EP1187972A1 - Elektromagnetischer aktuator und verfahren zur justierung des elektromagnetischen aktuators - Google Patents

Elektromagnetischer aktuator und verfahren zur justierung des elektromagnetischen aktuators

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EP1187972A1
EP1187972A1 EP00942017A EP00942017A EP1187972A1 EP 1187972 A1 EP1187972 A1 EP 1187972A1 EP 00942017 A EP00942017 A EP 00942017A EP 00942017 A EP00942017 A EP 00942017A EP 1187972 A1 EP1187972 A1 EP 1187972A1
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EP
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springs
spring
armature
electromagnetic actuator
electromagnets
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Alexander Von Gaisberg
Dirk Strubel
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DaimlerChrysler AG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L9/00—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically
    • F01L9/20—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically by electric means
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F7/00—Magnets
    • H01F7/06—Electromagnets; Actuators including electromagnets
    • H01F7/08—Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
    • H01F7/13—Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures characterised by pulling-force characteristics
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F7/00—Magnets
    • H01F7/06—Electromagnets; Actuators including electromagnets
    • H01F7/08—Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
    • H01F7/16—Rectilinearly-movable armatures
    • H01F7/1638—Armatures not entering the winding

Definitions

  • Electromagnetic actuator and method for adjusting the electromagnetic actuator are Electromagnetic actuator and method for adjusting the electromagnetic actuator
  • the invention relates to an electromagnetic actuator according to the preamble of patent claim 1 and a method for adjusting an electromagnetic actuator according to the preamble of patent claim 6.
  • An electromagnetic actuator for actuating a gas exchange valve in an internal combustion engine is known from DE 1 96 31 909 A1.
  • the actuator comprises two electromagnets which are arranged at a distance from one another and an armature which is operatively connected to the gas exchange valve and which can be moved back and forth by magnetic force between the electromagnets against the force of two springs acting counter to one another.
  • the actuator also has adjusting means with which the position of the armature is set to the geometric middle position between the two end positions of the armature when the electromagnet is de-energized.
  • a disadvantage here is the high dependency of the energy requirement of the actuator on manufacturing tolerances.
  • the invention is therefore based on the object of specifying an electromagnetic actuator according to the preamble of claim 1, the energy requirement of which depends little on manufacturing tolerances.
  • the invention is also based on the object of specifying a method according to the preamble of claim 6, by means of which the dependence of the energy requirement of the actuator on manufacturing tolerances is minimized.
  • the object is achieved in an electromagnetic actuator according to the preamble of claim 1 by the characterizing features of the claim 1 and solved in a method according to the preamble of claim 7 by the characterizing features of claim 7.
  • the springs are preloaded such that the same energy is stored in both springs when the springs are compressed by a spring path, which is predetermined by the limited stroke of the armature.
  • a spring path which is predetermined by the limited stroke of the armature.
  • At least one of the springs preferably has a non-linear spring characteristic, advantageously a characteristic with a maximum value when the armature is located between the electromagnets. Due to the non-linear spring characteristic of one or both springs, it is ensured on the one hand that the armature is accelerated with large forces, which results in a high switching frequency, and on the other hand, this means that small forces act in the end positions of the armature, so that the energy requirement of the actuator for holding the armature in its end positions is low.
  • the course of the spring force is measured for each spring, which results when the respective spring is compressed by a spring travel corresponding to the stroke of the armature.
  • the energy which is stored in the spring due to the compression of the respective spring is determined from the measured courses of the spring forces. Then the Biasing of one or both springs is set such that the same energy is stored in both springs.
  • the actuator can be adjusted during manufacture of the actuator, but adjustment during operation is also conceivable in order to compensate for changes in operating variables, such as can occur due to temperature effects, wear or aging.
  • FIG. 1 an electromagnetic actuator for actuating a gas exchange valve in an internal combustion engine
  • FIG. 2 shows a first force-displacement diagram with spring characteristics
  • Figure 3 shows a second force-displacement diagram with spring characteristics.
  • the actuator according to the invention comprises a tappet 4, which acts with a gas exchange valve 5, an armature 1 fastened with the tappet 4 transversely to the longitudinal axis of the tappet, and an acting as a closing magnet
  • the electromagnets 2, 3 each have an excitation coil 20 or 30 and opposite pole faces.
  • Armature 1 reciprocates along a stroke path limited by the electromagnets 2, 3 between the electromagnets 2, 3.
  • a spring arrangement with a first spring 61 acting on the armature 1 in the opening direction and a second spring 62 acting on the armature 1 in the closing direction cause the armature 1 to be held in a state of equilibrium between the electromagnets 2, 3 when the excitation coils 20, 30 are de-energized becomes.
  • adjusting means 71, 72 are provided for setting the prestresses of the springs 61, 62.
  • the adjusting means 71, 72 can be designed, for example, as disks, which bring about compression of the springs 71, 72 and thus the pretension of the respective spring 71, 72 pretend. However, they can also be designed to be controllable and enable the pretension to be varied continuously
  • one of the electromagnets 2, 3 is energized, ie switched on, by applying an excitation voltage to the corresponding excitation coil 20 or 30, or a start-up routine is initiated by which the armature 1 is initially energized alternately by the electromagnets 2, 3 in Vibration is offset in order to strike the pole face of the closing magnet 2 or the pole face of the opening magnet 3 after a settling time.
  • the armature 1 When the gas exchange valve 5 is closed, the armature 1 bears against the pole face of the closing magnet 3, as shown in FIG. 1, and it is held in this position - the upper end position - as long as the closing magnet 3 is energized.
  • the closing magnet 3 turned off and then the opening magnet 2 turned on.
  • the first spring 61 acting in the opening direction accelerates the armature 1 beyond the rest position.
  • the opening magnet 2, which is now energized, additionally supplies the armature 1 with kinetic energy, so that despite any frictional losses it reaches the pole face of the opening magnet 2 and there - at the lower end position, which is indicated by dashed lines in FIG. 1 - until the opening magnet 2 is switched off is held.
  • the opening magnet 2 is switched off and the closing magnet 3 is then switched on again.
  • the armature 1 is thus moved by the second spring 62 to the closing magnet 3 and is held there on the pole face thereof.
  • the courses of the spring forces of the two springs 61, 62, that is. of the forces with which the springs 61, 62 act on the armature 1 are dependent on the armature position I and can be described on the basis of spring characteristics.
  • the spring characteristic of the first spring 61 is designated F1 and the spring characteristic of the second spring 62 never denotes F2.
  • the force of the first spring 61 initially increases from a holding value F1 1 to a maximum value F1 3, which is reached at the armature position Ix, and then increases to drop an end value F10 which is below the holding value F1 1 and which is reached at the armature position Im, ie when the armature 1 is applied to the opening magnet 2.
  • the spring force of the second spring 62 increases monotonically but non-linearly from an end value F20 which acts in the upper end position of the armature 1 to a holding value F21 which is reached in the lower end position of the armature 1.
  • the final values F10, F20 indicate the preload of the respective spring 61 or 62; they are set such that the area A1 under the spring characteristic F1 is equal to the area A2 under the spring characteristic F2.
  • the areas A1 and A2 correspond to the energy that is stored in the respective spring 61, 62 when it is compressed due to the armature movement.
  • the two spring characteristics 61, 62 intersect at a point that specifies the energetic central position le of the armature 1; this energetic middle position le, which the armature 1 assumes when the electromagnets 2, 3 are de-energized, generally does not match the geometric middle position between the electromagnets 2, 3 in the case of springs with different spring characteristics.
  • the main advantage of the first spring 61 is that, on the one hand, owing to the maximum value F1 3 of its spring characteristic F1, it is able to store so much energy despite the low holding value F1 1 that the armature 1 when the first spring 61 is released at high speed is moved, which leads to short switching times. On the other hand, due to the low holding value F1 1, the current requirement for
  • the spring characteristic F2 of the second spring 62 initially has a decreasing profile with increasing distance I between armature 1 and closing magnet 2, then an increasing profile and then a decreasing profile again.
  • the areas A1, A2 under the spring characteristics F1, F2 of the springs 61, 62 are again the same size.
  • the difference ⁇ F between the two spring characteristics F1, F2, ie the resulting force acting on the armature 1 is large for a large range of the distance I between the armature 1 and the closing magnet 3 .
  • the gas exchange valve 5 can also be opened against an internal combustion chamber pressure, ie.
  • the actuator is adjusted before the actuator is installed in the internal combustion engine.
  • the preload of the second spring 62 is first set to the final value F20, at which a reliable closing of the gas exchange valve 5 is ensured.
  • the second spring 62 is compressed by the spring travel corresponding to the stroke Im of the armature 1 and the course of the spring force that results is measured in sections and integrated in sections over the spring travel. The result of this integration corresponds to the energy which is stored in the second spring 62.
  • the spring force can be measured using a load cell or a dial gauge.
  • the energy which is stored in the first spring 61 when the armature 1 is moved from its lower end position into its upper end position is determined in the same way, namely by measuring the course of the spring force of the first spring 61 and by integrating this course over the spring travel by which the first spring 61 is compressed.
  • the energy values determined in this way are then compared with one another and the pretensioning of the first spring 61 is set such that the same energy is stored in the two springs 61, 61 when they are compressed by the stroke Im.
  • the actuator is only installed in the internal combustion engine after this setting.
  • the actuator is adjusted before it is started up.
  • the adjusting means are designed to be controllable and the courses of the spring forces are measured with measuring means on which the springs act, for example with pressure sensors, in particular with piezocrystals.
  • the actuating means are then controlled as a function of the measured spring forces by control means such that the same energy is stored in both springs when the springs 61, 62 are compressed as much as possible during operation.

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Abstract

Ein bekannter elektromagnetischer Aktuator umfasst zwei im Abstand zueinander angeordnete Elektromagnete, einen durch Magnetkraft zwischen den Elektromagneten gegen die Kraft zweier gegeneinander wirkender Federn hin- und herbewegbaren Anker sowie Stellmittel zur Einstellung der Ruhelage des Ankers auf die geometrische Mittellage zwischen den Elektromagneten. Der wesentliche Nachteil dieses Aktuators liegt in dem hohen Energiebedarf der Elektromagnete. Der neue Aktuator soll einen geringen Energiebedarf aufweisen. Die Federn sind derart vorgespannt, dass bei einer durch den Hubweg des Ankers vorgegebenen maximalen Komprimierung der Federn in beiden Federn die gleiche Energie gespeichert wird. Steuerung des Gaswechsels in einer Brennkraftmaschine.

Description

Beschreibung
Elektromagnetischer Aktuator und Verfahren zur Justierung des elektromagnetischen Aktuators
Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Aktuator gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren zum Justieren eines elektromagnetischen Aktuators gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 6.
Aus der DE 1 96 31 909 A1 ist ein elektromagnetischer Aktuator zur Betätigung eines Gaswechselventils in einer Brennkraftmaschine bekannt. Der Aktuator umfaßt zwei im Abstand zueinander angeordnete Elektromagnete und einen mit dem Gaswechselventil in Wirkverbindung stehenden Anker, der durch Magnetkraft zwischen den Elektromagneten gegen die Kraft zweier gegeneinander wirkender Federn hin- und herbewegbar ist. Der Aktuator weist ferner Stellmittel auf, mit denen die Lage des Ankers bei stromlosen Elektromagneten auf die geometrische Mittellage zwischen den beiden Endpositionen des Ankers eingestellt wird. Als nachteilig erweist sich hierbei die hohe Abhängigkeit des Energiebedarfs des Aktuators von Ferti- gungstoleranzen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen elektromagnetischen Aktuator gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 anzugeben, dessen Energiebedarf von Fertigungstoleranzen wenig abhängt. Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 6 anzugeben, durch das die Abhängigkeit des Energiebedarfs des Aktuators von Fertigungstoleranzen minimiert wird.
Die Aufgabe wird bei einem elektromagnetischen Aktuator gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 und bei einem Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 7 durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 7 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Erfindungsgemäß sind die Federn derart vorgespannt, daß bei einer Komprimierung der Federn um jeweils einen durch den begrenzten Hubweg des Ankers vorgegebenen Federweg in beiden Federn die gleiche Energie gespeichert wird. Hierdurch erreicht man, daß der Anker, wenn er aus seinen beiden Endpositionen losgelassen wird und frei schwingt, sich den beiden Elektromagneten gleich weit nähert. Infolge- dessen wird der Einfluß fertigungsbedingter Toleranzen der Bauteile, insbesondere der Federn, auf das Schwingverhalten des Ankers reduziert. Zudem wird der Gesamtenergiebedarf des Aktuators optimiert, da beide Elektromagnete aufgrund des sich ihnen gleich weit nähernden Ankers den gleichen Strombedarf aufweisen. Würde der Anker sich nämlich beim freien Schwingen dem einen Elektromagneten stärker nä- hern als dem anderen, dann würde der Strombedarf des einen Elektromagneten zwar um einen bestimmten Betrag sinken, der Strombedarf des anderen Elektromagneten würde aber um ein Vielfaches dieses Betrags ansteigen, so daß auch der Gesamtenergiebedarf des Aktuators gegenüber dem optimalen Wert ansteigen würde.
Vorzugsweise weist mindestens eine der Federn eine nichtlineare Federkennlinie, vorteilhafterweise eine Kennlinie mit einem Maximalwert bei einer zwischen den Elektromagneten liegenden Position des Ankers, auf. Aufgrund der nichtlinearen Federkennlinie der einen oder beider Federn wird einerseits gewährleistet, daß der Anker mit großen Kräften beschleunigt wird, was eine hohe Schaltfrequenz zur Folge hat, andererseits erreicht man dadurch, daß in den Endpositionen des Ankers geringe Kräfte wirken, so daß auch der Energiebedarf des Aktuators zum Festhalten des Ankers in seinen Endpositionen gering ist.
Zur Justierung dieses elektromagnetischen Aktuators wird für jede Feder der Verlauf der Federkraft gemessen, der sich ergibt, wenn die jeweilige Feder um einen dem Hubweg des Ankers entsprechenden Federweg komprimiert wird. Aus den gemessenen Verläufen der Federkräfte wird die Energie ermittelt, die aufgrund der Komprimierung der jeweiligen Feder in dieser gespeichert wird. Anschließend wird die Vorspannung einer oder beider Federn derart eingestellt, daß in beiden Federn die gleiche Energie gespeichert wird.
Die Justierung des Aktuators kann während der Herstellung des Akuators erfolgen, denkbar ist aber auch eine Justierung während des Betriebs, um Änderungen von Betriebsgrößen, wie sie beispielsweise aufgrund von Temperatureffekten, Abnutzung oder Alterung auftreten können, zu kompensieren.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben. Es zeigen:
Figur 1 einen elektromagnetischen Aktuator zur Betätigung eines Gaswech- selventils in einer Brennkraftmaschine,
Figur 2 ein erstes Kraft-Weg-Diagramm mit Federkennlinien,
Figur 3 ein zweites Kraft-Weg-Diagramm mit Federkennlinien.
Gemäß der Figur 1 umfaßt der erfindungsgemäße Aktuator einen mit einem Gaswechselventil 5 in Kraftwirkung stehenden Stößel 4, einen mit dem Stößel 4 quer zur Stößel-Längsachse befestigten Anker 1 , einen als Schließmagnet wirkenden
Elektromagneten 3 sowie einen als Öffnungsmagnet wirkenden weiteren Elektromagneten 2, der vom Schließmagnet 3 Richtung der Stößel-Längsachse beabstandet angeordnet ist. Die Elektromagnete 2, 3 weisen jeweils eine Erregerspule 20 bzw. 30 und einander gegenüberliegende Polflächen auf. Durch abwechselnde Bestrom- ung der beiden Elektromagnete 2, 3, d. h. der Erregerspulen 20 bzw. 30, wird der
Anker 1 entlang eines durch die Elektromagnete 2, 3 begrenzten Hubweges zwischen den Elektromagneten 2, 3 hin- und herbewegt. Eine Federanordnung mit einer in Öffnungsrichtung auf den Anker 1 wirkenden ersten Feder 61 und einer in Schließrichtung auf den Anker 1 wirkenden zweiten Feder 62 bewirken, daß der Anker 1 im stromlosen Zustand der Erregerspulen 20, 30 in einer Gleichgewichtslage zwischen den Elektromagneten 2, 3 festgehalten wird. Ferner sind Stellmittel 71 , 72 zur Einstellung der Vorspannungen der Federn 61 , 62 vorgesehen. Die Stellmittel 71 , 72 können beispielsweise als Scheiben ausgeführt sein, die eine Komprimierung der Federn 71 , 72 bewirken und somit die Vorspannung der jeweiligen Feder 71 , 72 vorgeben. Sie können aber auch steuerbar ausgeführt sein und eine stufenlose Variation der Vorspannung ermöglichen
Zum Starten des Aktuators wird einer der Elektromagnete 2, 3 durch Anlegen einer Erregerspannung an die entsprechende Erregerspule 20 bzw. 30 bestromt, d h eingeschaltet, oder es wird eine Anschwingroutine initiiert, durch die der Anker 1 zunächst durch wechselweises Bestromen der Elektromagnete 2, 3 in Schwingung versetzt wird, um nach einer Einschwingzeit auf die Polfläche des Schließmagneten 2 oder die Polflache des Offnungsmagneten 3 aufzutreffen.
Bei geschlossenem Gaswechselventil 5 liegt der Anker 1 wie in Figur 1 gezeigt an der Polfläche des Schließmagneten 3 an und er wird solange in dieser Position - der oberen Endposition - festgehalten, solange der Schließmagnet 3 bestromt wird Um das Gaswechselventil 5 zu offnen wird der Schließmagnet 3 abgeschaltet und anschließend der Offnungsmagnet 2 eingeschaltet. Die in Offnungsπchtung wirkende erste Feder 61 beschleunigt den Anker 1 über die Ruhelage hinaus. Durch den nun bestromten Offnungsmagneten 2 wird dem Anker 1 zusätzlich kinetische Energie zugeführt, so daß dieser trotz etwaiger Reibungsverluste die Polfläche des Öffnungsmagneten 2 erreicht und dort - an der unteren Endposition, diese ist in der Figur 1 gestrichelt angedeutet - bis zur Abschaltung des Öffnungsmagneten 2 festgehalten wird. Zum erneuten Schließen des Gaswechselventils 5 wird der Off- nungsmagnet 2 ausgeschaltet und der Schließmagnet 3 anschließend wieder eingeschaltet Der Anker 1 wird somit durch die zweite Feder 62 zum Schließmagneten 3 bewegt und wird dort an dessen Polfläche festgehalten.
Der Hubweg Im des Ankers 1 , den der Anker 1 durchlauft - die Bewegung des Ankers 1 wird im folgenden als Flug bezeichnet -, ist aufgrund des vorgegebenen Ab- Stands zwischen den Elektromagneten 2, 3 begrenzt. Die Verläufe der Federkräfte der beiden Federn 61 , 62, d h. der Kräfte, mit denen die Federn 61 , 62 auf den Anker 1 wirken, sind von der Ankerposition I abhängig und lassen sich anhand von Federkennlinien beschreiben Im Kraft-Weg-Diagramm aus Figur 2 ist die Feder- kennlinie der ersten Feder 61 mit F1 bezeichnet und die Federkenn nie der zweiten Feder 62 mit F2 bezeichnet Beim Flug des Ankers 1 von der oberen Endposition zur unteren Endposition, d h. von der Ankerposition 0 zu der Ankerposition Im, steigt die Kraft der ersten Feder 61 von einem Haltewert F1 1 zunächst auf einen Maximalwert F1 3 an, der bei der Ankerposition Ix erreicht wird, um anschließend auf einen unter dem Haltewert F1 1 liegenden Endwert F10 abzufallen, der bei der Ankerposition Im, d. h. bei am Öffnungsmagneten 2 anliegenden Anker 1 , erreicht wird. Die Federkraft der zweiten Feder 62 steigt hingegen von einem in der in der oberen Endposition des Ankers 1 wirkenden Endwert F20 monoton aber nichtlinear auf einen Haltewert F21 an, der in der unteren Endposition des Ankers 1 erreicht wird. Die Endwerte F10, F20 geben die Vorspannung der jeweiligen Feder 61 bzw. 62 an; sie sind derart eingestellt, daß die Fläche A1 unter der Federkennlinie F1 gleich der Fläche A2 unter der Federkennlinie F2 ist. Die Flächen A1 und A2 entsprechen dabei der Energie, die in der jeweiligen Feder 61 , 62 gespeichert wird, wenn diese aufgrund der Ankerbewegung komprimiert wird. Die beiden Federkennlinien 61 , 62 schneiden sich in einem Punkt, der die energetische Mittellage le des Ankers 1 vorgibt; diese energetische Mittellage le, die der Anker 1 bei stromlosen Elektromagneten 2, 3 einnimmt, stimmt bei Federn mit unterschiedlichen Federkennlinien im allgemeinen nicht mit der geometrischen Mittellage zwischen den Elektromagneten 2, 3 überein.
Der wesentliche Vorteil der ersten Feder 61 liegt darin, daß sie einerseits aufgrund des Maximalwertes F1 3 ihrer Federkennlinie F1 in der Lage ist, trotz des geringen Haltewertes F1 1 soviel Energie zu speichern, daß der Anker 1 beim Entspannen der ersten Feder 61 mit hoher Geschwindigkeit bewegt wird, was zu kurzen Schaltzeiten führt. Aufgrund des geringe Haltewerts F1 1 ist anderseits der Strombedarf zum
Festhalten des Ankers 1 in seiner oberen Endposition und somit der Energiebedarf des Aktuators gering.
Beim Kraft-Weg-Diagramm gemäß Figur 3 weist die Federkennlinie F2 der zweiten Feder 62 mit zunehmendem Abstand I zwischen Anker 1 und Schließmagnet 2 zu- nächst einen abnehmenden Verlauf, dann einen steigenden Verlauf und anschließen wieder einen abnehmenden Verlauf auf. Die Flächen A1 , A2 unter den Federkennlinien F1 , F2 der Federn 61 , 62 sind wiederum gleich groß. Bei diesen Federkennlinien F1 , F2 erweist es sich als vorteilhaft, daß die Differenz ΔF zwischen den beiden Federkennlinien F1 , F2, d. h. die auf den Anker 1 wirkende resultierende Kraft, für einen großen Bereich des Abstands I zwischen dem Anker 1 und Schließmagnet 3 groß ist. Infolgedessen läßt sich das Gaswechselventil 5 auch gegen einen Brenn- rauminnendruck öffnen, d. h der Energiebedarf des Öffnungsmagneten 2 ist aufgrund der während des Öffnungsvorgangs wirkenden hohen resultierenden Kraft ΔF gering. Die Justierung des Aktuators erfolgt vor dem Einbau des Aktuators in die Brennkraftmaschine. Dabei wird zunächst die Vorspannung der zweiten Feder 62 auf den Endwert F20 eingestellt, bei dem ein sicheres Schließen des Gaswechselventils 5 gewährleistet wird. Anschließend wird die zweite Feder 62 um den dem Hubweg Im des Ankers 1 entsprechenden Federweg komprimiert und der Verlauf der Federkraft, der sich dabei ergibt, abschnittsweise gemessen und abschnittsweise über den Federweg integriert. Das Ergebnis dieser Integration entspricht der Energie, die hierbei in der zweiten Feder 62 gespeichert wird. Die Messung der Federkraft kann dabei mittels einer Kraftmeßdose oder einer Meßuhr erfolgen.
In gleicher weise wird auch die Energie ermittelt, die in der ersten Feder 61 gespeichert wird, wenn der Anker 1 von seiner unteren Endposition in seine obere Endposition bewegt wird, nämlich durch Messung des sich aufgrund der Ankerbewegung ergebenden Verlaufs der Federkraft der ersten Feder 61 und durch Integration dieses Verlaufs über den Federweg, um den die erste Feder 61 hierbei komprimiert wird. Anschließend werden die so ermittelten Energiewerte miteinander verglichen und die Vorspannung der ersten Feder 61 derart eingestellt, daß in den beiden Federn 61 , 61 die gleiche Energie gespeichert wird, wenn diese um den Hubweg Im komprimiert werden. Der Aktuator wird erst nach dieser Einstellung in die Brennkraftmaschine eingebaut.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der Aktuator vor dessen Inbetriebnahme justiert. Denkbar sind jedoch auch eine Justierung während des Betriebs, und eine Nachjustierung in Abhängigkeit von Betriebsparametern. In diesem Fall sind die Stellmittel steuerbar ausgeführt und die Verläufe der Federkräfte werden mit Meßmitteln, auf die die Federn wirken, beispielsweise mit Drucksensoren, insbesondere mit Piezzokristallen, gemessen. Die Stellmittel werden dann in Abhängigkeit der gemessenen Federkräfte durch Steuermittel derart gesteuert, daß bei der während des Betriebs maximal möglichen Komprimierung der Federn 61 , 62 in beiden Federn die gleiche Energie gespeichert wird.

Claims

Patentansprüche
1 . Elektromagnetischer Aktuator mit zwei im Abstand zueinander angeordneten Elektromagneten und einem gegen die Kraft zweier gegeneinander wirkender Federn
(61 , 62) zwischen den Elektromagneten (2, 3) entlang eines Hubwegs (Im) hin- und herbewegbaren Anker (1 ), dadurch gekennzeichnet, daß die Federn (61 , 62) derart vorgespannt sind, daß bei einer durch den Hubweg (Im) des Ankers (1 ) vorgegebenen Komprimierung der Federn (61 , 62) in beiden Federn (61 , 62) die gleiche Ener- gie (A1 , A2) gespeichert wird.
2. Elektromagnetischer Aktuator nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Federn (61 , 62) eine nichtlineare Federkennlinie (F1 ) aufweist.
3. Elektromagnetischer Aktuator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Federkennlinie (F1 ) mindestens einer der Federn (61 , 62) einen Maximalwert (F1 3) bei einer von den beiden Elektromagneten (2, 3) beabstandeten Position (Ix) des
Ankers (1 ) aufweist.
4. Elektromagnetischer Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Stellmittel (71 , 72) zur Einstellung der Vorspannung der Federn (61 , 62) vorgesehen sind.
5. Elektromagnetischer Aktuator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
Meßmittel zum Messen der Verläufe der Federkräfte der Federn (61 , 62) vorgesehen sind.
6. Elektromagnetischer Aktuator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Steuermittel zum Ansteuern der Stellmittel nach Maßgabe der gemessenen Verläufe der Federkräfte vorgesehen sind.
7. Verfahren zur Justierung eines elektromagnetischen Aktuators mit zwei im Abstand zueinander angeordneten Elektromagneten (2, 3) und einem entlang eines Hubwegs gegen die Kraft zweier gegeneinander wirkender Federn (61 , 62) zwischen den Elektromagneten (2, 3) hin- und herbewegbaren Anker (1 ), dadurch gekennzeichnet, daß für jede Feder (61 , 62) der Verlauf (F1 , F2) der Federkraft gemessen wird, der sich ergibt, wenn die jeweilige Feder (61 , 62) um einen dem Hubweg (Im) des Ankers (1 ) entsprechenden Federweg komprimiert wird, daß anhand der gemessenen Verläufe (F1 , F2) der Federkräfte die Energie (A1 , A2) ermittelt wird, die aufgrund der Komprimierung der jeweiligen Feder (61 , 62) in dieser gespeichert wird, und daß die Vorspannung (F1 0, F20) einer oder beider Federn (61 , 62) derart eingestellt wird, daß in beiden Federn (61 , 62) die gleiche Energie (A1 , A2) gespei- chert wird.
EP00942017A 1999-06-18 2000-06-07 Elektromagnetischer aktuator und verfahren zur justierung des elektromagnetischen aktuators Expired - Lifetime EP1187972B1 (de)

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