DE102008001044A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Steuern eines Aktuators, Computerprogramm - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Steuern eines Aktuators, Computerprogramm Download PDF

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Juergen Graner
Udo Sieber
Walter Maeurer
Harald Lang
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    • F02D2041/2024Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils characterised by the control of the circuit the control switching a load after time-on and time-off pulses
    • F02D2041/2027Control of the current by pulse width modulation or duty cycle control

Abstract

Die Erfindung betrifft unter anderem ein Verfahren zum Steuern eines Aktuators, der eine Spule (21), einen ersten Anker (22) und einen zweiten Anker (23a) umfasst, wobei die Spule (21) wahlweise mit einem ersten Signal oder einem zweiten Signal elektrisch angesteuert wird, wobei vorgeschlagen wird, dass das erste Signal derart ist, dass bei einer Ansteuerung mit dem ersten Signal nur der erste Anker (22) betätigt wird und dass das zweite Signal derart ist, dass bei einer Ansteuerung mit dem zweiten Signal der erste Anker (22) und der zweite Anker (23a) betätigt werden.

Description

  • Stand der Technik
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Aktuators, der eine Spule, einen ersten Anker und einen zweiten Anker umfasst, wobei die Spule wahlweise mit einem ersten Signal oder einem zweiten Signal elektrisch angesteuert wird, eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens und ein Computerprogramm mit Programmcode zur Durchführung aller Schritte eines solchen Verfahrens.
  • Bei Aktuatoren besteht die Möglichkeit, eine Spule und zwei Anker vorzusehen, welche beide durch die Spule betätigt werden können. Auf diese Weise können zwei Steller betätigt werden, indem lediglich die eine Spule bestromt wird. So ist es möglich, einen Aktuator zu verwenden, um beispielsweise mit dem einen Aktuator und der genau einen Spule einen Luftsteller und eine Kraftstoffpumpe einer Einspritzvorrichtung zu betätigen. Dies ist insbesondere bei dem Erfordernis einer kompakten Bauform der Einspritzvorrichtung vorteilhaft.
  • Nachteilig ist allerdings, dass bei Bestromung der einen Spule in der Regel beide Anker gleichzeitig betätigt werden, so dass es nicht möglich ist, einen Anker alleine unabhängig von einer Betätigung des anderen zu betätigen, so dass lediglich einer der beiden mit dem Aktuator verbundenen Steller bewegt wird.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Eine Aufgabe der Erfindung ist es, bekannte Verfahren zum Steuern eines Aktuators mit einer Spule und einem ersten Anker und einem zweiten Anker zu verbessern, wo bei insbesondere eine Betätigung eines Ankers unabhängig von einer Betätigung des zweiten Ankers möglich sein soll.
  • Dieses Problem wird gelöst durch ein Verfahren zum Steuern eines Aktuators, der eine Spule, einen ersten Anker und einen zweiten Anker umfasst, wobei die Spule wahlweise mit einem ersten Signal oder einem zweiten Signal elektrisch angesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Signal derart ist, dass bei einer Ansteuerung mit dem ersten Signal nur der erste Anker betätigt wird und dass das zweite Signal derart ist, dass bei einer Ansteuerung mit dem zweiten Signal der erste Anker und der zweite Anker betätigt werden. Dabei ist der Ausdruck „eine Spule” vorzugsweise so zu verstehen, dass genau ein unabhängiger Spulenstromkreis vorhanden ist. Die Spule kann aus mehreren Einzelspulen bestehen, wobei jedoch diese Einzelspulen nicht unabhängig voneinander ansteuerbar sind. Vorteilhaft auf Grund einfachen Aufbaus ist es, wenn lediglich ein Spulenstromkreis zum Aufbau eines Magnetfeldes zur Betätigung des ersten Ankers und des zweiten Ankers zur Verfügung steht. Demgegenüber ist die Anzahl der Anker nicht begrenzt, so dass auch ein dritter Anker von dem Aktuator umfasst sein kann, wobei der dritte Anker ebenfalls durch eine Bestrodung der Spule betätigbar ist. Die Möglichkeit des Vorhandenseins eines dritten oder gar vierten oder weiterer Anker gilt allgemein für die Erfindung, so dass auch ohne besondere Hervorhebung alle in der Anmeldung in Bezug auf die Anker genannten Merkmale auch auf eine größere Anzahl von Ankern analog anwendbar ist. Weiterhin ist durch die Erfindung umfasst, dass ein Satz erster Anker und/oder ein Satz zweiter Anker vorhanden sind, also mehrere erste Anker oder mehrere zweite Anker. Dies gilt entsprechend für dritte oder mehr Anker.
  • Vorzugsweise ist der Aktuator derart aufgebaut, dass zu einer Betätigung des ersten Ankers eine geringere elektrische Energie über die Spule aufgewendet werden muss, als zu einer Betätigung des zweiten Ankers. Energie ist dabei vorzugsweise allgemein zu verstehen, so dass auch die elektrische Leistung darunter fällt, wobei entscheidend ist, dass zur Betätigung des zweiten Ankers mehr Leistung oder Energie aufzuwenden ist als zur Betätigung nur des ersten Ankers. Dieses Merkmal ist analog auf einen dritten Anker ausweitbar, dabei würde zu einer Betätigung des dritten Ankers vorzugsweise eine höhere elektrische Energie über die Spule aufzuwenden sein als zu einer Betätigung des ersten Ankers und des zweiten Ankers. Zusätzlich können, wie oben angemerkt, mehrere erste, zweite oder dritte Anker vorgesehen sein, die jeweils bei einem bestimmten aufzuwendenden Energieniveau durch die Spule bewegt werden können.
  • Vorzugsweise ist am ersten Anker ein erster Arbeitsspalt und am zweiten Anker ein gegenüber dem ersten Arbeitsspalt verschiedener zweiter Arbeitsspalt vorgesehen. Vorzugsweise ist der zweite Arbeitsspalt größer. Auf diese Weise wird erreicht, dass die Magnetkreise durch die Spule und den jeweiligen Anker unterschiedlich sind, so dass die bei einer Bestromung der Spule auf die Anker ausgeübten Kräfte unterschiedlich sind. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass bei einer Ansteuerung der Spule entweder mit dem ersten Signal oder mit dem zweiten Signal entweder nur der erste Anker bewegt wird oder beide Anker bewegt werden. Dabei führt ein größerer Arbeitsspalt bei einem der beiden Anker und ansonsten gleichen oder symmetrischen konstruktiven Randbedingungen dazu, dass für eine Bewegung dieses Ankers eine höhere elektrische Energie eingesetzt werden muss.
  • Vorzugsweise umfasst der Aktuator ein erstes Rückstellelement für den ersten Anker und ein zweites Rückstellelement für den zweiten Anker, wobei das erste und das zweite Rückstellelement unterschiedliche Federkonstanten aufweisen. Vorzugsweise ist die Federkonstante des zweiten Rückstellelements des zweiten Ankers größer. Auf diese Weise wird erreicht, dass zur Betätigung des zweiten Ankers eine höhere elektrische Energie bzw. Leistung über die Spule aufgewendet werden muss. Auf diese Weise kann durch eine geeignete Ausgestaltung des ersten Signals und des zweiten Signals erreicht werden, dass je nach Ansteuerung der Spule mit dem ersten Signal oder mit dem zweiten Signal nur der erste Anker betätigt wird oder beide Anker betätigt werden.
  • Vorzugsweise sind das erste Signal und das zweite Signal derart ausgestaltet, dass es bei einer Ansteuerung der Spule mit dem ersten Signal zu einer geringeren Energieaufnahme der Spule gegenüber einer Ansteuerung der Spule mit dem zweiten Signal kommt. Auf diese Weise wird erreicht, dass je nach Wahl des ersten Signals oder des zweiten Signals eine unterschiedliche Kraft auf die Anker ausgeübt wird.
  • Vorzugsweise sind das erste Signal und das zweite Signal pulsweitenmoduliert, wobei die Pulsweite des ersten Signals kleiner ist als die Pulsweite des zweiten Signals. Auf diese Weise wird erreicht, dass je nach Ansteuerung mit dem ersten Signal oder mit dem zweiten Signal ein unterschiedliches Maß an elektrischer Energie der Spule zugeführt wird und dementsprechend ein unterschiedlich starkes Magnetfeld durch die Spule zur Betätigung der Anker aufgebaut wird. Die Pulsweitenmodulation (PWM) erfolgt dabei vorzugsweise durch Modulation eines Signals mit konstanter maximaler Spannung. Dies macht die Ansteuerelektronik besonders einfach und ausfallsicher.
  • Vorzugsweise umfassen das erste Signal und das zweite Signal jeweils einen Impuls mit einer gleichen Spannung oder einem gleichen Strom für eine einmalige Betätigung zumindest des ersten Ankers, wobei die Dauer des Impulses des ersten Signals größer ist als die Dauer des Impulses des zweiten Signals. Im Gegensatz zu einer pulsweitenmodulierten Ansteuerung wird bei dieser Ansteuerung ein einziger Impuls verwendet, um den ersten Anker oder den ersten Anker und den zweiten Anker zu betätigen. Dabei wird lediglich die Dauer des Impulses bei dem zweiten Signal gegenüber dem ersten Signal variiert. Durch einen längeren Impuls ist es möglich, der Spule mehr Energie zuzuführen. Der Impuls weist im Wesentlichen eine gleiche Spannung oder im Wesentlichen einen gleichen Strom auf, d. h. dass der Impuls im Wesentlichen rechteckförmig ist. Es ist jedoch auch möglich, dass der Impuls an einer Flanke oder an beiden Flanken abgeflacht ist, um Leistungsspitzen in der Ansteuerungselektronik zu vermeiden.
  • Vorzugsweise umfassen das erste Signal und das zweite Signal jeweils einen Impuls für eine einmalige Betätigung zumindest des ersten Ankers, wobei die Stromstärke des Impulses des ersten Signals geringer ist als die Stromstärke des Impulses des zweiten Signals. Auf diese Weise wird durch eine einfache Stromregelung erreicht, dass das erste Signal und das zweite Signal zu einer unterschiedlichen Magnetkraft führen, so dass es möglich ist, mit dem ersten Signal lediglich den ersten Anker zu betätigen und mit dem zweiten Signal den ersten Anker und den zweiten Anker zu betätigen. Für alle dargestellten Ausgestaltungen des Signals mit Pulsweitenmodulation, unterschiedlicher Dauer eines Impulses oder einer unterschiedlichen Stromstärke eines Impulses, der von einer festgelegten Dauer oder von einer variablen Dauer sein kann, gilt wie allgemein in dieser Anmeldung, dass diese Merkmale auch analog an wendbar sind bei drei oder mehr Ankern, welche zumindest teilweise voneinander unabhängig ansteuerbar sein sollen.
  • Vorzugsweise ist der Aktuator Teil einer Einspritzvorrichtung. Vorzugsweise ist der der erste Anker einem Luftsteller und/oder der zweite Anker einer Kraftstoffpumpe zugeordnet. Die Einspritzvorrichtung ist vorzugsweise eine Einspritzvorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit lediglich einem oder lediglich zwei Brennräumen, wie sie beispielsweise bei Krafträdern eingesetzt werden. Auf diese Weise wird eine kompakte Einspritzvorrichtung erreicht, die wenig Bauraum innerhalb des Zweirades einnimmt.
  • Ein weiterer unabhängiger Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung, insbesondere ein Steuergerät oder eine Brennkraftmaschine, die zur Durchführung eines Verfahrens in einer der oben beschriebenen Ausgestaltungen eingerichtet ist.
  • Ein Computerprogramm mit Programmcode zur Durchführung eines solchen Verfahrens, wenn das Programm in einem Computer ausgeführt wird, stellt einen weiteren unabhängigen Gegenstand der Erfindung dar.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
  • 1 eine schematische Ansicht eines Kleinmotors mit einer Einspritzvorrichtung, die mit einem erfindungsgemäßen Verfahren betreibbar ist,
  • 2 eine schematische Ansicht der Einspritzvorrichtung der 1,
  • 3 schematisch ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
  • 4a, b, c schematisch den Verlauf von Ansteuersignalen gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
  • 5a, b, c schematisch den Verlauf von Ansteuersignalen gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,
  • 6a, b, c schematisch den Verlauf von Ansteuersignalen gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, und
  • 7a, b, c schematisch den Verlauf von Ansteuersignalen gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
  • Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
  • Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 1 und 2 eine Brennkraftmaschine bzw. ein Kleinmotor 1 mit einer Einspritzvorrichtung beschrieben, die bzw. der mit einem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben werden kann. Dabei ist zu berücksichtigen, dass die in den 1 und 2 gezeigte Anwendung lediglich eine mögliche Vorrichtung zeigt, mit welcher ein erfindungsgemäßes Verfahren angewendet werden kann. Insbesondere ist es möglich, das erfindungsgemäße Verfahren auch bei anderen Stellern oder Einspritzvorrichtungen zu verwenden, welche einen Aktuator mit einer Spule und mindestens zwei Ankern umfassen. Allgemein ist die Erfindung bei Aktuatoren mit einer Spule, welche einen ersten und einen zweiten und gegebenenfalls weitere Anker betätigt, vorteilhaft anwendbar.
  • 1 zeigt schematisch den Aufbau des Kleinmotors 1, der ein Einspritzmodul 2, einen Brennraum bzw. einen Zylinder 3, einen darin verschieblichen Kolben 4, ein Steuergerät 5 und einen Tank 6 umfasst. Der Tank 6 ist über eine Kraftstoffzuleitung 6a mit dem Einspritzmodul 2 verbunden. Von dem Einspritzmodul 2 führt eine Kraftstoffrückleitung 6b zum Tank 6 zur Rückführung überschüssigen Kraftstoffs. Wie aus der 1 schematisch ersichtlich ist, ist der Tank 6 über dem Einspritzmodul 2 angeordnet, so dass Kraftstoff durch die Kraftstoffleitung 6a ohne die Notwendigkeit einer Pumpe lediglich aufgrund der Schwerkraft zum Einspritzmodul 2 gelangt.
  • Weiterhin umfasst der Kleinmotor 1 eine Drosselklappe 7, welche die Luftzufuhr in ein Saugrohr 8 beeinflusst. Am Zylinder 3 sind außerdem eine Zündkerze 9, ein Einlassventil 10 und ein Auslassventil 11 angeordnet. Über eine Bypassleitung 12 kann Luft vom Saugrohr 8 stromaufwärts der Drosselklappe abgezweigt werden und zu einem in dem Einspritzmodul 2 integrierten Luftsteller geführt werden. Das stromabwärts gelegene Ende oder der Auslass der Bypassleitung 12 ist unmittelbar benachbart zu einem Injektor des Einspritzmoduls 2 angeordnet. Stromabwärts des Auslassventils 11 ist eine Abgasleitung 13 angeordnet, die über einen Sauerstoffsensor 14 verfügt. Neben dem Sauerstoffsensor 14 ist an dem Steuergerät 5 weiterhin ein Kühlwassersensor 15, ein Öltemperatursensor 16 und ein Drosselklappenpositionssensor 17 verbunden. Außerdem ist das Steuergerät mit einem in Saugrohr 8 angeordneten Temperaturfühler und einem im Saugrohr 8 angeordneten Drucksensor verbunden.
  • Das Einspritzmodul 2 wird im Folgenden im Zusammenhang mit der 2 genauer beschrieben. Das Einspritzmodul 2 kann mit einer Kraftstoffpumpe 20a, dem Druckregler 20b, dem Injektor 20c und dem Luftsteller 20d besonders kompakt aufgebaut werden. Es ist besonders für den Einsatz in Zweirädern oder Rasenmähern oder in ähnlichen Maschinen interessant. Die Erfindung ist jedoch keinesfalls auf die Steuerung von solchen Einspritzmodulen oder Einspritzvorrichtungen beschränkt.
  • Im Zusammenhang mit der Erfindung ist besonders hervorzuheben, dass ein gemeinsamer Aktuator die Kraftstoffpumpe 20a und den Luftsteller 20d betätigt. Hierzu umfasst der gemeinsame Aktuator eine Spule 21, einen ersten Anker 22 und einen zweiten Anker 23a. Der erste Anker 22 ist mit dem Luftsteller 20d verbunden, der ein Ventilglied 22a umfasst, das an einem Ventilsitz 12a der Bypassleitung 12 dieselbe freigeben oder verschließen kann. Der ersten Anker 22 wird bei abgeschalteter Spule durch eine Rückstellfeder 28 gehalten. Der zweite Anker 23a betätigt die Kraftstoffpumpe 20a, wobei der zweite Anker 23a integral mit dem Kolben 23 der Kraftstoffpumpe 20a ausgeführt ist. Am zweiten Anker 23a stützt sich eine zweite Rückstellfeder 24 ab. Die zweite Rückstellfeder 24 stellt dabei ein zweites Rückstellelement für die Rückstellung des zweiten Ankers 23a dar. Ebenso stellt die erste Rückstellfeder 28 das erste Rückstellelement für den ersten Anker 22 dar. Weiterhin umfasst das Einspritzmodul 2 ein mehrteiliges Gehäuse 25, umfassend ein erstes Gehäuseteil 25a, ein zweites Gehäuseteil 25b, ein drittes Gehäuseteil 25c und ein viertes Gehäuseteil 25d. Das vierte Gehäuseteil 25d ist zwischen der Kraftstoffpumpe 20a und dem Luftsteller 20d angeordnet und weist eine im Wesentlichen topfförmige Form und an einem inneren Bodenbereich zusätzlich einen Anschlag 26 auf. Der Anschlag 26 ist fest am inneren Boden des vierten Gehäuseteils 25d befestigt und dient als Anschlag für den zweiten Anker 23a. Die erste Rückstellfeder 28 ist an einer äußeren Grundfläche des vierten Gehäuseteils 25d angeordnet und stützt sich dort ab. Auf diese Weise ist das vierte Gehäuseteil 25d innerhalb der Spule 21 ortsfest angeordnet und über eine Hülse 34 mit dem zweiten Gehäuseteil 25b verbunden. In dem zweiten Gehäuseteil 25b sind Anschlüsse für die Kraftstoffzuleitung 6a sowie für die Kraftstoffrückleitung 6b angeordnet, wobei die Kraftstoffzuleitung 6a in einen Ansaugbereich 32 mündet und die Kraftstoffrückleitung 6b Kraftstoff aus einem Rücklaufbereich 33, 40 abführt.
  • Der dritte Gehäuseteil 25c ist ebenfalls im Wesentlichen topfförmig ausgebildet und bildet einen Teil der Kraftstoffpumpe 20a, wobei der dritte Gehäuseteil 25c eine Pumpkammer 27 definiert, in der ein erstes Rückschlagventil 29, ein zweites Rückschlagventil 30 und ein drittes Rückschlagventil 31 angeordnet sind. Das erste Rückschlagventil 29 verwendet den Ansaugbereich 32 mit der Pumpkammer 27, das zweite Rückschlagventil 30 verbindet die Pumpkammer mit einer Kammer in dem Injektor 20c und das dritte Rückschlagventil verbindet die Pumpkammer 27 mit dem Rücklaufbereich 33 und bildet so den Druckregler 20b aus, dessen Aufgabe es ist, einen gegebenenfalls in der Pumpkammer 27 entstehenden Überdruck abzubauen. Das zweite Rückschlagventil 30 ist aufgebaut, so dass es sich bei einem vorbestimmten Druck in der Pumpkammer 27 öffnet, um Kraftstoff zum Injektor 20c zu leiten. Der Injektor 20c öffnet bei einem vorbestimmten Druck gegen eine Rückstellkraft einer Feder und spritzt dabei Kraftstoff in das Saugrohr 8 ein. Dem ersten Anker 22 ist ein erster Arbeitsspalt S1 und dem zweiten Anker 23a ein zweiter Arbeitsspalt S2 zugeordnet. Der erste Arbeitsspalt S1 wird durch eine zwischen einem Gehäuse des Luftstellers 20d und dem Gehäusebauteil 25d angeordneten Unterlegscheibe 35 definiert. An der Innenseiten der Unterlegscheibe 35 ist eine O-Ring-Dichtung 36 vorgesehen, welche den Luftsteller 20d abdichtet.
  • Im Nachfolgenden wird die Arbeitsweise des Einspritzmoduls 2 dargestellt. Die Ansaugphase der Kraftstoffpumpe 20a ist dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Rückstellelement 24 den zweiten Anker 23a verschiebt, wobei das erste Rückschlagventil 29 geöffnet wird und das zweite und das dritte Rückschlagventil 30 und 31 geschlossen werden, so dass Kraftstoff in die Pumpkammer 27 strömt. Anschließend erfolgt mit einer Bestromung der Spule 21 eine Betätigung des Ankers 23a entgegen der Kraft des zweiten Rückstellelements 24 in Richtung des Pfeiles A. Durch den in der Pumpkammer 27 aufgebauten Druck schließt das erste Rückschlagventil 29. Ab einem bestimmten Druck in der Pumpkammer 27 öffnet das zweite Rückschlagventil 30, so dass Kraftstoff zum Injektor 20c strömt und von dort eingespritzt werden kann. Gleichzeitig wird durch die Bestromung der Spule 21 der erste Anker 22 betätigt, so dass der Luftsteller 20d öffnet. Dabei strömt Luft durch die Bypassleitung 12.
  • Um auch in Phasen, bei denen nicht eine Betätigung des zweiten Ankers 23a gewünscht ist, eine Öffnung des Luftstellers 20d zu erreichen, wird das nachfolgend beschriebene erfindungsgemäße Verfahren angewendet. Eine solche Betriebsweise kann zur Verbrauchs- oder Leistungs-Optimierung eingesetzt werden. Ein weiteres Ziel für eine solche Maßnahme kann eine Verringerung von Schadstoffen im Abgas sein.
  • In der 3 ist eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt, wobei lediglich die Ansteuerung der Spule 21 durch das Steuergerät 5 gezeigt ist. Allgemein wird bei der Beschreibung der 3 bis 7 auf die Beschreibung der 1 und 2 Bezug genommen. In der Regel steuert das Steuergerät 5 weitaus mehr Vorgänge des Einspritzmoduls 2 als die hier besonders hervorgehobene erfindungsgemäße Ansteuerung der Spule 21.
  • Der erfindungsgemäße Verfahrensabschnitt beginnt mit einem Schritt 51. Anschließend wird in einem Schritt 52 ermittelt, ob die Kraftstoffpumpe 20a und der Luftsteller 20d betätigt werden sollen oder ob lediglich der Luftsteller 20d betätigt werden soll, beispielsweise weil keine Zuführung von zusätzlichem Kraftstoff in das Saugrohr 8 erwünscht ist. Eine solche Vorgabe wird durch andere Routinen des Steuergeräts 5 vorgegeben. Ist eine Ansteuerung lediglich des Luftstellers 20d vorgesehen, so springt das Verfahren nach dem Schritt 52 zu einem Schritt 53, in dem die Spule 21 mit einem ersten Signal elektrisch angesteuert wird. Dabei wird die Spule 21 so bestromt, dass lediglich der erste Anker 22 betätigt wird. Dabei nutzt das erfindungsgemäße Verfahren den Aufbau der Einspritzvorrichtung, insbesondere den konstruktiven Aufbau im Zusammenhang mit den beiden Ankern und der Lagerung der Anker aus. So ist für eine Betätigung des ersten Ankers 22 eine geringere magnetische Energie bzw. Magnetkraft notwendig als zur Betätigung des zweiten Ankers 23a. Dies wird erreicht, da der Luftspalt S1 kleiner ist als der Luftspalt S2 und außerdem die Federkonstante der ersten Rückstellfeder 28 kleiner ist als die Federkonstante der zweiten Rückstellfeder 24. Auf diese Weise wird ermöglicht, dass mit einem für die Betätigung des ersten Ankers 22 ausreichenden aber für eine Betätigung des zweiten Ankers 23a nicht ausreichenden Signals eine Betätigung lediglich des ersten Ankers 22 erreicht wird. Dabei bedeutet „ausreichend” oder „nicht ausreichend” dass die durch die Ansteuerung der Spule 21 mit dem ersten Signal aufgebaute Magnetkraft ausreicht oder eben nicht ausreicht, um den jeweiligen Anker zu betätigen.
  • Stellt das Verfahren im Schritt 52 hingegen fest, dass eine Betätigung sowohl des Luftstellers 20d als auch der Kraftstoffpumpe 20a gefordert ist, so springt das Verfahren zu einem Schritt 54, in welchem die Spule 21 mit einem zweiten Signal elektrisch angesteuert wird, das zu einer höheren Magnetkraft der Spule 21 führt, so dass der erste Anker 22 und der zweite Anker 23a betätigt werden. Zu möglichen typischen, erfindungsgemäßen Ausgestaltungen des ersten Signals und des zweiten Signals wird auf die Beschreibungen im Zusammenhang mit den 3 bis 7 verwiesen. Dabei sind verschiedene Möglichkeiten denkbar, mit denen erreicht wird, dass durch die Spule 21 bei Ansteuerung mit dem ersten Signal ein magnetisches Feld aufgebaut wird, durch welches lediglich der erste Anker 22 betätigt wird, und bei Ansteuerung mit dem zweiten Signal ein magnetisches Feld durch die Spule 21 aufgebaut wird, das eine Betätigung des ersten Ankers 22 und des zweiten Ankers 23a bewirkt. Der in 3 dargestellte Verfahrensabschnitt endet in einem Schritt 55, in welchem das Steuerverfahren des Steuergeräts 5 wieder in eine übergeordnete Routine zurückspringt.
  • In der 4a ist eine Signalfolge dargestellt, mit welcher die Spule 21 erfindungsgemäß angesteuert wird. Das in der 4a dargestellte Signal ist ein Pulsweitenmoduliertes Signal. Das Signal der 4a umfasst Impulse mit lediglich zwei definierten Pulsweiten, nämlich W1 und W2. In der 4b ist ein Detail des Signals der 4a einzeln dargestellt, wobei in der 4b eine Ansteuerung der Spule 21 mit einem Pulsweitenmodulierten Signal mit der Pulsweite W1 dargestellt ist. In der 4c ist ein anderes Detail des Signals der 4a dargestellt, wobei in der 4c ein Pulsweitenmoduliertes Signal mit einer gegenüber der Pulsweite W1 breiteren Pulsweite W2 dargestellt ist. Dies führt dazu, dass bei einer Ansteuerung mit dem Signal der 4c der Spule 21 mehr elektrische Energie zugeführt wird im Vergleich zu einer Ansteue rung mit dem in der 4b gezeigten Signal, so dass durch die Spule 21 eine größere Magnetkraft aufgebaut wird. Auf diese Weise wird bewirkt, dass bei einer Ansteuerung der Spule 21 mit einem Signal entsprechend der 4b lediglich der erste Anker 22 betätigt wird und bei einer Ansteuerung der Spule 21 mit einem Signal entsprechend der 4c der erste Anker 22 und der zweite Anker 23a betätigt werden. Das in der 4a dargestellte Signal bewirkt eine Folge von Betätigungen beider Anker 22 und 23a, wobei zu Beginn kein Anker betätigt wird, nachfolgend lediglich der erste Anker 22 betätigt wird, nachfolgend wiederum wieder kein Anker betätigt wird und darauf folgend beide Anker 22 und 23a betätigt werden. Nachfolgend wird die Spule 21 weiterhin mit verschiedenen Signalen angesteuert, die jedoch nicht näher erläutert werden, da sich die Wirkung aus dem bisher geschilderten analog ergibt.
  • Für den hier nicht dargestellten aber von der Erfindung umfassten Fall, dass der elektromagnetische Aktuator drei Anker umfasst, die durch eine Spule betätigt werden, sind weitere Differenzierungen möglich. So könnte in diesem Fall mit Impulsen mit einer Impulsweite = W1 nur ein erster Anker betätigt werden, Impulse mit einer Pulsweite gleich W2, wobei W2 wiederum größer W1, würde zu einer Betätigung des ersten Ankers und eines zweiten Ankers und eventuell eines dritten Ankers führen. Alternativ könnte auch vorgesehen sein, dass eine Ansteuerung mit einer Impulsweise größer W2, d. h. mit einer Impulsweite gleich W3 größer W2 eine Betätigung des ersten Ankers und des zweiten Ankers und des dritten Ankers bewirken würde.
  • Die 5a zeigt ein weiteres erfindungsgemäßes Ansteuersignal. Das Signal besteht aus einer Sequenz von Impulsen mit konstanter Spannung, jedoch unterschiedlicher zeitlicher Impulsdauer. In den 5b und c sind zwei verschiedene Impulse mit verschiedener Impulsdauer gezeigt. Dabei ist in der 5b ein Impuls mit der Impulsdauer T1 gezeigt. In der 5c ist ein Impuls mit derselben Spannung aber mit einer längeren Zeitdauer T2 gezeigt. Bei der Ansteuerung der Spule 21 bewirkt eine Ansteuerung mit einem Impuls T1 entsprechend der Darstellung in der 5b eine Betätigung nur des ersten Ankers 22, wobei der zweite Anker 23a nicht betätigt wird. Bei einer längeren Impulsdauer als T1, so beispielsweise bei einer Impulsdauer T2 (5c) wird nicht nur der erste Anker 22 betätigt, vielmehr reicht die aufgebaute Magnetkraft auch aus, um den zweiten Anker 23a zu betätigen. In der 5a sind verschiedene Impulse mit verschiedener Impulsdauer dargestellt, wobei die kurzen Impulse (Dauer T1) nur zu einer Betätigung des ersten Ankers 22 führen und alle Impulse, die länger sind, zu einer Betätigung des ersten Ankers 22 und des zweiten Ankers 23a führen.
  • Wie oben im Zusammenhang mit den 4a, b und c beschrieben, ist es auch möglich, einen Aktuator mit einer Spule und drei Ankern mit einem Signal entsprechend der 5a differenziert anzusteuern. Dabei ist der besonders lange Impuls, der etwa in der Mitte der 5a dargestellt ist, geeignet, um eine noch größere Magnetkraft durch die Spule aufzubauen als dies durch einen Impuls mit der Impulsdauer T2 geschieht, um einen dritten Anker zusätzlich zu betätigen. Bei Vorhandensein eines dritten Ankers, der eine größere Magnetkraft zur Betätigung benötigt als der zweite Anker, kann mit der Ansteuerung eine Entscheidung darüber getroffen werden, ob der erste Anker alleine, der erste und der zweite Anker oder der erste Anker, der zweite Anker und der dritte Anker zusammen angesteuert werden sollen.
  • In den 6a, b und c ist eine Ansteuerung mit einer Sequenz von Impulsen konstanter Stromstärke aber unterschiedlicher zeitlicher Impulsdauer gezeigt. Wie im Zusammenhang mit den 5a, b und c beschrieben, bewirken auch diese unterschiedlichen Impulse unterschiedliche Ankerbetätigungen. Im Rahmen der Erfindung ist es möglich, dass Impulse einen vom idealen rechteckförmigen Verlauf abweichenden Verlauf aufweisen, beispielsweise wie in den 6a, b und c gezeigt wird, mit einem zu Beginn und Ende asymptotischen Verlauf. Dies gilt analog für die Impulse mit konstanter Spannung der 5a, b und c.
  • In den 7a, b und c sind Ansteuersignale gezeigt, bei denen Stromimpulse unterschiedlicher Stromstärke und eventuell auch unterschiedlicher zeitlicher Impulsdauer verwendet werden. So ist nicht nur eine Variation der Stromstärke oder der Impulsdauer möglich, die von der Spule 21 aufgebaute Magnetkraft kann auch durch eine Variation beider Größen, also der Stromstärke und der Impulsdauer variiert werden. Auf diese Weise ist ebenfalls eine Ansteuerung der Anker 22 und 23a derart möglich, dass nur der erste Anker 22 oder beide Anker 22 und 23a angesteuert werden.
  • Mit dem Signal, das in der 7a gezeigt ist, ist es außerdem möglich, auch einen Aktuator mit mehr als zwei Ankern, welche durch eine Spule betätigt werden, differenziert anzusteuern. Dabei wird wiederum analog zu dem Aufbau mit zwei Ankern ausge nützt, dass zur Ansteuerung verschiedener Anker verschiedene Magnetkräfte notwendig sind, soweit der Aktuator entsprechend konstruktiv ausgelegt ist. Wie bei allen Ausführungsformen kann auch bei dieser typischen Ausführungsform ein dritter Anker oder noch mehr Anker vorgesehen werden, welche analog erfindungsgemäß angesteuert werden.

Claims (11)

  1. Verfahren zum Steuern eines Aktuators, der eine Spule (21), einen ersten Anker (22) und einen zweiten Anker (23a) umfasst, wobei die Spule (21) wahlweise mit einem ersten Signal oder einem zweiten Signal elektrisch angesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Signal derart ist, dass bei einer Ansteuerung mit dem ersten Signal nur der erste Anker (22) betätigt wird und dass das zweite Signal derart ist, dass bei einer Ansteuerung mit dem zweiten Signal der erste Anker (22) und der zweite Anker (23a) betätigt werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator derart aufgebaut ist, dass zu einer Betätigung des ersten Ankers (22) eine geringere elektrische Energie über die Spule (21) aufgewendet werden muss als zu einer Betätigung des zweiten Ankers (23a).
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am ersten Anker (22) ein erster Arbeitsspalt (S1) und am zweiten Anker (23a) ein gegenüber dem ersten Arbeitsspalt (S1) verschiedener zweiter Arbeitsspalt (S2) vorgesehen sind.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator ein erstes Rückstellelement (28) für den ersten Anker (22) und ein zweites Rückstellelement (24) für den zweiten Anker (23a) umfasst, wobei das erste Rückstellelement (28) und das zweite Rückstellelement (24) unterschiedliche Federkonstanten aufweisen.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Signal und das zweite Signal derart ausgestaltet sind, dass es bei einer Ansteuerung der Spule (21) mit dem ersten Signal zu einer geringeren Ener gieaufnahme der Spule (21) gegenüber einer Ansteuerung der Spule (21) mit dem zweiten Signal kommt.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Signal und das zweite Signal Pulsweiten-moduliert sind, wobei die Pulsweite (W1) des ersten Signals kleiner ist als die Pulsweite (W2) des zweiten Signals.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Signal und das zweite Signal jeweils einen Impuls mit einer gleichen Spannung oder einem gleichen Strom für eine einmalige Betätigung zumindest des ersten Ankers (22) umfassen, wobei die Dauer (T1) des Impulses des ersten Signals kürzer ist als die Dauer (T2) des Impulses des zweiten Signals.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Signal und das zweite Signal jeweils einen Impuls für eine einmalige Betätigung zumindest des ersten Ankers (22) umfassen, wobei die Stromstärke (I1) des Impulses des ersten Signals geringer ist als die Stromstärke (12) des Impulses des zweiten Signals.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator Teil einer Einspritzvorrichtung ist, wobei der erste Anker (22) einem Luftsteller (20d) und der zweite Anker (23a) einer Kraftstoffpumpe (20a) zugeordnet ist.
  10. Vorrichtung, insbesondere Steuergerät (5) oder Brennkraftmaschine, die zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 eingerichtet ist.
  11. Computerprogramm mit Programmcode zur Durchführung aller Schritte nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wenn das Programm in einem Computer ausgeführt wird.
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