DE102007050550A1

DE102007050550A1 - Multipol-Magnetaktor

Info

Publication number: DE102007050550A1
Application number: DE200710050550
Authority: DE
Inventors: Oliver Rain; Thomas Fritzsche; Bertram Sugg
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2007-10-23
Filing date: 2007-10-23
Publication date: 2009-04-30
Also published as: WO2009053177A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Hubmagnetenkombination mit einem beweglichen Betätigungselement, auf das ein erster Hubmagnet kraftübertragend wirkt, wobei die Hubmagnetenkombination mindestens einen zweiten Hubmagneten aufweist. Die von dem ersten und dem mindestens einen zweiten Hubmagneten erzeugten Magnetkräfte wirken auf das gleiche Betätigungselement. Die Erfindung ist insbesondere für Injektoren geeignet. Ferner betrifft die Erfindung eine Steuerung, die die Hubmagnetenkombination steuern kann und einen Eingang für Zündsignale aufweist. Die Hubmagneten werden gemäß der Zündsignale aktiviert.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Hubmagnetvorrichtung, die insbesondere für Injektoren oder elektrische Ventile zur Kraftstoffeinspritzung in Verbrennungsmotoren geeignet ist.
Konventionelle Magnetkreise in Injektoren bestehen aus einem Magnetkern, in den eine einzige Spule eingelassen ist, und umfassen ferner eine Schließfeder und einen beweglichen Anker, der als Betätigungselement dient. Zur Maximierung der Magnetkraft wird im Stand der Technik die Geometrie derart ausgewählt, dass der Magnetfluss durch die gesamte Anker-Stirnfläche maximiert ist und homogen verteilt ist. Ferner wurden die Magnetkreise dahingehend ausgelegt, dass sie nur geringe lokale Sättigungseffekte in dem magnetischen Material aufweisen. Derartige Magnetkreise weisen eine hohe Induktivität auf, die zu Lasten der Geschwindigkeit des Stromanstiegs in der Spule geht. Dadurch wird die Dynamik des Ventils verschlechtert.
Ferner werden hydraulische Kräfte berücksichtigt, die auf den Anker wirken, da dieser Kontakt mit flüssigem Treibstoff hat. Üblicherweise werden Bohrungen und/oder Schlitzungen am Anker angebracht, um den Einfluss dieser hydraulischen Kräfte zu minimieren, wodurch jedoch gleichzeitig die Magnetkraft bzw. der magnetische Rückschluss beeinträchtigt wird. Hierdurch wird das Kennfeld des Elektromagneten in manchen Fällen verschlechtert.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, die Schaltdynamik von Magnetaktoren zu steigern, ohne dass dies zu Beeinträchtigungen der oben genannten Art führt. Ferner ist es eine Aufgabe der Erfindung, die Bewegung des Ankers gezielt zu steuern.
Offenbarung der Erfindung
Durch die erfindungsgemäßen kombinierten Hubmagnete sowie die erfindungsgemäße Steuereinrichtung kann der Magnetfluss flexibel geformt werden, und es können lokale Sättigungen verringert werden. Ferner ermöglicht die Erfindung die Ansteuerung von Hubmagneten mit geringer elektrischer Energie bei gleicher Hubleistung bzw. bei gleicher Hubkraft. Ferner ermöglicht die Erfindung eine detaillierte und präzise Steuerung der Bewegung des Betätigungselements bzw. des Ankers und erlaubt ferner eine mehrphasige Steuerung der erzeugten Magnetkraft für verschiedene Zeitabschnitte.
Im Allgemeinen betrifft die Erfindung einen Aktuator, mit dem sich steuerbar eine Longitudinalbewegung erzeugen lässt. Da sich ein derartiger Aktuator insbesondere für Einspritzventile und vor allem für Injektoren eignet, betreffen die in der Beschreibung dargestellten Ausführungen Injektoren und Einspritzventile, ohne jedoch auf derartige Einsatzgebiete beschränkt zu sein.
Das der Erfindung zu Grunde liegende Konzept liegt darin, die räumliche Verteilung und somit die räumliche Verteilung und Stärke der vom Elektromagneten erzeugten Magnetkraft über die Auswahl von einem oder von mehreren Wicklungsabschnitten eines Elektromagneten zu steuern.
Die in der vorliegenden Anmeldung beschriebene Erfindung betrifft einen Aktor mit einem Elektromagneten, der zwei oder mehr Spulen umfasst. Die Verschaltung der Spulen bzw. Wicklungen kann seriell, parallel, antiseriell (d. h. seriell zusammengeschaltet, jedoch mit gegenläufigem Wicklungssinn) oder antiparallel (d. h. parallel geschaltet, jedoch mit entgegengesetztem Wicklungssinn) geschaltet werden. Durch die Anordnung der Spulen und deren Eigenschaften, insbesondere deren Querschnitt und Windungszahl, kann so der Verlauf des B-Feldes innerhalb eines Jochs, eines Ankers oder eines anderen Elementes aus magnetischem Material und auch in den Zwischenräumen derart vorgesehen werden, dass sich zumindest teilweise Kombinationen des B-Feldes ergeben und somit an gewünschten Stellen das B-Feld verringert oder verstärkt werden kann. Dadurch lassen sich gleichmäßigere, insbesondere Feldverteilungen erreichen, wobei vorzugsweise die Spulen derart eingerichtet sind und bestromt werden, dass eine Sättigung innerhalb des Materials einen bestimmten Wert nicht übersteigt bzw. dass eine Sättigung vorgesehen wird, die innerhalb des magnetisierten Materials eine maximale Gleichförmigkeit bzw. Homogenität in ihrer räumlichen Verteilung aufweist.
Ferner wird vorzugsweise eine mechanische Vorspannung bzw. Grundmagnetisierung vorgesehen, beispielsweise mittels eines Stromflusses durch eine der Wicklungen oder durch mehrere Wicklungen, und/oder mittels eines Permanentmagneten, der eine Wicklung bzw. Spule ersetzen kann, oder mittels einer Kombination hiervon.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Magnetkern als Ring ausgebildet, der einen rechteckigen Querschnitt aufweist. In der Mitte des Rings, d. h. in dem Freiraum, der von der Innenfläche des Rings definiert wird, ist vorzugsweise ein Betätigungselement vorgesehen, das entlang der Drehachse des Rings verläuft und zumindest einen Luftspalt zu dem Ring aufweist. Der Ring ist aus magnetisierbarem Material aufgebaut, so dass ein magnetisches Feld des Rings auf das ebenfalls aus magnetischem Material vorgesehene Betätigungselement wirkt. Der ringförmige Magnetkern umfasst ein, zwei oder mehrere Spulenfenster, die ebenfalls ringförmig vorgesehen sind und sich konzentrisch innerhalb des ringförmigen Magnetkerns erstrecken. Der ringförmige Magnetkern bindet somit ein Joch, mit dem Magnetfelder kombiniert werden, d. h. die Magnetfelder, die durch das oder durch die Spulenfenster erzeugt werden. Umfasst das Spulenfenster nur eine Spule, so kann beispielsweise ferner ein Permanentmagnet in dem ringförmigen Magnetkern vorgesehen sein, dessen Magnetfeld mit dem Magnetfeld der Spule durch den ringförmigen Magnetkern kombiniert wird. Vorzugsweise sind mindestens zwei, d. h. ein erster Hubmagnet und ein zweiter Hubmagnet vorgesehen, die jeweils einem Spulenfenster zugeordnet sind. Die Spulenfenster sind getrennt voneinander in dem ringförmigen Magnetkern vorgesehen, wobei die Spulenfenster durch konzentrisch verlaufende Ringe getrennt sind. Sowohl die Spulenfenster, als auch die konzentrischen Ringe, als auch weitere Strukturmerkmale des ringförmigen Magnetkerns, wie beispielsweise das Joch, sind konzentrisch zueinander ausgebildet und weisen dieselbe Rotationsachse auf. Die Spulenfenster erstrecken sich vorzugsweise nicht über die gesamte Höhe des ringförmigen Magnetkerns, so dass das Joch als Jochring verbleibt, der sich über die gesamte radiale Ausdehnung des ringförmigen Magnetkerns erstreckt. Der Jochring, der sich über die gesamte radiale Ausdehnung des ringförmigen Magnetkerns erstreckt, verbindet somit die mindestens zwei zueinander konzentrischen Ringe miteinander, die durch diejenigen Einlassungen entstehen, welche das mindestens eine Spulenfenster formen.
Zwischen Spulen verschiedener Spulenfenster ist vorzugsweise eine Anzapfung vorgesehen, die es erlaubt, den Strom innerhalb der jeweiligen Spulen der Spulenfenster getrennt voneinander zu steuern. So kann, zusammen mit der Anzapfung, der in beide Enden der Gesamtspulenanordnung aufgeprägte Strom entsprechend verteilt werden. Die einzelnen Spulen bzw. Wicklungen können auch getrennt voneinander ausgeführt sein, und voneinander unabhängige Anschlüsse haben. Auf diese Weise kann ein Steuergerät mit einer ge eigneten Anzahl von Anschlüssen die jeweilige Stromverteilung und damit Stärke und räumliche Verteilung des Magnetfeldes sowie die daraus resultierende Magnetkraftkomponente steuern.
Neben elektromagnetisch erzeugten Kraftkomponenten bzw. Magnetfeldkomponenten können auch durch einen (oder mehrere) Permanentmagneten erzeugte Feld- bzw. Kraftkomponenten vorgesehen werden, die sich über die magnetische Verbindung, die der ringförmige Magnetkern vorsieht, mit anderen Feld- bzw. Kraftkomponenten kombinieren. Vorzugsweise wird zur Erzeugung eines Permanentmagnetfelds ein ringförmiger Permanentmagnet verwendet, der ebenfalls konzentrisch zum ringförmigen Magnetkern verläuft. Der Permanentmagnet kann mit dem ringförmigen Magnetkern verbunden sein oder kann einteilig mit dem Magnetkern oder Teilen hiervon verbunden sein. Der Permanentmagnet kann ferner durch vormagnetisiertes Material vorgesehen werden, auf das auch der von den Spulen erzeugte Magnetfluss wirkt. Der Permanentmagnet kann derart vormagnetisiert sein, dass sich seine Feldkomponente konstruktiv oder destruktiv mit weiteren, elektromagnetisch erzeugten Komponenten überlagert. Mittels einer derartigen Vormagnetisierung lässt sich ein Kraft-Offset erreichen, mit dem zum einen die Sättigungssituation und zum anderen die Bewegung präzise steuern lässt. Durch eine derartige Vorsättigung bzw. durch ein derartiges Kraft-Offset werden kürzere Einschaltzeiten, d. h. eine höhere Beschleunigung des Betätigungselements erreicht. Der ringförmige Permanentmagnet ist vorzugsweise homogen in axialer Richtung vormagnetisiert, so dass sich die entgegengesetzten Pole entlang der Längsachse des erfindungsgemäßen Hubmagneten erstrecken.
Gemäß einer ersten Variante haben zwei in verschiedenen Spulenfenstern vorgesehene Spulen den gleichen Richtungssinn, so dass bei gleicher Bestromung in dem Material zwischen diesen eine destruktive Überlagerung erzeugt wird. Dadurch wird der magnetische Fluss zwischen den Spulen abgeschwächt radial nach außen und innen verdrängt. Vorzugsweise sind dann in diesem Zwischenspulenraum, der einem geringeren Fluss bzw. einer geringeren Sättigung ausgesetzt ist, Bohrungen oder Schlitzungen vorgesehen, die die hydraulischen Eigenschaften des Ankers verbessern. In der Vorzugsvariante werden Bohrungen oder Schlitze an entsprechenden Stellen in Ankerbereichen vorgesehen. Aufgrund der geringeren Sättigung im Bereich zwischen den Spulen stören die Bohrungen bzw. Schlitzungen den Flussverlauf nur in geringem Maße bzw. erhöhen den Sättigungsgrad in den verbleibenden Magnetmaterialien nur geringfügig. Somit können hydraulisch vorteilhafte Strukturen innerhalb des Magnetmaterials, insbesondere innerhalb des Ankers vorgesehen werden, ohne den Magnetfluss und die Krafterzeugung wesentlich zu beeinflussen. Mit anderen Worten erlaubt die mehrteilige Spulenform das Verdrängen des Flusses in bestimmte Bereiche, wobei Bereiche mit geringem Flussdurchsatz erzeugt werden, in de nen Schlitze und Bohrungen vorgesehen werden können, ohne die Krafterzeugung wesentlich zu stören. In den Bereichen, in die der Fluss hin verdrängt wurde, werden vorzugsweise keine oder nur kleine Bohrungen oder Schlitze vorgesehen, um die Krafterzeugung nicht zu beeinträchtigen. Somit erlaubt die Spulenaufteilung die Aufteilung des ringförmigen Magnetkerns im Bereich mit geringem Fluss, in denen Schlitze und Bohrungen wenig stören, und in Bereiche mit hohem Fluss, die zur wesentlichen Krafterzeugung verwendet werden. Daher kann der ringförmige Magnetkern mittels der erfindungsgemäßen mehrteiligen Spulenaufteilung bzw. mittels der erfindungsgemäßen Flussverdrängung sowohl hydraulisch vorteilhafte Eigenschaften als auch magnetisch vorteilhafte Eigenschaften aufweisen, ohne dass sich die Merkmale der jeweiligen Eigenschaften gegenseitig beeinträchtigen.
In einer weiteren Ausführung werden die verschiedenen Spulen zeitlich getrennt voneinander angesteuert, um die Bewegung des Betätigungselements im Verlauf der Zeit zu steuern. Erzeugen beispielsweise zwei verschiedene Spulen gegenläufige Felder, so kann zunächst nur eine Spule bestromt werden, wodurch sich eine hohe Beschleunigung ergibt, die daraufhin durch Aktivierung der zweiten Spule verringert wird, da diese ein gegenläufiges Magnetfeld erzeugt. Damit ergibt sich eine weitere Möglichkeit, die Beschleunigung als Funktion der Zeit einzustellen, wohingegen einteilige Spulenmodelle gemäß dem Stand der Technik dies nur über die Spulenströme bewerkstelligen können.
Grundsätzlich wird die Summe der erzeugten Gesamtmagnetkraft durch vollständiges An- oder Abschalten einzelner Wicklungsabschnitte erreicht, wobei die einzelnen erzeugten Magnetkraftkomponenten null (ausgeschaltet), 100% (Bestromung des Wicklungsabschnitts mit Nennstrom) oder –100% (Bestromung des Wicklungsabschnitts in umgekehrter Richtung) sind. Der Anteil des einzelnen Wicklungsabschnitts an der Gesamtmagnetkraft ergibt sich durch die Windungszahl, die magnetische Koppelung, die Geometrie und die Anordnung relativ zu dem magnetischen Abschnitt, der mit dem Betätigungselement in kraftschlüssiger Verbindung steht. Ferner ist noch die Wicklungsrichtung zu berücksichtigen. Prinzipiell können die einzelnen Wicklungskomponenten der Wicklungsabschnitte sich zueinander summieren, wenn die erzeugten Magnetfelder die gleiche Richtung aufweisen, oder können sich zum Teil kompensieren, wenn zumindest ein Wicklungsabschnitt ein Magnetfeld erzeugt, das den Magnetfeldern der anderen Wicklungsabschnitte entgegengesetzt ist, beispielsweise durch entgegengesetzt gepolte Bestromung oder durch entgegengesetzten Wicklungssinn.
Erfindungsgemäß wirken die von den einzelnen Magneten, d. h. von den einzelnen Wicklungsabschnitten erzeugten Magnetkräfte zusammen, beispielsweise indem die Magnet kräfte direkt auf das selbe Magnetelement wirken. Bevorzugt erzeugen mindestens zwei verschiedene Wicklungen Feldkomponenten, die innerhalb derselben magnetischen Führung kombiniert werden. Zum einen erlaubt dies durch Einzelansteuerung der Wicklungen eine dezidierte zeitliche Magnetkraftregelung und zum anderen das gezielte Steuern der Feldverteilung innerhalb der magnetischen Führung, d. h. innerhalb des Magnetkerns. Alternativ können die einzelnen Elemente, auf die die jeweiligen Hubmagnete wirken, miteinander kraftschlüssig in direkter oder indirekter Weise verbunden werden, d. h. beispielsweise über Hebelmechanismen, Getriebe oder Ähnliches. Bevorzugt wirken alle Hubmagnete auf das gleiche Betätigungselement, beispielsweise auf verschiedene Stellen des Betätigungselements oder vorzugsweise auf dieselbe Stelle des Betätigungselements.
Das von den Hubmagneten erzeugte Magnetfeld wirkt gemäß einer Ausführung auf einen magnetischen Abschnitt, der kraftübertragend mit dem Betätigungselement verbunden ist, beispielsweise durch einteilige Ausführung mit dem Betätigungselement. Der magnetische Abschnitt kann magnetische Materialien mit einer hohen relativen magnetischen Permeabilität und/oder einer hohen Vormagnetisierung, beispielsweise durch permanent magnetische Materialien, umfassen. Vorzugsweise ist der magnetische Abschnitt eingerichtet, auch bei voller Bestromung der meisten oder aller Wicklungsabschnitte nur in geringem Maße lokal magnetisch gesättigt zu sein.
Das erfindungsgemäße Hubrelais umfasst mehrere Hubmagneten, d. h. einen ersten und mindestens einen zweiten Hubmagneten. Die Unterteilung in mehrere Hubmagneten bedeutet eine elektrische Unterteilung, so dass ein und dieselbe Wicklung in mehrere Hubmagnete aufgeteilt sein kann, wenn, beispielsweise durch Anzapfung, die Wicklung in verschiedene Wicklungsabschnitte eingeteilt werden kann, die jeweiligen Hubmagneten entsprechen und verschieden angesteuert werden können. Die Unterteilung in mehrere, voneinander getrennt steuerbare Hubmagnete führt nicht notwendigerweise zu bestimmten körperlichen Anordnungen. So können beispielsweise zwei Hubmagnete durch direkt oder mittelbar aneinander grenzende Wicklungen eines durchgehenden Drahts realisiert werden, wobei die Unterteilung der Magnete durch das Einführen einer Anzapfung ausgeführt wird. Die Unterteilung der Hubmagnete kann alternativ auch eine körperliche Unterteilung sein, so dass zwei körperlich voneinander getrennte Wicklungen vorgesehen werden, die jeweils zwei Enden aufweisen, welche durch weitere Schaltungen angesteuert werden. Die Trennung zweier Hubmagnete kann auch vorsehen, den ersten Hubmagneten auf ein erstes magnetisches Element wirken zu lassen, und den zweiten Hubmagneten auf ein zweites magnetisches Hubelement wirken zu lassen, wobei die magnetischen Elemente über Hebelmechanismen und/oder Getriebemechanismen kraftübertragend miteinander verbunden sind, um so eine Zusammenführung der erzeugten Kräfte zu erreichen, wobei die zusam mengeführten Kräfte auf ein Betätigungselement übertragen werden. Werden mehrere Hubmagnete körperlich voneinander getrennt realisiert, so können diese beispielsweise auf ein durchgängiges Betätigungselement wirken, welches gleichzeitig magnetische Eigenschaften hat, um so eine Zusammenwirkung der einzelnen erzeugten Magnetkräfte zu erreichen. Insbesondere kann ein erster Hubmagnet direkt neben einem zweiten Hubmagneten vorgesehen werden, oder beide Hubmagneten können als konzentrisch zueinander angeordnete Wicklungen vorgesehen werden, wobei ein gemeinsamer magnetischer Abschnitt durch die Längsachsen beider Hubmagnete verläuft, in dem die erzeugten Magnetfelder kombiniert werden, um diese einem Pol zuzuführen, an dem wiederum ein bewegliches Betätigungselement angeordnet ist.
Die von den einzelnen Hubmagneten erzeugten Magnetfelder können mittels eines Jochs kombiniert werden, oder können in einzelne Kräfte umgesetzt werden, welche durch kraftübertragende Verbindungen zu einer gemeinsamen magnetisch erzeugten Kraft zusammengeführt werden.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Hubrelais ein bewegliches Betätigungselement, welches einen magnetischen Abschnitt umfasst, wobei die Magnetkräfte des ersten und zweiten Hubmagneten auf diesen magnetischen Abschnitt wirken. Hierzu kann beispielsweise die Magnetkraft des ersten Magneten mit der Magnetkraft des zweiten Hubmagneten zusammengeführt werden, indem diese auf einem gemeinsamen Joch angeordnet sind. Ein Ende oder beide Enden des Jochs können dann in der Nähe oder an einem magnetischen Abschnitt des Betätigungselements vorgesehen sein, wobei die Magnetkraft dazu führt, dass ein zwischen dem Betätigungselement und dem Pol des Jochs vorgesehener Luftspalt verringert wird.
In einer weiteren Ausführung der Erfindung sind der erste und der zweite Hubmagnet als zumindest teilweise konzentrische Wicklungen ausgebildet, die ein Joch umgreifen. Alternativ können die konzentrischen Wicklungen das bewegliche Betätigungselement umgreifen.
Zur Unterteilung der Hubmagnete in elektrischer Hinsicht können diese als durchgehende Wicklung ausgebildet sein, die eine oder mehrere Anzapfungen aufweist. Die Anzapfungen dienen als elektrische Unterteilungen der gesamten Wicklung in einzelne Wicklungsabschnitte, die die jeweiligen ersten, zweiten und weiteren Hubmagnete realisieren. Alternativ kann die elektrische Unterteilung der Hubmagnete auch durch einzelne, voneinander getrennte Wicklungen vorgesehen sein, deren Enden jeweils an eine schaltbare Stromversorgung angeschlossen werden können. Im Falle einer durchgehenden Wicklung mit An zapfung kann die schaltbare Stromquelle an ein Wicklungsende und eine Anzapfung, eine Anzapfung und eine weitere Anzapfung und/oder an beide Enden der durchgehenden Wicklung angeschlossen werden. Zur Einstellung der zu erzeugenden Magnetkraft kann so die gesamte Wicklung bestromt werden, wenn die Stromquelle an die beiden Enden der Wicklung angeschlossen wird, um eine hohe Hubkraft zu erzeugen, wohingegen die erzeugte Hubkraft verringert ist, wenn die Stromquelle an ein Wicklungsende und an eine Anzapfung bzw. an zwei Anzapfungen angeschlossen wird, da somit nur ein Teil der gesamten Wicklung mit Strom beaufschlagt wird.
In einer weiteren Ausführung umfasst das Hubrelais ferner mindestens ein NTC-Element, dessen Widerstand mit steigender Temperatur fällt. Das NTC-Element ist vorzugsweise in Serie zwischen einer Stromquelle und der Wicklung angeschlossen, d. h. zwischen Stromquelle und einem der Wicklungsenden oder zwischen Stromquelle und einer Anzapfung.
Das NTC-Element kann auch in anderer Weise mit der Stromversorgung bzw. Spannungsversorgung und den Hubmagneten verbunden werden, wobei das NTC-Element vorzugsweise die Temperatur des Wicklungsabschnitts umfasst, in dessen Stromzuführung es zugeschaltet ist. Alternativ kann das NTC-Element nicht in die direkte Stromzuführung der Hubmagnete eingeschaltet sein, sondern an eine Steuerung angeschlossen sein, welche die Stromversorgung und/oder die Spannungsversorgung der jeweiligen Hubmagnete vorsieht.
Prinzipiell kann statt einer Stromquelle auch eine Spannungsquelle verwendet werden. Ferner kann ein Wicklungselement mit einer Anzapfung und/oder zwei Anzapfungen miteinander kurzgeschlossen werden, so dass der jeweilige dazwischen liegende Wicklungsabschnitt nicht mehr zur Krafterzeugung vorgesehen wird. Im Falle einer Spannungsquelle wird dann der durchfließende Strom erhöht, wodurch die gesamte erzeugte Magnetkraft verändert wird. Im Falle einer Stromquelle, die einen konstanten Strom liefert, wird durch das Kurzschließen nur ein Teil der Wicklung bestromt, wobei der kurzgeschlossene Wicklungsabschnitt keine Magnetkraft erzeugt, wodurch die Magnetkraft geeignet verringert werden kann. In gleicher Weise kann durch Auflösen eines solchen Kurzschlusses die Magnetkraft erhöht werden, indem mehr Wicklungsabschnitte als im Kurzschlussfall mit Strom versorgt werden. Zur Änderung der Gesamt-Hubkraft kann die Verschaltung der Hubmagnete geändert werden, d. h. von seriell in parallel und umgekehrt.
Das erfindungsgemäße Konzept wird ferner durch ein Verfahren zum Betätigen eines nadelförmigen Einspritzventilgliedes umgesetzt, bei dem die Hubmagnetenvorrichtung mit mindestens zwei vorzugsweise räumlich voneinander getrennten Wicklungsabschnitten vorgesehen wird, die getrennt voneinander bestromt werden können, um so durch getrenn tes Bestromen der jeweiligen Wicklungsabschnitte in oben beschriebener Weise die erzeugte Feldverteilung sowie die gesamte Magnetkraft einzustellen.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise von einer Steuereinrichtung umgesetzt, die zwei verschiedene Ausgangssignale mit entsprechendem Timing, beispielsweise zueinander zeitlich versetzte Anstiegs- oder Abfallflanken, ausgeben kann. Durch diese lässt sich die gewünschte Erhöhung oder Reduktion der Hubkraft für eine zweite Phase verringern. Die Steuereinrichtung bildet so die Komplementärkomponente zu dem oben beschriebenen Hubrelais, dessen Funktion zusammen mit der Ansteuerung das zugrunde liegende erfinderische Konzept umsetzt. Die Ausgangssignale der Steuerungseinrichtung können serielle digitale oder analoge Steuersignale für eine Leistungsendstufe sein, die die mehreren Wicklungsabschnitte des Hubmagneten entsprechend ansteuert. Alternativ kann die Steuereinrichtung auch Ausgangssignale abgeben, die eine ausreichende elektrische Leistung besitzen, um die Hubmagnete direkt mit Strom zu versorgen. Alternativ kann die Steuereinrichtung auch in der zweiten Phase (oder in der ersten Phase) einen Wicklungsabschnitt hinzuschalten, dessen Wirkung entgegengesetzt der Wirkung weiterer Hubmagnete ist, und der so die Gesamthubkraft durch Teilkompensation verringert.
Vorzugsweise umfasst die Steuerungseinrichtung mindestens zwei Ausgänge, die die zwei Hubmagnete getrennt voneinander mit Strom versorgen, oder, alternativ, getrennte Leistungsendstufen der Hubmagnete gemäß dem gewünschten Verfahren ansteuern.
Die Steuereinrichtung kann in einer einfachen Ausführung durch monostabile Flip-Flops realisiert werden, deren Zeitkonstanten die Bestromungsphasen der einzelnen Hubmagnete definieren. Alternativ kann die Steuerungseinrichtung auch Signale von Sensoren empfangen, die die Stellung eines Betätigungselements, beispielsweise einer Kupplung, ermitteln, und so, beispielsweise bei Erreichen einer bestimmten Stellung, die Gesamtmagnetkraft in der oben beschriebenen Weise verringern. Ferner kann die Steuereinrichtung als Recheneinheit mit Programmspeicher vorgesehen werden, beispielsweise als Microcontroller mit einem elektrischen Speicher. Die Steuereinrichtung kann ferner von einem Teil einer Gesamt-Kfz-Steuerung realisiert werden, beispielsweise als Routine, Programm oder Programmabschnitt der Software, die im Zusammenwirkung mit der Hardware der Gesamt-Kfz-Steuerung den Betrieb des Kraftfahrzeugs steuert.
Die Steuereinrichtung steuert vorzugsweise weitere Betriebsparameter des Verbrennungsmotors, beispielsweise den Füllgrad u. Ä.
Gemäß einer weiteren Ausführung der Erfindung wird das Hubrelais mit einer elektrischen Leistungsquelle verbunden, wobei Sensoren vorgesehen werden, die den Strom und/oder die Spannung erfassen, der in einen oder mehrere Hubmagnete bzw. einen oder mehrere Wicklungsabschnitte fließt bzw. die an diesen anliegt. Da die Bewegung des Betätigungselements in induktiver Rückkopplung eine Spannung in den Hubmagneten und/oder den Wicklungsabschnitten erzeugt, können die erfassten Strom- bzw. Spannungswerte zur Steuerung verwendet werden, indem diese zur Ermittlung des oder der Zeitpunkts/e herangezogen werden, in denen die Gesamtmagnetkraft gemäß einem gewünschten Sollwert geändert oder eingestellt werden soll. In einer Ausführung wird eine Sensorwicklung, ein Magnetsensor oder Positionssensor verwendet, die an den Hubmagneten, an den Wicklungsabschnitten und/oder an dem beweglichen Betätigungselement angeordnet ist, um über die in der Sensorwicklung induzierte Spannung bzw. über das Sensorsignal die Bewegung des Betätigungselements und/oder die magnetische Koppelung zwischen Hubmagnet und Betätigungselement zu ermitteln.
Bei der Ansteuerung der Hubmagnete, beispielsweise durch die Steuereinrichtung, kann ferner die Temperatur berücksichtigt werden, die über ein NTC-Element erfasst wird, um das temperaturabhängige Verhalten der Hubmagnete zu kompensieren, vorzugsweise durch Ändern der Länge bzw. der Startzeitpunkte der ersten und zweiten Phase. Da sich der Spulen-Innenwiderstand und somit die erzeugte Hubkraft mit der Temperatur ändert, kann dadurch die Gesamt-Hubkraft unabhängig von der Temperatur vorgesehen werden.
Um anfangs eine höhere Hubkraft zu erreichen, kann ein weiterer Hubmagnet hinzugeschaltet werden, wobei bei dessen Ausfall die Magnetkraft des ersten Hubmagneten ausreicht. Vorzugsweise ist auch der weitere Hubmagnet derart eingerichtet, dass er eine ausreichende Magnetkraft erzeugt. Auf diese Weise wird eine Redundanz erzeugt.
Als weitere Sicherheitsmaßnahme kann jeder Hubmagnet bzw. jeder Wicklungsabschnitt eine getrennte Zuleitung aufweisen, so dass beim Betrieb im Motorraum, in dem auch die Zuleitung ausfallen kann, auch bei Ausfall einer Zuleitung eine Mindesthubkraft gewährleistet ist.
Ferner sind mehrere aufeinander folgende Phasen möglich, in denen die Anzahl der bestromten Hubmagnete gemäß einer Soll-Kraft vorgesehen wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen
1 ein Prinzipschaltbild der erfindungsgemäßen Hubrelaiskombination in einer ersten Ausführung,
2 das Prinzipschaltbild der erfindungsgemäßen Hubrelaiskombination in einer zweiten Ausführung,
3a, b ein Prinzipschaltbild einer erfindungsgemäßen Anordnung von Hubmagneten an einem Betätigungselement, zum Beispiel einem Einspritzventilglied,
4a–4c zeitliche Darstellungen der Aktivierung von Hubmagneten, wobei die
4a den Stand der Technik und 4b und 4c die erfindungsgemäße Vorgehensweise darstellen, und
5 Verläufe von Ansteuersignalen eines Kfz-Steuergerätes.
Ausführungsformen
Die 1 zeigt eine erfindungsgemäße Hubmagnetenkombination in Prinzipdarstellung. Der magnetische Kreis wird in 1 mittels eines U-förmigen Jochs geschlossen, wobei dies der besseren Darstellung dient und nur die Abfolge und das Zusammenspiel der einzelnen Elemente darstellen soll. Die Hubmagnetenkombination umfasst einen ersten Hubmagneten 10 und einen zweiten Hubmagneten 20, die nebeneinander um ein Joch 30 gewickelt sind. Das Joch 30 umfasst einen Schenkel, der die gleiche Längsachse wie die beiden zylindrisch ausgeformten Hubmagneten 10 und 20 aufweist. Der erste Hubmagnet 10 stößt direkt an den zweiten Hubmagneten 20 an, wobei jedoch auch zwischen diesen eine Lücke vorgesehen sein kann. Das Joch 30 ist in einem Material ausgebildet, das eine hohe relative magnetische Permeabilität aufweist, und das somit die von dem ersten Hubmagneten 10 und dem zweiten Hubmagneten 20 erzeugte Magnetfeld sammelt. Das Joch umfasst einen zweiten Schenkel, der über einen Steg zusammen mit dem ersten Schenkel eine U-Form bildet. Der zweite Schenkel wird von einem zusätzlichen dritten Magneten 40 umgriffen, dessen magnetisches Feld ebenfalls auf das Joch 30 wirkt. Am offenen Ende des U-förmigen Jochs ist ein bewegliches Betätigungselement 50 dargestellt, das ebenfalls magnetische Eigenschaften aufweist und somit bei Aktivierung einer oder aller Hubmagneten zu den offenen Enden des Jochs, die in diesem Falle Magnetpole bilden, bewegt wird.
Die in 1 dargestellte Hubmagnetenkombination weist somit einen ersten Magneten 10 und mindestens einen zweiten Magneten 20 bzw. 30 auf, deren magnetisches Feld von einem Joch gesammelt wird. Das gesammelte magnetische Feld wird dann an den offenen Enden des Jochs in der Nähe des Betätigungselements 50 in eine gemeinsame Hubkraft umgesetzt. In der 1 umgreifen die Hubmagnete nicht das bewegliche Betätigungselement selbst, sondern ein Joch, das als Sammelschiene für die erzeugten Magnetfelder wirkt. Durch die gemeinsame Hubkraft wird das bewegliche Betätigungselement 50 in einer Richtung A relativ zum Joch 30 bewegt.
Der erste Hubmagnet 10 und der zweite Hubmagnet 20 können aus einer Wicklung vorgesehen sein, wobei der erste Hubmagnet von dem zweiten durch eine Anzapfung getrennt ist. Alternativ kann der erste Hubmagnet 10 getrennt von dem zweiten Hubmagneten 20 gewickelt sein, so dass beide Hubmagnete jeweils zwei Wicklungsenden aufweisen, die nach außen geführt sind und getrennt voneinander an eine Stromansteuerung angeschlossen werden können.
Die 2 zeigt eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Hubmagnetenkombination in einer Prinzipdarstellung. Die Hubmagnetenkombination umfasst einen ersten Hubmagneten 110 und einen zweiten Hubmagneten 120, die als konzentrische Wicklungen oder Wicklungsabschnitte um einen gemeinsamen zylindrischen Raum 130 angeordnet sind. In dem Raum 130 ist ein Betätigungselement 150 vorgesehen, auf das aufgrund ihrer Anordnung beide Hubmagnete 120, 110 wirken. Die Konstruktion der in 2 dargestellten Ausführung sieht somit eine Zusammenführung der Magnetkräfte durch räumliche Überlagerung der Magnetfelder vor, die von den beiden Hubmagneten erzeugt werden. Prinzipiell kann dadurch die räumliche Verteilung des resultierenden Magnetfeldes beeinflusst werden. Im Gegensatz dazu liegt in der Hubmagnetenkombination gemäß 1 die Feldverteilung insbesondere durch die Geometrie des Joches fest.
In der in 2 dargestellten Ausführung umfasst die Hubmagnetenkombination ferner einen weiteren Hubmagneten 140, der als zusätzlicher Hubmagnet vorgesehen ist. Grundsätzlich ist zu bemerken, dass die Erfindung auch ohne die zusätzlichen Hubmagnete 140, 40 realisiert werden kann.
Die einzelnen von den Hubmagneten 110, 120 und 140 erzeugten Magnetkräfte führen zu einer Bewegung des beweglichen Betätigungselements 150 in eine Richtung A'.
Die Hubmagnete 110, 120 und 140 sind als konzentrisch um einen zylindrischen Raum herum gewickelte Wicklungen vorgesehen, wobei der erste Hubmagnet 110 und der zweite Hubmagnet 120 als zwei getrennte Wicklungen vorgesehen werden können, die übereinander gewickelt werden, oder als eine durchgängige Wicklung, die über eine Anzapfung in zwei elektrisch getrennte Wicklungsabschnitte unterteilt wird, wodurch der erste und der zweite Hubmagnet vorgesehen werden. Der zusätzliche Hubmagnet 140 ist axial versetzt zu dem ersten und dem zweiten Hubmagneten vorgesehen, kann jedoch auch in der gleichen Höhe wie die Hubmagnete 120 und 110 vorgesehen sein (nicht dargestellt).
Die 3a zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der Hubmagnetenkombination, die eine vereinfachte Bauweise aufweist. Die Hubmagnetenkombination gemäß der Darstellung in 3a ist im Wesentlichen als Ring bzw. ringförmiger Magnetkern mit rechteckigem Querschnitt und mit Spulenfenstern 210, 220 ausgebildet, wobei ein bewegliches Betätigungselement 250 in axialer Richtung versetzt angeordnet ist. Das Betätigungselement 250 und die Hubmagnetenkombination 200 sind konzentrisch und weisen in radialer Richtung im Wesentlichen die gleiche Dicke auf, so dass bei Aktivierung der Hubmagnetenkombination 200 das Betätigungselement in axialer Richtung zu der Hubmagnetenkombination hin bewegt wird. In der in 3a dargestellten Ausführung sind der erste und der zweite Hubmagnet als eine Kombination mit teilweise gemeinsamer magnetischer Führung 230, 214 ausgeführt. Die Hubmagnetenkombination 200 umfasst somit einen ersten, inneren Ring 212, einen zweiten, mittleren Ring 214 und einen dritten, äußeren Ring 216. Die Ringe sind konzentrisch zueinander ausgebildet, sind in der gleichen axialen Höhe angeordnet und weisen verschiedene radiale Abstände zur Achse der Hubmagnetenkombination auf. Zwischen dem ersten Ring 212 und dem zweiten Ring 214 ist eine Spule im ersten Spulenfenster 210 angeordnet. Zwischen dem zweiten Ring 214 und dem dritten Ring 216 ist eine zweite Spule im zweiten Spulenfenster 220 angeordnet. Die Spulen der Spulenfenster teilen sich somit den mittleren Ring 214. Die Hubmagnetenkombination von 3a umfasst ferner einen Jochring 230, der den ersten, den zweiten und den dritten Ring an den Axialseiten 270 der konzentrischen Ringe verbindet. Das Joch 230 ist somit axial zu den Ringen 212–216 versetzt und bildet den magnetischen Rückschluss. Die Spulenfenster 210, 220 sind zu der Axialseite, an der der Jochring die Ringe abschließt, durch das Joch begrenzt, und sind zur entgegengesetzten Betätigungsseite 260 geöffnet. Die Betätigungsseite ist planar und befindet sich auf der entgegengesetzten Seite der Axialseite, an der der Jochring angebracht ist. Die konzentrischen Ringe 212, 216 umfassen somit eine Betätigungsseite 260, an die sich in axialer Richtung das Betätigungselement 250 an schließt, welches den magnetischen Rückschluss über einen Luftspalt vorsieht. Das erste Spulenfenster 210 wird somit über den ersten Ring 212, über das Betätigungselement 250 und den zugeordneten Luftspalt, hauptsächlich über den zweiten Ring 214 sowie über den Jochring 230 geschlossen. Das vom zweiten Spulenfenster 220 erzeugte Magnetfeld wird ebenso über das Betätigungsfeld 250 geschlossen und verläuft somit über den zweiten, hauptsächlich mittleren Ring 214, das Betätigungselement 250 inklusive Luftspalte, den dritten, äußeren Ring 216 sowie über den Jochring 230. Beide Magnetkreise haben somit den zweiten Ring 214, den Jochring 230 und das Betätigungselement 250 als gemeinsames Element.
In der in 3a dargestellten Ausführung sind der erste Ring 212, der zweite Ring 214 und der dritte Ring 216 einteilig mit dem Jochring 230 ausgebildet, der sich axial versetzt zu dem ersten, zweiten und dritten Ring konzentrisch zur gleichen Achse der Hubmagnetenkombination erstreckt. Der Jochring 230 sowie die Ringe 212–216 sind vorzugsweise aus magnetischem Material hergestellt, vorzugsweise aus Ferritmaterial, wobei auch Eisen, Stahl oder Stahlblechmaterial verwendet werden kann. In einer nicht dargestellten Ausführung ist der Jochring 230 als Ring ausgebildet, der mit dem ersten, zweiten und dritten Ring 212–216 an der Axialseite 270 der Ringe verklebt ist. Vorzugsweise wird der gesamte Magnetkern 212, 214, 216, 230 durch einen Pressvorgang aus einem weichmagnetischen Pulververbundstoff hergestellt.
Die Spulen bzw. Wicklungen innerhalb der Spulenfenster 210, 220 sind vorzugsweise gleich, können jedoch auch unterschiedliche Wicklungszahlen bzw. Drahtdicken aufweisen. Der Wicklungssinn der Wicklung 210 ist vorzugsweise mit dem Wicklungssinn der Wicklung in dem Spulenfenster 220 identisch, kann jedoch auch einen entgegengesetzten Wicklungssinn aufweisen. Die Windungen, die die Wicklungen in den Spulenfenstern 210, 220 bilden, sind in der in 3a dargestellten Ausführung konzentrisch um die Achse der Hubmagnetenkombination ausgeführt und magnetisieren somit den ersten, den zweiten und den dritten Ring in einer Axialrichtung, d. h. in einer Richtung parallel bzw. antiparallel zur Achse der Hubmagnetenkombination. Durch geeignete Bestromung bzw. durch geeigneten Wicklungssinn lässt sich der innere Ring 214 nur geringfügig magnetisieren, wohingegen der Hauptteil der Magnetisierung nach außen in die Ringe 212, 216 verlagert wird. Daher kann insbesondere der mittlere Ring 214 sowie der gegenüberliegende Bereich des Betätigungselementes 250 Bohrungen oder Schlitzungen aufweisen, da der mittlere Ring 214 einen geringeren Sättigungsgrad aufweist. Aufgrund der hohen Magnetisierung umfassen der innere Ring 214 und der äußere Ring 216 sowie die jeweiligen Bereiche des Betätigungselementes 250 vorzugsweise nur geringfügige oder keine Bohrungen oder Schlitzungen. Dadurch lässt sich, wie oben beschrieben, der Magnetkreis in verschiedene Funktions bereiche aufteilen, d. h. die Betätigungsseite des inneren Rings 214 bzw. der entsprechende Bereich des Betätigungselementes 250 wird mit Schlitzungen oder Bohrungen versehen, um hydraulisch vorteilhafte Eigenschaften vorzusehen, wohingegen die Ringe 212 und 216 sowie die entsprechenden Bereiche des Betätigungselementes 250 vor allem magnetische Eigenschaften haben und den Fluss sammeln und somit primär der Erzeugung der Magnetkraft dienen, die zwischen dem Betätigungselement 250 und der Betätigungsseite 260 erzeugt werden.
In der 3a ist das erfindungsgemäße Konzept insbesondere an dem inneren Ring 212 und dem mittleren Ring 214 zu erkennen, die den ersten bzw. zweiten Magnetkern bilden. Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Spulenfenster und der Ringe sowie durch eine entsprechende Spulenansteuerung wird erreicht, dass der mittlere Ring 214 nur einen geringen Sättigungsgrad bzw. Magnetisierungsgrad erreicht, wobei gleichzeitig der innere Ring 212 in starkem Maße magnetisiert wird. Diese Verdrängung des Magnetflusses wird durch die Wicklungen der ersten und zweiten Spulenfenster 210, 220 erreicht, sowie durch die Anordnung des inneren Rings 212 und des mittleren Rings 214, die von dem Jochring 230 verbunden werden. Der äußere Ring 216 dient diesbezüglich dem magnetischem Rückschluss für das Spulenfenster 220 und hat die gleiche Funktion wie der erste Magnetkern bzw. der innere Ring 212.
Bei Umkehrung der Bestromungsrichtung einer der Spulen kann auch eine Verstärkung des Magnetfeldes im mittleren Ring 214 und eine Abschwächung des Magnetfeldes in den Ringen 212 und 216 erreicht werden.
In der 3b ist eine alternative Ausführungsform der Hubmagnetenkombination von 3a dargestellt, wobei die in 3b dargestellte Ausführungsform ebenfalls ein erstes Spulenfenster 320, einen inneren Ring 312, einen mittleren Ring 314 und einen äußeren Ring 316 umfasst. Ein Jochring 330 ist an einer Axialseite der drei Ringe 312–316 angeordnet, um einen Magnetkreis zu schließen und um eine entsprechende Umverteilung der Sättigung zwischen den Ringen 312–316 zu erreichen. Eine Betätigungsseite, die axial entgegengesetzt zu dem Jochring 330 liegt, ist einem Betätigungselement (nicht dargestellt) zugewandt, wobei das Betätigungselement den magnetischen Kreis zwischen den Ringen 312–316 schließt. Im Unterschied zu der Ausführung von 3a umfasst die Ausführung von 3b einen Permanentmagneten 311, der in dem Fenster angeordnet ist, das zwischen dem mittleren Ring 314 und dem inneren Ring 312 liegt. Der Permanentmagnet ist in axialer Richtung magnetisiert, und weist beispielsweise einen Nordpol an der Axialseite auf, die dem Jochring 330 zugewandt ist, und hat ferner einen Südpol, der der Betätigungsseite zugewandt ist. Der Permanentmagnet 311 vermittelt eine „magnetische Vorspan nung", die durch die Koerzitivfeldstärke des Permanentmagneten erreicht wird. Durch geeignete Polung, bezogen auf den Wicklungssinn, kann die Wicklung in dem Wicklungsfenster bzw. Spulenfenster 320 einen magnetischen Fluss erzeugen, der innerhalb des mittleren Rings 314 dem Fluss entgegengesetzt ist, der von dem Permanentmagneten 312 erzeugt wird. In gleicher Weise addieren sich allerdings für den inneren Ring 312 und für den äußeren Ring 316 die magnetischen Flusskomponenten des Permanentmagneten 312 und der Wicklung in dem Spulenfenster 320, so dass sich die erfindungsgemäße Flussverteilung ergibt. Mit anderen Worten verdrängt der Permanentmagnet, zusammen mit dem Fluss der Wicklung in dem Spulenfenster 320 eine Magnetisierung aus dem inneren Ring 314 in den äußeren Ring 316 und gleichermaßen in den inneren Ring 312, so dass die verschiedenen Funktionen vorgesehen werden können. Prinzipiell ist auch eine Umkehrung möglich, wie vorstehend dargelegt. Durch die geringe Magnetisierung stören Einflüsse durch Schlitze u. Ä. den Magnetfluss nur wenig. Aufgrund der geringen Magnetisierung liegt die Maximalsättigung in den „gestörten" Gebieten deutlich unter einem Niveau, ab dem der Wirkungsgrad der Magnetkrafterzeugung deutlich reduziert ist. Wie bereits bemerkt, umfassen diese verschiedenen Funktionen für den mittleren Ring 314 bzw. entsprechende Bereiche des Betätigungselementes gute hydraulische Eigenschaften, die durch Bohrungen oder Schlitzungen erreicht werden, und umfassen für den inneren Ring 312 und den äußeren Ring 316 eine Bündelung der Magnetkraft, um mit einer hohen Feldstärke das Betätigungselement mit einer Magnetkraft zu beaufschlagen.
Die Querschnittsform des Jochrings wird vorzugsweise so ausgewählt, dass sich eine ähnliche Sättigung wie in den Ringen 312–316 (gemittelt) ergibt. Daher wird der Jochring mit einer axialen Breite vorgesehen, die ungefähr dem einfachen, dem 1,2-fachen, dem 1,5-fachem oder dem 2-fachen der radialen Breite des inneren Rings 312, des mittleren Rings 314 oder des äußeren Rings 316 entspricht. Vorzugsweise sind der innere Ring 312 und der äußere Ring 316 mit dem gleichen Querschnitt ausgebildet. Ferner kann der mittlere Ring 314 den gleichen Querschnitt wie die Ringe 312, 316 aufweisen. Als Querschnitt soll hier die Querschnittsfläche bzw. die Querschnittsform gelten, wobei, wenn verschiedene Materialien verwendet werden, verschiedene Querschnitte den gleichen magnetischen Kopplungsgrad vorsehen können.
In den 4a–4b werden erfindungsgemäße Ansteuerungssignale der Erfindung dargestellt.
Erfindungsgemäß wird während der ersten Phase T₁ nur ein erster Hubmagnet mit Strom, d. h. mit Gleichstrom oder einem Wechselstrom mit konstanter Wirkleistung beaufschlagt, d. h. S₁, während ein zweiter Hubmagnet stromlos bleibt (vgl. S₂, 4b). Während der zweiten Phase T₂ werden beide Hubmagnete mit Strom versorgt, d. h. die Signale S₁ und S₂ haben einen Wert größer null. Dadurch, dass die Wirkung der beiden Hubmagnete addiert wird, ergibt sich somit eine höhere Gesamtwirkungskraft.
Alternativ kann während einer ersten Phase eine höhere Kraft erzeugt werden, indem sowohl S₂ als auch S₃ einen Wert größer null annehmen, wohingegen in der zweiten Phase eine geringere Kraft erzeugt werden soll, indem nur eines der Signale S₂ bzw. S₃ größer null ist.
Die Signale S₁ und S₂ stehen beispielsweise für eine angelegte Spannung, beispielsweise Gleichspannung oder Wechselspannung, mit konstanter Spitzenamplitude, die proportional zu der dargestellten Signalamplitude ist.
5 sind Verläufe von Ansteuersignalen eines Kfz-Steuergerätes zu entnehmen.
Aus der Darstellung gemäß 5 geht hervor, dass zur Einleitung einer Öffnungsphase a der Magnetventilstrom I_M stark ansteigt und während einer Anzugsstromphase b beibehalten wird. An die Anzugsstromphase b schließt sich ein Übergang c zu einer Haltestromphase d an, während der ein niedriger Magnetventilstrom I_M gehalten wird. e bezeichnet die Abschaltphase, in welcher der Magnetventilstrom I_M im Wesentlichen auf den Wert zurück fällt, den er vor Beginn der Öffnungsphase a hatte. Parallel zum Verlauf des Magnetventilstroms I_M verläuft ein Magnetventil h_M. Der Magnetventil h_M steigt insbesondere während der Anzugsstromphase b an und verbleibt während der sich daran anschließenden Haltestromphase d auf einem hohen Niveau, d. h. das Magnetventil steht geöffnet. Nach der Abschaltphase e nimmt der Magnetventilhub h_M wieder ab. Proportional zum Magnetventilhub h_M verläuft die Einspritzmenge Q, die durch den offen stehenden Ventilsitz über mindestens eine Einspritzöffnung in den Brennraum der Verbrennungskraftmaschine eingespritzt wird. Die Einspritzmenge ist durch Q bezeichnet. Sowohl der Verlauf des Magnetventilstroms I_M als auch der Verlauf des Nadelhubes h_M sowie die Einspritzmenge Q sind jeweils über die Zeit aufgetragen.

Claims

Hubmagnetenkombination mit einem beweglichen Betätigungselement (250), auf das ein erster Hubmagnet (210, 212, 214) kraftübertragend wirkt, wobei die Hubmagnetenkombination mindestens einen zweiten Hubmagneten aufweist, wobei die von dem ersten und dem mindestens einen zweiten Hubmagneten (220, 214, 216) erzeugten Magnetkräfte auf das gleiche Betätigungselement wirken.
Hubmagnetenkombination nach Anspruch 1, wobei die von dem ersten und dem mindestens einen zweiten Hubmagneten (210–220) erzeugten Magnetfelder mittels eines Jochs (230) kombiniert werden.
Hubmagnetenkombination nach Anspruch 1 oder 2, wobei der erste (210, 212, 214) und der mindestens eine zweite Hubmagnet (220, 214, 216) getrennt voneinander mit Strom versorgt werden.
Hubmagnetenkombination nach Anspruch 1 oder 2, wobei mindestens einer der Hubmagnete der Hubmagnetenkombination mindestens einen Permanentmagneten (311) umfasst, dessen Magnetkraft auf das gleiche Betätigungselement (250) wie die anderen Hubmagnete der Hubmagnetenkombination wirkt.
Hubmagnetenkombination nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Betätigungselement (250) ein Anker eines für einen Verbrennungsmotor geeigneten elektromagnetischen Einspritzventils oder eines für einen Verbrennungsmotor geeigneten Injektors ist oder mit diesem kraftübertragend verbunden ist.
Hubmagnetenkombination nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der erste Hubmagnet eine Wicklung (210) umfasst, die einen ersten Magnetkern (212) umgreift, und der mindestens eine zweite Hubmagnet eine Wicklung (220) umfasst, die einen zweiten Magnetkern (214) umgreift, wobei der erste Magnetkern über ein Joch (230) mit dem zweiten Magnetkern verbunden ist.
Hubmagnetenkombination nach Anspruch 6, wobei der erste Magnetkern und der zweite Magnetkern mindestens zwei zueinander konzentrische Ringe (212, 214, 216) umfasst, und das Joch einen Jochring (230) umfasst, der die mindestens zwei zueinander konzentrischen Ringe an einer Axialseite (270) der Ringe miteinander verbindet.
Hubmagnetenkombination nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der erste Hubmagnet eine Wicklung (210) umfasst, die mit einer Wicklung (220) des zweiten Hubmagneten parallel, antiparallel, seriell, antiseriell verbunden ist oder die separat voneinander beschaltet sind.
Steuereinrichtung für eine Hubmagnetkombination nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der erste Hubmagnet eine erste Wicklung und der mindestens eine zweite Hubmagnet eine zweite Wicklung umfasst, deren Magnetkraftwirkung kombiniert auf das Betätigungselement wirkt, wobei die Steuereinrichtung einen ersten Ausgang zur Abgabe eines ersten Steuersignals an die erste Wicklung und einen zweiten Ausgang zur Abgabe eines zweiten Steuersignals an die zweite Wicklung sowie eine Zeitsteuerung umfasst, die das zweite Steuersignal um eine einstellbare oder vorbestimmte Zeitdauer gegenüber dem ersten Steuersignal verzögert.
Steuereinrichtung nach Anspruch 9, die einen Eingang für ein Zündsignal aufweist, und die eingerichtet ist, das erste Steuersignal aufgrund eines empfangenen Zündsignals unmittelbar auszugeben, und eingerichtet ist, das zweite Steuersignal aufgrund des empfangenen Zündsignals um die Zeitdauer verzögert auszugeben, wobei die Steuereinrichtung eine Anpassungsschaltung umfasst, die die Zeitdauer zwischen einer positiven und einer negativen Flanke des Zündsignals auf den Flankenverlauf des ersten und des zweiten Steuersignals überträgt, die Zeitdauer zwischen einer positiven und einer negativen Flanke des ersten Steuersignals auf den Flankenverlauf des zweiten Zündsignals gemäß der Verzögerung überträgt, und/oder eine einstellbare oder vordefinierbare Impulsdauer für das erste Steuersignal und/oder für das zweite Steuersignal vorsieht, während der das erste bzw. zweite Steuersignal auf einem aktiven Pegel ist.