DE102016203182A1 - Method for determining an air gap of a solenoid valve injector - Google Patents

Method for determining an air gap of a solenoid valve injector Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln eines Luftspalts (∆LA) eines Magnetankers (252) eines Magnetventilinjektors (200), der einen Elektromagneten (253) mit einer Spule (254) aufweist, durch deren Bestromung der Magnetanker (252) anhebbar ist, wobei der Luftspalt, der einen Abstand zwischen dem Elektromagneten (253) und dem Magnetanker (252) angibt, unter Berücksichtigung eines Stromverlaufs in der Spule (254) während einer Bestromung der Spule (254) ermittelt wird.The invention relates to a method for determining an air gap (ΔLA) of a magnet armature (252) of a solenoid valve injector (200) which has an electromagnet (253) with a coil (254) through whose energization the magnet armature (252) can be raised the air gap, which indicates a distance between the electromagnet (253) and the magnet armature (252), taking into account a current waveform in the coil (254) during energization of the coil (254) is determined.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln eines Luftspalts eines Magnetventilinjektors sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung.The present invention relates to a method for determining an air gap of a solenoid valve injector, and to a computing unit and a computer program for its implementation.

Stand der TechnikState of the art

Brennkraftmaschinen in Kraftfahrzeugen können einen Hochdruckspeicher, ein sog. Common-Rail, aufweisen, in dem Kraftstoff auf einen hohen Druck, bspw. bis zu 3.000 bar, gebracht wird. Aus diesem Hochdruckspeicher kann der Kraftstoff dann über einzelne Kraftstoffinjektoren, die an den Hochdruckspeicher angebunden sind, direkt in Brennräume der Brennkraftmaschine eingebracht werden.Internal combustion engines in motor vehicles can have a high-pressure accumulator, a so-called common rail, in which fuel is brought to a high pressure, for example up to 3,000 bar. From this high-pressure accumulator, the fuel can then be introduced via individual fuel injectors, which are connected to the high-pressure accumulator, directly into combustion chambers of the internal combustion engine.

Als Kraftstoffinjektoren können bspw. Magnetventilinjektoren verwendet werden, bei denen eine Ventilnadel zur Freigabe einer Einspritzöffnung durch Ansteuerung bzw. Bestromung einer Spule bzw. eines Elektromagneten bewegt werden kann.Magnetic injectors can be used as fuel injectors, for example, in which a valve needle for releasing an injection opening can be moved by activating or energizing a coil or an electromagnet.

Aus der DE 10 2010 041 109 A1 und der DE 10 2013 212 138 A1 sind bspw. sog. direktschaltende Magnetventilinjektoren bekannt. Hierbei wird die Ventilnadel direkt mittels eines Magnetankers bewegt, der Teil eines elektromagnetischen Aktors ist und durch Bestromung der Spule bewegt wird.From the DE 10 2010 041 109 A1 and the DE 10 2013 212 138 A1 For example, so-called direct-acting solenoid valve injectors are known. In this case, the valve needle is moved directly by means of a magnet armature, which is part of an electromagnetic actuator and is moved by energizing the coil.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zum Ermitteln eines Luftspalts eines Magnetankers, insbesondere eines Anfangsluftspalts, der einen Abstand zwischen dem Elektromagneten und dem Magnetanker bei nicht angehobenem Magnetanker angibt, und/oder eines Restluftspalts, der einen Abstand zwischen dem Elektromagneten und dem Magnetanker bei bis zu einem Anschlag an Anschlagsmitteln, bspw. einer Einstellscheibe oder einem Einstellring, angehobenem Magnetanker angibt, sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.According to the invention, a method for determining an air gap of a magnet armature, in particular an initial air gap, which indicates a distance between the electromagnet and the armature when the armature is not raised, and / or a residual air gap, the distance between the electromagnet and the magnet armature up to a stop on stop means, for example. Indicates a dial or a setting ring, raised magnet armature indicates, as well as a computing unit and a computer program for its implementation with the features of the independent claims proposed. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims and the following description.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient zum Ermitteln eines Luftspalts eines Magnetankers eines Elektromagneten, insbesondere eines Anfangsluftspalts und/oder eines Restluftspalts, durch spezielle Bestromung der Spule. Hierbei wird Luftspalt unter Berücksichtigung eines Stromverlaufs in der Spule während einer Bestromung der Spule ermittelt. Insbesondere kann dann ein Hub des Magnetankers unter Berücksichtigung des Anfangsluftspalts und des Restluftspalts ermittelt werden. Hierzu sei angemerkt, dass der Hub des Magnetankers bevorzugterweise einer Differenz des Anfangsluftspalts und des Restluftspalts entspricht.An inventive method is used to determine an air gap of a magnet armature of an electromagnet, in particular an initial air gap and / or a residual air gap, by special energization of the coil. In this case, air gap is determined taking into account a current profile in the coil during energization of the coil. In particular, then a stroke of the armature can be determined taking into account the initial air gap and the residual air gap. It should be noted that the stroke of the armature preferably corresponds to a difference of the initial air gap and the residual air gap.

Das vorgeschlagene Verfahren macht sich dabei zunutze, dass ein Luftspalt in einem elektromagnetischen Aktor des Magnetventils, also zwischen dem Magnetanker und dem die Spule enthaltenden Elektromagneten, einen Einfluss auf die Induktivität der Spule des Magnetventilinjektors und damit auf die zeitliche Änderung des Stromes in der Spule bei Anlegen einer Spannung an die Spule hat. Je kleiner der Luftspalt ist, desto höher ist die Induktivität der Spule und desto langsamer steigt der Strom in der Spule an. Entsprechend steigt der Strom bspw. umso schneller an, je größer der Luftspalt ist. Auf diese Weise kann also durch geeignete Bestromung der Luftspalt sowohl in geschlossenem Zustand des Magnetventilinjektors, also wenn der Magnetanker nicht angehoben ist, als auch in geöffnetem Zustand, also wenn der Magnetanker soweit wie möglich angehoben ist, ermittelt werden, woraus sehr einfach der Magnetankerhub ermittelt werden kann. Werte für den Anfangsluftspalt und den Restluftspalt können dabei bspw. durch Vergleich der jeweiligen Stromverläufe mit geeigneten Vergleichswerten, die bspw. im Rahmen von Testmessungen ermittelt werden, erhalten werden. The proposed method makes use of the fact that an air gap in an electromagnetic actuator of the solenoid valve, ie between the armature and the electromagnet containing the coil, an effect on the inductance of the coil of the solenoid valve injector and thus on the temporal change of the current in the coil at Applying a voltage to the coil has. The smaller the air gap, the higher the inductance of the coil and the slower the current in the coil increases. Accordingly, the current rises, for example, the faster the larger the air gap. In this way, by appropriate energization of the air gap both in the closed state of the solenoid valve injector, so if the armature is not raised, as well as in the open state, so if the armature is raised as far as possible, are determined, from which very easily determines the Magnetankerhub can be. Values for the initial air gap and the residual air gap can be obtained, for example, by comparing the respective current profiles with suitable comparison values, which are determined, for example, in the course of test measurements.

Einen weiteren Einfluss auf die Abhängigkeit des Stromverlaufs vom Luftspalt haben auch die magnetischen Eigenschaften der für den Magnetventilinjektor verwendeten Komponenten. So führt bspw. die Verwendung von weichmagnetischem Verbundwerkstoff mit geringer elektrischer Leitfähigkeit zu einem weitgehend wirbelstromfreien Magnetkreis, wodurch bereits eine geringe Änderung des Luftspaltes eine deutliche Änderung der magnetischen Eigenschaften und damit des Stromverlaufs zur Folge hat. Werte für den Anfangs- bzw. Restluftspalt können dann deutlich genauer ermittelt werden. Die elektrische Leitfähigkeit weichmagnetischer Verbundwerkstoffe wie z.B. Somaloy liegt üblicherweise bei ca. 2,3·103 S/m, während die elektrische Leitfähigkeit eines üblichen Werkstoffs wie z.B. Böhler P800, drei Größenordnungen höher, d.h. ca. bei 2,5·106 S/m liegt.Another influence on the dependence of the current profile on the air gap is the magnetic properties of the components used for the solenoid valve injector. Thus, for example, the use of soft magnetic composite material with low electrical conductivity leads to a largely eddy current-free magnetic circuit, whereby even a small change in the air gap has a significant change in the magnetic properties and thus the current profile result. Values for the initial or residual air gap can then be determined much more accurately. The electrical conductivity of soft magnetic composites such as Somaloy is usually about 2.3 · 10 3 S / m, while the electrical conductivity of a conventional material such as Böhler P800, three orders of magnitude higher, ie about 2.5 · 10 6 S. / m is located.

Das vorgeschlagene Verfahren wird dabei zweckmäßigerweise am Ende einer Produktionslinie durchgeführt, sodass nach Montage des Magnetventilinjektors der Hub überprüft und ggf. angepasst werden kann. Ein solcher Magnetventilinjektor kann dann bspw. als Kraftstoffinjektor in einer Brennkraftmaschine zur Einbringung von Kraftstoff verwendet werden.The proposed method is expediently carried out at the end of a production line, so that after mounting the solenoid valve injector the hub can be checked and, if necessary, adjusted. Such a solenoid valve injector can then be used, for example, as a fuel injector in an internal combustion engine for introducing fuel.

Die Performance von Elektromagneten, insbesondere hinsichtlich des Schaltzeitpunkts und der Schaltgeschwindigkeit beim Öffnen und Schließen sowie des Hubs, hängt signifikant von Anfangsluftspalt und Restluftspalt ab. Sehr viele Bauteile mit ihren entsprechenden Toleranzen haben Einfluss auf Anfangsluftspalt und Restluftspalt. Werden in der Fertigung die Magnetbauteile wahllos montiert, so können signifikante Streuungen zwischen verschiedenen Exemplaren der Magnetventile auftreten. Durch Messung von Anfangsluftspalt und Restluftspalt nach Montage und entsprechender Korrektur der Größen, bspw. durch Auswahlgruppen, lassen sich die Toleranzen deutlich einschränken.The performance of electromagnets, in particular with regard to the switching time and the switching speed during opening and closing as well as the stroke, depends significantly on the initial air gap and the residual air gap. Many components with their corresponding tolerances have an influence on initial air gap and residual air gap. If the magnetic components are randomly mounted in the production, then significant scattering between different copies of the solenoid valves can occur. By measuring the initial air gap and residual air gap after installation and corresponding correction of the sizes, for example by selection groups, the tolerances can be clearly limited.

Es ist von Vorteil, wenn der Luftspalt unter Berücksichtigung eines zeitlichen Gradienten des Stroms des Stromverlaufs ermittelt wird. Wie bereits erwähnt, hat der Luftspalt im elektromagnetischen Aktor des Magnetventils Einfluss auf den Anstieg des Stroms und damit auf den zeitlichen Gradienten des Stroms. Insofern lässt sich der Luftspalt auf diese Weise sehr einfach ermitteln.It is advantageous if the air gap is determined taking into account a temporal gradient of the current of the current profile. As already mentioned, the air gap in the electromagnetic actuator of the solenoid valve has an influence on the rise of the current and thus on the temporal gradient of the current. In this respect, the air gap can be determined very easily in this way.

Vorzugsweise wird der Luftspalt unter Berücksichtigung einer jeweiligen Zeitdauer ermittelt, die nötig ist, bis der Strom des Stromverlaufs ein oder mehrmals einen jeweiligen vorbestimmten Wert erreicht hat. Für die Ermittlung des Anfangsluftspalts kann bspw. eine bestimmte Spannung, vorzugsweise die Spannung des Boostkondensators, da diese konstanter als die Batteriespannung ist, an die Spule angelegt werden, bis der Strom, bspw. ausgehend von Null oder einem weiteren vorbestimmten Wert, den zugehörigen vorbestimmten Wert erreicht hat. Anschließend kann die Spannung umgepolt werden, bis der Strom wieder bei Null bzw. dem weiteren vorbestimmten Wert liegt. Durch Wiederholung dieses Vorgehens summieren sich zeitliche Effekte auf, sodass die Größe des Anfangsluftspalts einfacher ermittelt bzw. zugeordnet werden kann. Für die Ermittlung des Restluftspalts kann bspw. ebenfalls eine bestimmte Spannung, vorzugsweise auch hier die Spannung des Boostkondensators, da diese konstanter als die Batteriespannung ist, an die Spule angelegt werden, bis der Strom zunächst, bspw. ausgehend von Null, einen maximalen oder einen maximal zulässigen Wert erreicht hat. Hierdurch kann der Magnetanker bis zum Anschlag angehoben werden. Anschließend kann die Spannung umgepolt werden, bis der Strom den zugehörigen vorbestimmten Wert erreicht hat, d.h. bis zu diesem abgesunken ist. Beim nächsten Umpolen der Spannung steigt der Strom dann ausgehend von diesem vorbestimmten Wert an. Durch Wiederholung dieses Vorgehens summieren sich auch hier zeitliche Effekte auf, sodass die Größe des Restluftspalts einfacher ermittelt bzw. zugeordnet werden kann.Preferably, the air gap is determined taking into account a respective time duration which is necessary until the current of the current profile has reached one or more times a respective predetermined value. For determining the initial air gap, for example, a certain voltage, preferably the voltage of the boost capacitor, since it is more constant than the battery voltage, are applied to the coil until the current, for example, starting from zero or another predetermined value, the associated predetermined Has achieved value. Subsequently, the voltage can be reversed until the current is again at zero or the other predetermined value. By repeating this procedure, temporal effects add up so that the size of the initial air gap can be more easily determined or assigned. For the determination of the residual air gap can, for example, also a certain voltage, preferably here the voltage of the boost capacitor, since it is more constant than the battery voltage, are applied to the coil until the current first, eg. Starting from zero, a maximum or a has reached the maximum permissible value. This allows the armature to be raised to the stop. Subsequently, the voltage can be reversed until the current has reached the associated predetermined value, i. has dropped to this. The next time the voltage is reversed, the current then increases starting from this predetermined value. By repeating this procedure, temporal effects also accumulate here, so that the size of the residual air gap can be more easily determined or assigned.

Vorzugsweise wird der Magnetanker dauerhaft nicht angehoben, während der Stromverlauf zur Ermittlung des Anfangsluftspalts erfasst wird. Dies kann bspw. dadurch erreicht werden, dass die Bestromung nur durchgeführt wird, solange ein Grenzwert, bei dem genügend Magnetkraft aufgebaut wäre, um den Magnetanker anzuheben, nicht erreicht bzw. überschritten wird. Auf diese Weise kann die Ermittlung des Anfangsluftspalts sehr schnell und genau erfolgen.Preferably, the armature is not permanently raised while the current waveform for detecting the initial air gap is detected. This can be achieved, for example, in that the energization is only carried out as long as a limit value at which sufficient magnetic force is built up to raise the armature is not reached or exceeded. In this way, the determination of the initial air gap can be done very quickly and accurately.

Vorteilhafterweise bleibt der Magnetanker dauerhaft bis zu den Anschlagsmitteln angehoben, während der Stromverlauf zur Ermittlung des Restluftspalts erfasst wird. Dies kann bspw. dadurch erreicht werden, dass die Bestromung derart durchgeführt wird, dass ein Grenzwert, bei dem die Magnetkraft soweit abgebaut wäre, dass der Magnetanker bspw. durch eine Feder von dem Elektromagneten weggedrückt würde, nicht erreicht bzw. unterschritten wird. Auf diese Weise kann die Ermittlung des Restluftspalts sehr schnell und genau erfolgen.Advantageously, the armature remains permanently raised to the stop means, while the current profile is detected to determine the residual air gap. This can be achieved, for example, in that the energization is carried out in such a way that a limit value at which the magnetic force would be reduced to such an extent that the magnet armature would, for example, be pushed away from the electromagnet by a spring is not reached or undershot. In this way, the determination of the residual air gap can be done very quickly and accurately.

Zweckmäßigerweise wird hierzu die Bestromung zur Ermittlung des Restluftspalts derart vorgenommen, dass der Magnetanker zunächst bis zum Anschlag an den Anschlagsmitteln angehoben wird. Auf diese Weise kann zunächst die Ermittlung des Anfangsluftspalts vorgenommen werden und anschließend unter Anhebung des Magnetankers die Ermittlung des Restluftspaltes.Appropriately, for this purpose, the energization for determining the residual air gap is made such that the armature is first raised to the stop on the stop means. In this way, first, the determination of the initial air gap can be made and then, while raising the armature, the determination of the residual air gap.

Vorteilhafterweise wird als Magnetventilinjektor ein direktschaltender Magnetventilinjektor verwendet, wobei insbesondere unter Berücksichtigung des Hubs des Magnetankers ein Hub einer Ventilnadel des Magnetinjektors ermittelt wird. Da bei direktschaltenden Magnetventilinjektoren der Magnetanker in direktem Kontakt mit der Ventilnadel steht, entspricht der Hub des Magnetankers auch direkt dem Hub der Ventilnadel. Der Hub der Ventilnadel stellt dabei eine wichtige Größe für die Kraftstoffeinspritzung dar, da dadurch u.a. die abgegebene Kraftstoffmenge bestimmt wird, weshalb deren genaue Kenntnis sehr wichtig ist.Advantageously, a direct-acting solenoid valve injector is used as the solenoid valve injector, a stroke of a valve needle of the magnet injector being determined in particular taking into account the stroke of the magnet armature. Since the magnet armature is in direct contact with the valve needle in the case of direct-acting solenoid valve injectors, the stroke of the magnet armature also corresponds directly to the stroke of the valve needle. The stroke of the valve needle is an important factor for the fuel injection, since it u.a. the amount of fuel delivered is determined, which is why their exact knowledge is very important.

Es ist von Vorteil, wenn der Hub des Magnetankers unter Berücksichtigung des Anfangsluftspalts und des Restluftspalts durch Anpassen der Anschlagsmittel auf einen gewünschten Wert eingestellt wird. It is advantageous if the stroke of the magnet armature is adjusted to a desired value, taking into account the initial air gap and the residual air gap, by adapting the stop means.

Alternativ ist es bei Verwendung eines direktschaltenden Magnetventilinjektors auch bevorzugt, wenn anstatt des Hubs des Magnetankers direkt der Hub der Ventilnadel unter Berücksichtigung des Anfangsluftspalts und des Restluftspalts durch Anpassen der Anschlagsmittel auf einen gewünschten Wert eingestellt wird.Alternatively, when using a direct-acting solenoid valve injector, it is also preferable if, instead of the stroke of the magnet armature, the stroke of the valve needle is set to a desired value by adjusting the stopper means in consideration of the initial air gap and the residual air gap.

Vorteilhafterweise kann auch der Anfangsluftspalt des Magnetankers durch Anpassen der Anschlagsmittel und/oder eines entsprechenden Abstands auf einen gewünschten Wert eingestellt werden. Dies ergibt auch eine Anpassung des Hubs.Advantageously, the initial air gap of the armature can be adjusted by adjusting the stop means and / or a corresponding distance to a desired value. This also results in an adjustment of the hub.

Durch das vorgeschlagene Verfahren lässt sich, wie erwähnt, der Hub des Magnetankers bzw. der Hub der Ventilnadel sehr genau ermitteln. Wenn nun dieser Hub bspw. nicht einem gewünschten Wert, wie er bspw. für die Verwendung in einer bestimmten Brennkraftmaschine vorgesehen ist, entspricht, so kann der Hub durch Anpassen der Anschlagsmittel sehr einfach geändert werden, so dass ein gewünschter Wert erreicht wird. Nach dem Anpassen kann das vorgeschlagene Verfahren ggf. wiederholt werden, um den angepassten Hub zu überprüfen. Das Anpassen der Anschlagsmittel kann bspw. durch einfachen Austausch des Anschlagsmittels, also bspw. der Einstellscheibe bzw. des Einstellrings, gegen eines mit anderer Form erfolgen und/oder durch Umpositionieren. Es ist jedoch auch denkbar, ein Anzugsmoment bei der Montage des Magnetventils anzupassen, um den Luftspalt bzw. den Hub zu ändern. By the proposed method can, as mentioned, determine the stroke of the armature or the stroke of the valve needle very accurately. If, for example, this stroke does not correspond to a desired value, as it is, for example, intended for use in a specific internal combustion engine, then the stroke can be changed very easily by adapting the stop means, so that a desired value is achieved. After adjustment, the proposed method may be repeated, if necessary, to check the adjusted hub. The adaptation of the stop means may, for example, by simply replacing the stop means, so for example. The shim or the setting, done against one with a different shape and / or by repositioning. However, it is also conceivable to adapt a tightening torque during assembly of the solenoid valve in order to change the air gap or the stroke.

Zweckmäßig ist es auch, den ermittelten Luftspalt und/oder Hub bei der Ansteuerung eines Magnetventilinjektors zu berücksichtigen, d.h. eine Ansteuergröße in Abhängigkeit davon vorzugeben. Hierzu kann bspw. eine Speicherung der entsprechenden Werte, insbesondere als maschinenlesbarer Code, auf dem Magnetventilinjektor bzw. einer entsprechenden Recheneinheit erfolgen.It is also expedient to take into account the determined air gap and / or stroke in the control of a solenoid valve injector, i. to specify a control variable depending on it. For this purpose, it is possible, for example, to store the corresponding values, in particular as a machine-readable code, on the solenoid valve injector or a corresponding arithmetic unit.

Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z.B. ein Mess- oder Prüfgerät, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen. Ein solches Mess- oder Prüfgerät kann bspw. am Ende einer Produktionslinie vorgesehen sein, sodass nach Montage bzw. Herstellung des Magnetventilinjektors der Hub überprüft und ggf. angepasst werden kann.An arithmetic unit according to the invention, e.g. a measuring or testing device, is, in particular programmatically, set up to perform a method according to the invention. Such a measuring or testing device may, for example, be provided at the end of a production line, so that after assembly or production of the solenoid valve injector, the stroke can be checked and, if necessary, adjusted.

Auch die Implementierung des Verfahrens in Form eines Computerprogramms ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere wenn ein ausführendes Mess- oder Prüfgerät noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere magnetische, optische und elektrische Speicher, wie z.B. Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, DVDs u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich.The implementation of the method in the form of a computer program is also advantageous, since this causes particularly low costs, in particular if an executing measuring or testing device is still used for further tasks and therefore already exists. Suitable data carriers for providing the computer program are in particular magnetic, optical and electrical memories, such as e.g. Hard drives, flash memory, EEPROMs, DVDs, etc. It is also possible to download a program via computer networks (Internet, intranet, etc.).

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.Further advantages and embodiments of the invention will become apparent from the description and the accompanying drawings.

Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.The invention is illustrated schematically with reference to an embodiment in the drawing and will be described below with reference to the drawing.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

1 zeigt schematisch eine Brennkraftmaschine mit Hochdruckspeicher, bei der ein beispielhafter Magnetventilinjektor verwendet werden kann. 1 schematically shows an internal combustion engine with high-pressure accumulator, in which an exemplary solenoid valve injector can be used.

2 zeigt schematisch einen Magnetventilinjektor, welcher für ein erfindungsgemäßes Verfahren herangezogen werden kann. 2 schematically shows a solenoid valve injector, which can be used for a method according to the invention.

3a bis 3c zeigen Verläufe von Spannung, Strom und Magnetkraft bei Bestromung eines Magnetventilinjektors, wie sie bei Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer bevorzugten Ausführungsform zur Ermittlung eines Anfangsluftspalts auftreten können. 3a to 3c show curves of voltage, current and magnetic force when energized a solenoid valve injector, as they can occur when performing a method according to the invention in a preferred embodiment for determining an initial air gap.

4 zeigt einen Zusammenhang zwischen einer Zeitdauer bis zum mehrmaligen Erreichen eines Stromwertes und einem Anfangsluftspalt bei einem elektromagnetischen Aktor eines Magnetventils. 4 shows a relationship between a time until repeated achievement of a current value and an initial air gap in an electromagnetic actuator of a solenoid valve.

5a bis 5c zeigen Verläufe von Spannung, Strom und Magnetkraft bei Bestromung eines Magnetventilinjektors, wie sie bei Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer bevorzugten Ausführungsform zur Ermittlung eines Restluftspalts auftreten können. 5a to 5c show curves of voltage, current and magnetic force when energized a solenoid valve injector, as they can occur when performing a method according to the invention in a preferred embodiment for determining a residual air gap.

6 zeigt einen Zusammenhang zwischen einer Zeitdauer bis zum mehrmaligen Erreichen eines Stromwertes und einem Restluftspalt bei einem elektromagnetischen Aktor eines Magnetventils. 6 shows a relationship between a time until repeated achievement of a current value and a residual air gap in an electromagnetic actuator of a solenoid valve.

Ausführungsform(en) der ErfindungEmbodiment (s) of the invention

In 1 ist schematisch und vereinfacht eine Brennkraftmaschine 100 gezeigt, bei welcher ein beispielhafter Magnetventilinjektor verwendet werden kann und für welche der Hub des Magnetventilinjektors eingestellt werden muss. Beispielhaft weist die Brennkraftmaschine 100 vier Brennräume 103 und ein Saugrohr 106 auf, welches an jeden der Brennräume 103 angeschlossen ist.In 1 is schematic and simplifies an internal combustion engine 100 shown in which an exemplary solenoid valve injector can be used and for which the stroke of the solenoid valve injector must be adjusted. By way of example, the internal combustion engine 100 four combustion chambers 103 and a suction tube 106 on which to each of the combustion chambers 103 connected.

Jedem Brennraum 103 ist ein Magnetventilinjektor 200 zur Einbringung von Kraftstoff in den jeweiligen Brennraum 103 zugeordnet. Die Magnetventilinjektoren 200 sind mit einer Hochdruckleitung 162 an einen Hochdruckspeicher 161, ein sog. Rail oder Common-Rail, angebunden. Der Übersichtlichkeit halber ist nur eine Hochdruckleitung 162 zu einem der Magnetventilinjektoren 200 gezeigt, es versteht sich jedoch, dass jeder der Magnetventilinjektoren 200 an eine Hochdruckleitung angebunden ist.Every combustion chamber 103 is a solenoid valve injector 200 for introducing fuel into the respective combustion chamber 103 assigned. The solenoid valve injectors 200 are with a high pressure line 162 to a high-pressure accumulator 161 , a so-called rail or common rail, connected. For the sake of clarity, only one high pressure line 162 to one of the solenoid valve injectors 200 However, it is understood that each of the solenoid valve injectors 200 is connected to a high pressure line.

Der Hochdruckspeicher 161 wiederum wird über eine Hochdruckpumpe 160 mit Kraftstoff versorgt. Die Hochdruckpumpe 160 wird dabei in der Regel von der Brennkraftmaschine angetrieben. Die Magnetventilinjektoren 200, die Hochdruckleitungen 162, der Hochdruckspeicher 161 sowie die Hochdruckpumpe 160 sind dabei Teil eines Hochdrucksystems 165 der Brennkraftmaschine 100. The high-pressure accumulator 161 in turn, will be via a high pressure pump 160 fueled. The high pressure pump 160 is usually driven by the internal combustion engine. The Magnetventilinjektoren 200 , the high pressure lines 162 , the high pressure store 161 as well as the high pressure pump 160 are part of a high-pressure system 165 the internal combustion engine 100 ,

Weiterhin ist ein Steuergerät 115 vorgesehen, mit dem die Magnetventilinjektoren 200 angesteuert werden könnenFurthermore, a control unit 115 provided with the solenoid valve injectors 200 can be controlled

In 2 ist schematisch ein Magnetventilinjektor 200, welcher für ein erfindungsgemäßes Verfahren herangezogen werden kann, detaillierter als in 1 dargestellt. Der Magnetventilinjektor 200 ist hier als direktschaltender Magnetventilinjektor ausgebildet.In 2 is schematically a solenoid valve injector 200 , which can be used for a method according to the invention, in more detail than in 1 shown. The solenoid valve injector 200 is designed here as a direct-switching solenoid valve injector.

Der Magnetventilinjektor 200 weist ein Gehäuse 211 auf. Am unteren, d.h. dem im Brennraum angeordneten, Ende weist das Gehäuse 211 wenigstens eine, in der Regel jedoch mehrere, Einspritzöffnungen 217 zum Einbringen von Kraftstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine auf.The solenoid valve injector 200 has a housing 211 on. At the bottom, that is arranged in the combustion chamber, the end has the housing 211 at least one, but usually several, injection openings 217 for introducing fuel into the combustion chamber of the internal combustion engine.

An der Innenwandung des unteren Endes des Gehäuses 211 ist eine Sitzfläche 218 ausgebildet, die mit einer entsprechenden Gegenfläche einer auf und ab beweglich angeordneten Ventilnadel 220 in der abgesenkten Position der Ventilnadel 220 unter Ausbildung eines Dichtsitzes 221 zusammenwirkt. Die stiftförmige Ventilnadel 220 ist mit ihrer Längsachse 222 innerhalb des Gehäuses 211 aufgenommen.On the inner wall of the lower end of the housing 211 is a seat 218 formed, which with a corresponding counter surface of an up and down movably arranged valve needle 220 in the lowered position of the valve needle 220 under formation of a sealing seat 221 interacts. The pin-shaped valve needle 220 is with its longitudinal axis 222 inside the case 211 added.

Hierbei wird ein Hochdruckraum 224 ausgebildet, der über eine Versorgungsbohrung 225 und die Hochdruckleitung 162 mit dem Hochdruckspeicher 161, wie in 1 dargestellt, verbunden ist und dadurch mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff befüllt ist.This is a high pressure room 224 formed, which has a supply hole 225 and the high pressure line 162 with the high-pressure accumulator 161 , as in 1 represented, is connected and thereby filled with high-pressure fuel.

Die Ventilnadel 220 weist in einem einen geringeren Durchmesser aufweisenden Abschnitt des unteren Endes des Gehäuses 211 einen Führungsabschnitt 228 auf, dessen Außendurchmesser dem Innendurchmesser des Gehäuses angepasst ist. Der Führungsabschnitt 228 weist eine Durchgangsbohrung 229 mit einer Zulaufdrossel 230 auf, die den Hochdruckraum 224 mit einem Speichervolumen 231 verbindet, über das wiederum bei angehobener Ventilnadel 220 der Kraftstoff über die Einspritzöffnung 217 in den Brennraum der Brennkraftmaschine abgegeben wird.The valve needle 220 has in a smaller diameter portion of the lower end of the housing 211 a guide section 228 on, whose outer diameter is adapted to the inner diameter of the housing. The guide section 228 has a through hole 229 with an inlet throttle 230 on top of the high pressure room 224 with a storage volume 231 connects, in turn, with raised valve needle 220 the fuel over the injection port 217 is discharged into the combustion chamber of the internal combustion engine.

Innerhalb des Hochdruckraums 224 weist die Ventilnadel 220 optional eine ringförmige Verdickung 232 auf, die mit einem die Verdickung 232 radial zumindest bereichsweise umfassenden Ring 233 derart zusammenwirkt, dass zwischen dem Außenumfang der Verdickung 232 und dem Innendurchmesser des Rings 233 ein Quetschspalt 234 ausgebildet ist, so dass die Verdickung 232 und der Ring 233 eine hydraulisch wirkende Dämpfungseinrichtung 235 zur Dämpfung der Bewegung der Ventilnadel 220 ausbilden.Inside the high pressure room 224 points the valve needle 220 optionally an annular thickening 232 on top of that with a thickening 232 radially at least partially comprehensive ring 233 cooperates such that between the outer circumference of the thickening 232 and the inner diameter of the ring 233 a nip 234 is formed, so that the thickening 232 and the ring 233 a hydraulic damping device 235 for damping the movement of the valve needle 220 form.

Das Gehäuse 211 weist weiterhin an einem platten- bzw. ringförmigen Führungsabschnitt 246 eine Durchgangsbohrung 236 für die Ventilnadel 220 auf. Die Durchgangsbohrung 236 wirkt als ein Dichtelement 237 für den Hochdruckraum 224, und zwar derart, dass über die Durchgangsbohrung 236 möglichst wenig Kraftstoff aus dem Hochdruckraum 224 in Richtung des oberen Bereichs des Gehäuses 211 strömt. Gleichzeitig wirkt die Durchgangsbohrung 236 als Radialführung für die Ventilnadel 220, so dass diese zusätzlich zum Führungsabschnitt 228 über die Durchgangsbohrung 236 radial geführt ist.The housing 211 also has a plate or annular guide section 246 a through hole 236 for the valve needle 220 on. The through hole 236 acts as a sealing element 237 for the high pressure room 224 in such a way that over the through hole 236 as little fuel from the high-pressure chamber 224 towards the top of the case 211 flows. At the same time the through hole acts 236 as a radial guide for the valve needle 220 so that these in addition to the guide section 228 over the through hole 236 is guided radially.

Axial beabstandet zur Durchgangsbohrung 236 ist innerhalb des oberen Bereichs des Gehäuses 211 ein weiteres, im Ausführungsbeispiel platten- bzw. ringförmiges Dichtelement 238 angeordnet. Das zweite Dichtelement 238 weist eine Durchgangsbohrung 239 auf, die die Ventilnadel 220 mit radialem Abstand umgibt. Innerhalb der Durchgangsbohrung 239 ist eine Dichtung 240 angeordnet, die in Anlagekontakt mit dem Umfang der Ventilnadel 220 angeordnet ist.Axially spaced from the through hole 236 is within the upper area of the housing 211 another, in the embodiment plate-shaped or annular sealing element 238 arranged. The second sealing element 238 has a through hole 239 on that the valve needle 220 surrounds with radial distance. Inside the through hole 239 is a seal 240 arranged in abutting contact with the circumference of the valve needle 220 is arranged.

Der ringförmige Zwischenraum 242 zwischen der Durchgangsbohrung 236 und dem weiteren Dichtelement 238 kann über eine beispielhaft innerhalb des oberen Endes des Gehäuses 211 verlaufende Entlastungsbohrung 243 mit einem Kraftstoffrücklauf 244 verbunden sein, der wiederum in einen Rücklaufbehälter 245 mündet. Dadurch wird über die Durchgangsbohrung 236 aus dem Hochdruckraum 224 in den Zwischenraum 242 überströmender Kraftstoff aus dem Gehäuse 211 abgeführt, und zwar derart, dass innerhalb des Zwischenraums 242 im Wesentlichen kein (gegenüber der Umgebung) erhöhter hydraulischer Druck herrscht.The annular space 242 between the through-hole 236 and the further sealing element 238 can be an example within the upper end of the housing 211 running relief hole 243 with a fuel return 244 be connected, in turn, in a return tank 245 empties. This will be through the through hole 236 from the high pressure room 224 in the gap 242 overflowing fuel from the housing 211 dissipated, in such a way that within the space 242 essentially no (compared to the environment) increased hydraulic pressure prevails.

Innerhalb des Gehäuses 211 ist ein Aufnahmeraum 248 für einen elektromagnetischen Aktor 250 ausgebildet. Der elektromagnetische Aktor 250 weist im dargestellten Ausführungsbeispiel einen mit einem Endbereich der Ventilnadel 220 verbundenen plattenförmigen Magnetanker 252 auf, der vorzugsweise aus weichmagnetischem Material besteht. Der Magnetanker 252 wirkt mit einem im Aufnahmeraum 248 angeordneten Elektromagneten 253 mit Magnetkern (vorzugsweise aus Weicheisen bestehend) zusammen, in den eine Spule 254 eingebracht ist.Inside the case 211 is a recording room 248 for an electromagnetic actuator 250 educated. The electromagnetic actuator 250 has in the illustrated embodiment one with an end portion of the valve needle 220 connected plate-shaped armature 252 on, which preferably consists of soft magnetic material. The magnet armature 252 works with one in the recording room 248 arranged electromagnet 253 with magnetic core (preferably made of soft iron), in which a coil 254 is introduced.

Die Spule 254 ist an eine Spannungsquelle, die eine Spannung U bereitstellen kann, angebunden, so dass in der Spule 254 ein Strom I fließen kann, sofern die Spule 254 bestromt wird. Die Spannungsquelle bzw. die Spannung U kann dabei bspw. durch das Steuergerät 115 bereitgestellt werden, wenn der Magnetventilinjektor 200, wie in 1 gezeigt, in einer Brennkraftmaschine eingebaut ist und dort verwendet wird.The sink 254 is connected to a voltage source, which can provide a voltage U, connected, so that in the coil 254 a current I can flow, provided the coil 254 is energized. The voltage source or the voltage U can, for example, by the control unit 115 provided be when the solenoid valve injector 200 , as in 1 shown, is installed in an internal combustion engine and used there.

Wird jedoch im Rahmen des vorgeschlagenen Verfahrens der Hub des Magnetankers bzw. der Ventilnadel, bspw. am Ende einer Produktionslinie, ermittelt, so kann die Spannungsquelle bzw. die Spannung U durch ein geeignetes Messoder Prüfgerät, hier beispielhaft eine als Prüfgerät ausgebildete Recheneinheit 200, bereitgestellt werden, die zudem auch den Stromverlauf erfassen und ggf. auswerten kann.However, if the stroke of the magnet armature or of the valve needle, for example at the end of a production line, is determined within the scope of the proposed method, then the voltage source or the voltage U can be determined by a suitable measuring or test device, here by way of example a computer designed as a test device 200 be provided, which also also detect the current profile and possibly evaluate.

Der Magnetanker 252 ist nun, wenn die Ventilnadel 220 den Ventilsitz verschließt, einen bestimmten Abstand von dem Elektromagneten 253 entfernt, der hier mit ∆LA bezeichnet ist. Dieser Abstand wird auch als Anfangsluftspalt bezeichnet.The magnet armature 252 is now when the valve needle 220 closes the valve seat, a certain distance from the electromagnet 253 removed, which is designated here by ΔL A. This distance is also referred to as the initial air gap.

Der Magnetkern 253 weist eine Aufnahme bzw. Durchgangsbohrung 255 auf, in der eine Feder 257 angeordnet ist, deren eine Stirnseite sich gegen Einstellmittel 261, bspw. in Form einer Einstellscheibe, und darüber gegen das Gehäuse 211 abstützt, und deren andere Stirnseite mit der ihr zugewandten Stirnseite der Ventilnadel 220 zusammenwirkt. Der Aufnahmeraum 248 ist über eine Entlüftungsbohrung 258, die innerhalb des Gehäuses 211 angeordnet ist, mit der Umgebung verbunden, so dass der Aufnahmeraum 248 mit (Umgebungs-)Luft geflutet ist.The magnetic core 253 has a receptacle or through hole 255 on, in which a spring 257 is arranged, whose one end face against adjusting 261 , For example, in the form of a shim, and above it against the housing 211 supported, and the other end face with the facing end face of the valve needle 220 interacts. The recording room 248 is via a vent hole 258 inside the case 211 is arranged, connected to the environment, leaving the recording room 248 flooded with (ambient) air.

Die Funktion des Magnetventilinjektors 200 bei Verwendung als Kraftstoffinjektor in einer Brennkraftmaschine soll im Folgenden kurz erläutert werden. Der Hochdruckraum 224 ist über den Hochdruckspeicher mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff befüllt. In der in der Figur dargestellten abgesenkten Stellung der Ventilnadel 220 wird diese von der Schließfeder 257 gegen die Sitzfläche 218 unter Bildung des Dichtsitzes 221 gedrückt, so dass die Einspritzöffnungen 217 verschlossen sind.The function of the solenoid valve injector 200 when used as a fuel injector in an internal combustion engine will be explained briefly below. The high pressure room 224 is filled via the high-pressure accumulator with fuel under high pressure. In the lowered position of the valve needle shown in the figure 220 this is done by the closing spring 257 against the seat 218 forming the sealing seat 221 pressed so that the injection openings 217 are closed.

Die Spule 254 ist zunächst unbestromt. Zum Einspritzen von Kraftstoff wird die Spule 254 bestromt, so dass der Magnetanker 252, der mit der Ventilnadel 220 starr verbunden ist, entgegen der Schließkraft der Feder 257 von der Sitzfläche 218 abhebt, so dass die Einspritzöffnungen 217 freigegeben werden. Dabei wird die Bewegung der Ventilnadel 220 über die Dämpfungseinrichtung 235 gedämpft. The sink 254 is initially energized. The coil is used to inject fuel 254 energized, so that the magnet armature 252 that with the valve needle 220 is rigidly connected, against the closing force of the spring 257 from the seat 218 lifts off, leaving the injection openings 217 be released. Thereby the movement of the valve needle becomes 220 over the damping device 235 attenuated.

Der Magnetanker 252 wird dabei bis zum Anschlag der hier als Einstellscheibe auf der ringförmigen Verdickung 232 ausgebildeten Anschlagsmittel 260 bis zum Gehäuse angehoben. In dieser Stellung ist der Magnetanker maximal angehoben, d.h. er hat seinen Hub H erreicht, und der Abstand des Magentankers 252 von dem Elektromagneten 253 wird dann als Restluftspalt bezeichnet.The magnet armature 252 is doing up to the stop here as shim on the annular thickening 232 trained stop means 260 raised to the housing. In this position, the armature is raised maximum, ie he has reached its stroke H, and the distance of the magenta tanker 252 from the electromagnet 253 is then called the residual air gap.

Zum Verschließen der Einspritzöffnungen 217 wird die Spule 254 wieder von der Spannungsquelle abgekoppelt, so dass die Ventilnadel 220, verursacht durch die Federkraft der Feder 257, unter Bildung des Dichtsitzes 221 wieder an der Sitzfläche 218 anliegt. Auch diese Bewegung wird ggf. durch die Dämpfungseinrichtung 235 beeinflusst bzw. gedämpft.For closing the injection openings 217 becomes the coil 254 disconnected again from the voltage source, leaving the valve needle 220 , caused by the spring force of the spring 257 , forming the sealing seat 221 again on the seat 218 is applied. This movement is possibly by the damping device 235 influenced or damped.

In den 3a bis 3c sind schematisch verschiedene Verläufe von Spannung U in V, Strom I in A und Magnetkraft F in N bei Bestromung einer Spule eines Magnetventilinjektors, wie er bspw. in 2 gezeigt ist, wie sie bei Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer bevorzugten Ausführungsform zur Ermittlung des Anfangsluftspalts auftreten können, jeweils gegen die Zeit t in ms, dargestellt.In the 3a to 3c are schematically different courses of voltage U in V, current I in A and magnetic force F in N when energizing a coil of a solenoid valve injector, as he, for example, in 2 is shown, as they may occur when performing a method according to the invention in a preferred embodiment for determining the initial air gap, in each case against the time t in ms, shown.

Für die Spannung U, den Strom I sowie die Magnetkraft F sind dabei jeweils Verläufe Ui, Ii bzw. Fi mit i = 1, ..., 5 dargestellt, wobei die Indizes i für verschiedene Werte des Anfangsluftspalts ∆LA stehen, nämlich 240 µm, 230µm, 220 µm, 210 µm und 200 µm für die Indizes 1, 2, 3, 4 bzw. 5.For the voltage U, the current I and the magnetic force F are in each case curves U i , I i and F i with i = 1, ..., 5, where the indices i are different values of the initial air gap .DELTA.L A. namely 240 μm, 230 μm, 220 μm, 210 μm and 200 μm for the indices 1, 2, 3, 4 and 5, respectively.

In 3a ist die Spannung U gezeigt, die an die Spule angelegt wird. Die Spannung wird, sobald der Strom I in der Spule, ausgehend von 0 A einen vorbestimmten Wert von hier bspw. 5 A erreicht hat, wie in 3b zu sehen ist, umgepolt. Anschließend wird erneut umgepolt, sobald der der Strom I wieder auf 0 A abgesunken ist. Dieser Vorgang kann mehrmals wiederholt werden.In 3a the voltage U is shown applied to the coil. The voltage is as soon as the current I in the coil, starting from 0 A has reached a predetermined value of here, for example, 5 A, as in 3b can be seen, reversed. Then it is reversed again as soon as the current I has dropped back to 0 A. This process can be repeated several times.

In 3b ist zu sehen, dass die Stromverläufe sich je nach Größe des Anfangsluftspalts unterscheiden. Je kleiner der Anfangsluftspalt ist, desto länger ist die Zeitdauer, bis der bestimmte Wert des Stroms erreicht ist. Der Grund hierfür liegt, wie bereits erwähnt, in der höheren Induktivität der Spule, die durch den näherliegenden Magnetanker erreicht wird.In 3b It can be seen that the current characteristics differ depending on the size of the initial air gap. The smaller the initial air gap, the longer the time until the specific value of the current is reached. The reason for this is, as already mentioned, in the higher inductance of the coil, which is achieved by the closer armature.

In 3c sind die zu dem Strom I in der Spule gehörigen Verläufe der Magnetkraft F, die der Elektromagnet, in den die Spule eingebracht ist, erreicht. Die jeweils erreichte Magnetkraft reicht dabei nicht aus, den Magnetanker anzuheben.In 3c are the curves of the magnetic force F belonging to the current I in the coil, which are reached by the electromagnet into which the coil is inserted. The respective achieved magnetic force is not enough to raise the armature.

In 4 ist ein Zusammenhang zwischen einer Zeitdauer ∆t bis zum mehrmaligen, hier fünfmaligen, Erreichen eines Stromwertes, hier 5A, und einem Anfangsluftspalt ∆LA bei einem elektromagnetischen Aktor eines Magnetventils dargestellt. Die Zeitdauer ∆t ist hierbei in ms angegeben, während der Anfangsluftspalt ∆LA in mm angegeben ist. Hierbei ist zu sehen, dass die Zeitdauer ∆t umso höher ist, je kleiner der Anfangsluftspalt ∆LA ist, wie sich dies auch aus der 3b ergibt.In 4 is a relationship between a period of time .DELTA.t to the repeated, here five times, reaching a current value, here 5A, and an initial air gap .DELTA.L A in an electromagnetic actuator of a solenoid valve shown. The time period Δt is given in ms, while the initial air gap ΔL A is given in mm. It can be seen here that the smaller the initial air gap ΔL A , the higher the time duration Δt is, as is also the case with respect to FIG 3b results.

In den 5a bis 5c sind schematisch verschiedene Verläufe von Spannung U in V, Strom I in A und Magnetkraft F in N bei Bestromung einer Spule eines Magnetventilinjektors, wie er bspw. in 2 gezeigt ist, wie sie bei Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer bevorzugten Ausführungsform zur Ermittlung des Restluftspalts auftreten können, jeweils gegen die Zeit t in ms, dargestellt. In the 5a to 5c are schematically different courses of voltage U in V, current I in A and magnetic force F in N when energizing a coil of a solenoid valve injector, as he, for example, in 2 is shown, as they may occur when performing a method according to the invention in a preferred embodiment for determining the residual air gap, in each case against the time t in ms, shown.

Für die Spannung U, den Strom I sowie die Magnetkraft F sind dabei jeweils Verläufe U’i, I’i bzw. F’i mit i = 1, ..., 5 dargestellt, wobei die Indizes i für verschiedene Werte des Restluftspalts stehen, nämlich 30 µm, 40, 50 µm, 60 µm und 70 µm für die Indizes 1, 2, 3, 4 bzw. 5.For the voltage U, the current I and the magnetic force F are in each case curves U ' i , I' i or F ' i with i = 1, ..., 5 shown, wherein the indices i are different values of the residual air gap , namely 30 microns, 40, 50 microns, 60 microns and 70 microns for the indices 1, 2, 3, 4 and 5 respectively.

In 5a ist die Spannung U gezeigt, die an die Spule angelegt wird. Die Spannung wird, sobald der Strom I in der Spule, ausgehend von 0 A, d.h. der Magnetanker ist nicht angehoben, einen Wert von hier bspw. 12 A erreicht hat, wie in 5b zu sehen ist, umgepolt. Anschließend wird erneut umgepolt, sobald der Strom I auf einen vorbestimmten Wert, hier bspw. 7 A, abgesunken ist. Dieser Vorgang kann, abgesehen von dem initialen Anheben des Magnetankers, wofür die Spannung U längere Zeit angelegt werden muss, mehrmals wiederholt werden.In 5a the voltage U is shown applied to the coil. The voltage is, as soon as the current I in the coil, starting from 0 A, that is, the armature is not raised, a value of here, for example, has reached 12 A, as in 5b can be seen, reversed. Subsequently, it is reversed again as soon as the current I has dropped to a predetermined value, in this case 7 A, for example. This process, apart from the initial lifting of the armature, for which the voltage U must be applied for a long time, be repeated several times.

In 5b ist zu sehen, dass die Stromverläufe sich je nach Größe des Restluftspalts unterscheiden. Je größer der Restluftspalt ist, desto länger ist die Zeitdauer, bis der Strom auf den bestimmten Wert abgesunken ist. Der Grund hierfür liegt, wie bereits erwähnt, in der höheren Induktivität der Spule, die durch den näherliegenden Magnetanker erreicht wird.In 5b It can be seen that the current characteristics differ depending on the size of the residual air gap. The larger the residual air gap, the longer the time until the current has dropped to the determined value. The reason for this is, as already mentioned, in the higher inductance of the coil, which is achieved by the closer armature.

Der Zusammenhang ist hier umgekehrt im Vergleich zum Anfangsluftspalt, da der Elektromagnet zunächst magnetisiert wird, so dass die höhere Induktivität bei kleinerem Luftspalt einen langsameren Abbau des Stroms bewirkt.The relationship is reversed here in comparison to the initial air gap, since the electromagnet is first magnetized, so that the higher inductance with a smaller air gap causes a slower degradation of the current.

In 5c sind die zu dem Strom I in der Spule gehörigen Verläufe der Magnetkraft F, die der Elektromagnet, in den die Spule eingebracht ist, erreicht. Die jeweils erreichte Magnetkraft reicht dabei noch aus, den Magnetanker maximal angehoben zu lassen.In 5c are the curves of the magnetic force F belonging to the current I in the coil, which are reached by the electromagnet into which the coil is inserted. The respective achieved magnetic force is still sufficient to let the armature lifted maximum.

In 6 ist ein Zusammenhang zwischen einer Zeitdauer ∆t’ bis zum mehrmaligen, hier viermaligen, Erreichen eines Stromwertes, hier 12 A, nachdem dieser Wert erstmalig erreicht wurde, und einem Restluftspalt ∆LR bei einem elektromagnetischen Aktor eines Magnetventils dargestellt. Die Zeitdauer ∆t’ ist hierbei in µs angegeben, während der Restluftspalt ∆LR in mm angegeben ist. Hierbei ist zu sehen, dass die Zeitdauer ∆t’ umso höher ist, je größer der Restluftspalt ∆LR ist, wie sich dies auch aus der 5b ergibt.In 6 is a relationship between a period of time Δt 'to multiple, here four times, reaching a current value, here 12 A, after this value has been reached for the first time, and a residual air gap .DELTA.L R in an electromagnetic actuator of a solenoid valve shown. The time duration Δt 'is given here in μs, while the residual air gap ΔL R is given in mm. It can be seen here that the time duration Δt 'is higher, the larger the residual air gap ΔL R is, as is also the case with respect to FIG 5b results.

Wie sich aus den 4 und 6 ergibt, können also durch geeignete Bestromung und ggf. Vergleich mit Vergleichswerten sowohl ein Anfangsluftspalt als auch ein Restluftspalt eines Magnetventils ermittelt werden. Der Hub des Magnetankers bzw. der Hub der Ventilnadel ergibt sich dann einfach aus der Differenz von Anfangsluftspalt und Restluftspalt, d.h. ∆LA – ∆LR.As is clear from the 4 and 6 Thus, both an initial air gap and a residual air gap of a solenoid valve can be determined by suitable energization and possibly comparison with comparison values. The stroke of the magnet armature or the stroke of the valve needle then results simply from the difference between the initial air gap and the residual air gap, ie ΔL A -ΔL R.

Diese Ermittlung des Hubs kann bspw. am Ende einer Produktionslinie durchgeführt werden. Anschließend kann, wenn der Wert des Hubs von einem gewünschten bzw. geforderten Wert abweicht, die Einstellscheibe 260, wie sie in 2 gezeigt ist, durch eine andere Einstellscheibe mit anderer Höhe ersetzt werden, die bspw. einen geringeren oder größeren Hub ergibt. Der Restluftspalt kann bspw. durch Austausch der Einstellscheibe 261 angepasst werden. Dabei kann auch erneut der Hub ermittelt werden, um den mit der neuen Einstellscheibe tatsächlich erreichen Hub zu überprüfen.This determination of the stroke can be carried out, for example, at the end of a production line. Subsequently, if the value of the stroke deviates from a desired or required value, the dial 260 as they are in 2 is shown to be replaced by another shim with a different height, for example, results in a smaller or larger stroke. The residual air gap can, for example, by replacing the shim 261 be adjusted. The stroke can also be determined again in order to check the stroke actually achieved with the new shim.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102010041109 A1 [0004] DE 102010041109 A1 [0004]
  • DE 102013212138 A1 [0004] DE 102013212138 A1 [0004]

Claims (16)

Verfahren zum Ermitteln eines Luftspalts eines Magnetankers (252) eines Magnetventilinjektors (200), der einen Elektromagneten (253) mit einer Spule (254) aufweist, durch deren Bestromung der Magnetanker (252) anhebbar ist, wobei der Luftspalt, der einen Abstand zwischen dem Elektromagneten (253) und dem Magnetanker (252) angibt, unter Berücksichtigung eines Stromverlaufs (Ii) in der Spule (254) während einer Bestromung der Spule (254) ermittelt wird.Method for determining an air gap of a magnet armature ( 252 ) of a solenoid valve injector ( 200 ), which has an electromagnet ( 253 ) with a coil ( 254 ), by the energization of the armature ( 252 ), wherein the air gap, a distance between the electromagnet ( 253 ) and the magnet armature ( 252 ), taking into account a current profile (I i ) in the coil ( 254 ) during energization of the coil ( 254 ) is determined. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Luftspalt unter Berücksichtigung eines zeitlichen Gradienten des Stroms (I) des Stromverlaufs (Ii, I’i) ermittelt wird.The method of claim 1, wherein the air gap is determined taking into account a temporal gradient of the current (I) of the current waveform (I i , I ' i ). Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Luftspalt unter Berücksichtigung einer jeweiligen Zeitdauer (∆t, ∆t’) ermittelt wird, die nötig ist, bis der Strom (I) des Stromverlaufs (Ii, I’i) ein oder mehrmals einen jeweiligen vorbestimmten Wert erreicht hat.A method according to claim 1 or 2, wherein the air gap is determined taking into account a respective time duration (Δt, Δt '), which is necessary until the current (I) of the current waveform (I i , I' i ) one or more times has reached the respective predetermined value. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei als Luftspalt ein Anfangsluftspalt (∆LA), der einen Abstand zwischen dem Elektromagneten (253) und dem Magnetanker (252) bei nicht angehobenem Magnetanker (252) angibt, ermittelt wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the air gap is an initial air gap (ΔL A ), which is a distance between the electromagnet ( 253 ) and the magnet armature ( 252 ) with not raised magnet armature ( 252 ) is determined. Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Magnetanker (252) dauerhaft nicht angehoben wird, während der Stromverlauf (Ii) zur Ermittlung des Anfangsluftspalts (∆LA) erfasst wird. Method according to claim 4, wherein the magnet armature ( 252 ) is not permanently raised while the current waveform (I i ) for determining the initial air gap (ΔL A ) is detected. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei als Luftspalt ein Restluftspalt (∆LR), der einen Abstand zwischen dem Elektromagneten (253) und dem Magnetanker (252) bei bis zu einem Anschlag an Anschlagsmitteln (260) angehobenem Magnetanker (252) angibt, ermittelt wird.Method according to one of the preceding claims, wherein as the air gap, a residual air gap (ΔL R ), the distance between the electromagnet ( 253 ) and the magnet armature ( 252 ) up to a stop at stop means ( 260 ) raised magnet armature ( 252 ) is determined. Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Magnetanker (252) dauerhaft bis zu den Anschlagsmitteln (260) angehoben bleibt, während der Stromverlauf (I’i) zur Ermittlung des Restluftspalts (∆LR) erfasst wird.Method according to claim 6, wherein the magnet armature ( 252 ) permanently up to the stop means ( 260 ) while the current waveform (I ' i ) for detecting the residual air gap (ΔL R ) is detected. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Bestromung zur Ermittlung des Restluftspalts (∆LR) derart vorgenommen wird, dass der Magnetanker (252) zunächst bis zum Anschlag an den Anschlagsmitteln (260) angehoben wird.Method according to claim 6 or 7, wherein the current supply for determining the residual air gap (ΔL R ) is carried out such that the magnet armature ( 252 ) until it stops at the stop means ( 260 ) is raised. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8 in Rückbezug zumindest auf Anspruch 4, wobei ein Hub (H) des Magnetankers (252) unter Berücksichtigung des Anfangsluftspalts (∆LA) und des Restluftspalts (∆LR) ermittelt wird.Method according to one of claims 6 to 8 in reference to at least claim 4, wherein a stroke (H) of the armature ( 252 ) is determined taking into account the initial air gap (ΔL A ) and the residual air gap (ΔL R ). Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Hub (H) des Magnetankers (252) unter Berücksichtigung des Anfangsluftspalts (∆LA) und des Restluftspalts (∆LR) durch Anpassen der Anschlagsmittel (260) auf einen gewünschten Wert eingestellt wird.Method according to claim 9, wherein the stroke (H) of the magnet armature ( 252 taking into account the initial air gap (ΔL A ) and the residual air gap (ΔL R ) by adapting the stop means ( 260 ) is set to a desired value. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, wobei der Anfangsluftspalt (∆LA) des Magnetankers (252) unter Berücksichtigung des Hubs (H) durch Anpassen von Einstellmitteln (261) und/oder eines entsprechenden Abstands auf einen gewünschten Wert eingestellt wird.Method according to claim 9 or 10, wherein the initial air gap (ΔL A ) of the armature ( 252 ) taking into account the stroke (H) by adjusting adjusting means ( 261 ) and / or a corresponding distance to a desired value. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei als Magnetventilinjektor (200) ein direktschaltender Magnetventilinjektor verwendet wird, und wobei insbesondere unter Berücksichtigung des Hubs (H) des Magnetankers (252) ein Hub einer Ventilnadel (220) des Magnetinjektors (200) ermittelt und/oder eingestellt wird. Method according to one of claims 9 to 11, wherein as a solenoid valve injector ( 200 ) a direct-acting solenoid valve injector is used, and wherein in particular taking into account the stroke (H) of the magnet armature ( 252 ) a stroke of a valve needle ( 220 ) of the magnet injector ( 200 ) is determined and / or adjusted. Verfahren zum Ansteuern eines Magnetventilinjektors, wobei eine Ansteuergröße in Abhängigkeit von dem nach einem Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche ermittelten Luftspalt und/oder von dem nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12 ermittelten Hub des Magnetankers (252) bzw. der Ventilnadel (220) vorgegeben wird.Method for controlling a solenoid valve injector, wherein a control variable as a function of the air gap determined by a method according to one of the preceding claims and / or of the determined by a method according to one of claims 9 to 12 stroke of the armature ( 252 ) or the valve needle ( 220 ) is given. Recheneinheit (280), die dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche durchzuführen.Arithmetic unit ( 280 ), which is adapted to perform a method according to any one of the preceding claims. Computerprogramm, das eine Recheneinheit (280) dazu veranlasst, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13 durchzuführen, wenn es auf der Recheneinheit (280) ausgeführt wird. Computer program comprising a computing unit ( 280 ) to perform a method according to any one of claims 1 to 13, when it on the computing unit ( 280 ) is performed. Maschinenlesbares Speichermedium mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm nach Anspruch 15.A machine-readable storage medium having a computer program stored thereon according to claim 15.
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