Abschalten dieser höheren Spannung die Betätigung zu beenden. Dies ist durch den mit I gekennzeichneten Verlauf dargestellt.
In erfindungsgemäßer Weise wird jedoch die Spannung an der Spule nicht abgeschaltet, sondern auf einen Wert reduziert, der einerseits nicht ausreichend ist, um aufgrund des dadurch hervorgerufenen Stromes den Stößel wieder zu betätigen, andererseits jedoch groß genug ist, um den Stößel zu magnetisieren, so dass aufgrund dessen mechanisch von außen hervorgerufene Bewegung eine ausreichend hohe Gegenspannung induziert wird, die mit einfachen Mitteln detektiert werden kann.
3 zeigt dabei eine Magnetisierungsbestromung mit nahezu konstantem kontinuierlichen Strom, was mit III bezeichnet ist, während in der 4 Stromimpulse mit nahezu gleicher Impulshöhe dargestellt sind, was mit IV bezeichnet ist In beiden Fällen ist eine signifikante Erhöhung des induzieren Stromflusses zu erkennen, die mit herkömmlichen Mitteln, beispielsweise durch Differentiation detektiert werden kann. In den 3 und 4 ist auch der Stromverlauf angedeutet (III), der sich ergeben würde, wenn keine erfindungsgemäße Bestromung erfolgen würde. Es ist leicht zu erkennen, dass hier eine Detektion kaum oder nur mit erheblichem Aufwand möglich wäre.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 03/021612 A1 [0003]

Claims

Verfahren zum Ansteuern einer elektromagnetischen Stellvorrichtung mit einer Spule (Sp), in deren Magnetfeld zumindest ein Abschnitt eines zu betätigenden Stößels (St) beweglich angeordnet ist, bei dem nach dem Betätigen des Stößels (St) durch Anlegen einer elektrischen Spannung zum Beenden der Betätigung die Spannung wieder reduziert wird, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Ende der elektrischen Betätigung des Stößels (St) für eine vorgegebene Zeitdauer eine Magnetisierspannung an die Spule (Sp) angelegt wird, die nicht ausreichend für eine Betätigung ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetisierspannung eine Gleichspannung ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetisierspannung eine Wechselspannung ist.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wechselspannung eine Folge von Spannungspulsen ist.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche zur Anwendung bei einer Stellvorrichtung mit einem nicht permanent-magnetischen Stößel (Sp).