EP4581258A1 - Elektromagnetisch ansteuerbares brennstoffventil, verfahren zum betreiben des elektromagnetisch ansteuerbaren brennstoffventils - Google Patents

Elektromagnetisch ansteuerbares brennstoffventil, verfahren zum betreiben des elektromagnetisch ansteuerbaren brennstoffventils

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EP4581258A1
EP4581258A1 EP23762399.6A EP23762399A EP4581258A1 EP 4581258 A1 EP4581258 A1 EP 4581258A1 EP 23762399 A EP23762399 A EP 23762399A EP 4581258 A1 EP4581258 A1 EP 4581258A1
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EP
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magnet armature
fuel valve
pole body
armature
movement
Prior art date
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Pending
Application number
EP23762399.6A
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French (fr)
Inventor
Alexander Fuchs
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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Definitions

  • Electromagnetically controllable fuel valve method for operating the electromagnetically controllable fuel valve
  • the present invention relates to an electromagnetically controllable fuel valve for metering in a fuel according to the preamble of claim 1.
  • a fuel valve is also called a metering or injection valve.
  • the fuel can in particular be a gaseous fuel, for example hydrogen or natural gas, which is required to operate an internal combustion engine or a fuel cell system.
  • the invention relates to a method for operating the electromagnetically controllable fuel valve.
  • a large number of metering or injection valves are known from the prior art, which can be controlled electromagnetically and have a magnetic coil for acting on a reciprocating magnet armature, which can be coupled to a valve member or which itself forms the valve member.
  • the valves are usually designed as normally closed valves, so that the solenoid coil must be energized to open.
  • the magnet coil When the magnet coil is energized, a magnetic field is created, the magnetic force of which acts on the magnet armature, so that it carries out a lifting movement.
  • the lifting movement of the magnet armature leads to the opening of the fuel valve.
  • the times when it starts running and when it stops of the magnet armature can be determined.
  • Various methods for this are known from the prior art. The methods usually have in common that the current flowing through the magnetic coil during opening is recorded and evaluated. For example, an inductance curve can be calculated from the current curve and the starting time of the magnet armature can be determined by evaluating a change in inductance. When a predetermined inductance threshold is reached, the time of stop can be identified.
  • the methods known from the prior art enable the time recording of the beginning and end of the lifting movement of a magnet armature from the current or voltage profile of the magnet coil.
  • the stroke or distance detection requires a separate measurement using a distance measuring sensor.
  • the invention is concerned with the task of detecting the stroke of the magnet armature without using a position measuring sensor in order to increase the metering accuracy of an electromagnetically controllable fuel valve.
  • the electromagnetically controllable fuel valve proposed for metering in a preferably gaseous fuel comprises a magnetic coil for acting on a reciprocating magnet armature, which is designed as a plunger armature and is at least partially surrounded by a pole body, so that the magnet armature and the pole body together limit a radial air gap.
  • the magnet armature in the area of the radial air gap, has an outer contour that is profiled in the direction of movement and the pole body has an inner contour that is profiled in the direction of movement of the magnet armature, so that the radial air gap changes with the lifting movement of the magnet armature.
  • the geometric design of the magnetic circuit of the proposed fuel valve enables an evaluation of the current or voltage profile, which reveals at least two positions in the stroke of the magnet armature.
  • direct information about the path traveled by the magnet armature can be derived from the current or voltage signal.
  • Models can then be used to determine the speed and total stroke of the magnet armature. This information can then be used to calculate individual control times and thus very precise injection quantities.
  • the radial air gap between a magnet armature designed as a plunger armature and a pole body is delimited by straight, cylindrical surfaces, so that the radial air gap is designed as a simple annular gap.
  • the radial air gap is usually chosen to be as small as possible in order to keep the magnetic losses as low as possible.
  • the outer contour of the magnet armature and the inner contour of the pole body deviate from the pure cylindrical shape, so that a radial air gap is formed, which - depending on the axial position of the magnet armature - leads to a change in the magnetic flux in the radial air gap.
  • This change is reflected in the curves of the induced voltage and the inductance, so that the curves can be used to determine the path position of the magnet armature.
  • the outer contour of the magnet armature and the inner contour of the pole body are preferably designed to be identical. In this way, discontinuous or cyclic changes in the magnetic flux in the radial air gap can be achieved which clearly show different travel positions of the magnet armature.
  • the outer contour of the magnet armature and the inner contour of the pole body are designed to be multi-stepped in the direction of movement of the magnet armature.
  • the multiple grading results in the formation of at least one axial air gap in the area of the radial air gap, which changes depending on the axial position of the magnet armature in relation to the pole body.
  • the outer contour of the magnet armature and the inner contour of the pole body are profiled like a sawtooth in the direction of movement of the magnet armature.
  • the sawtooth-like profiles do not mesh with one another, but rather maintain a radial distance.
  • the distances between the surfaces opposite each other at the radial air gap change, so that the magnetic flux in the radial air gap changes cyclically along the lifting movement of the magnet armature.
  • a method for controlling an electromagnetically controllable fuel valve according to the invention for metering in a preferably gaseous fuel is proposed.
  • a magnetic coil acting on a lifting magnet armature is energized to open the fuel valve.
  • the current and/or voltage curve is/are also evaluated.
  • at least two axial positions in the stroke path of the magnet armature are determined based on the current and/or voltage curve and used to calculate the path traveled by the magnet armature.
  • the method is based on the knowledge that, with a corresponding geometric design of the magnetic circuit, the evaluation of the current and/or voltage curve not only provides temporal information about the stroke of the magnet armature, but also information about the path actually traveled. Because with appropriate geometric Design of the magnetic circuit, the magnetic flux in the radial air gap between the magnet armature and the pole body changes depending on the axial position of the magnet armature in relation to the pole body. This change is reflected in the curves of the induced voltage and the inductance, so that the curves can be used to determine the path position of the magnet armature. The more path positions are known over the entire stroke, the more precisely the total stroke of the magnet armature can be determined, for example by means of extrapolation.
  • the outer contour of the magnet armature and the inner contour of the pole body are each designed to be profiled in the direction of movement of the magnet armature, so that both the magnet armature and the pole body have diameter offsets.
  • the magnet armature and the pole body can be designed with multiple steps or be equipped with a sawtooth profile.
  • the magnetic flux in the radial air gap between the magnet armature and the pole body changes.
  • the magnetic flux in the radial air gap changes discontinuously or cyclically.
  • the latter is the case, for example, with a sawtooth profile.
  • the discontinuous or cyclic change can be read in the curves of the induced voltage and the inductance and can therefore be used to determine the axial position of the magnet armature at the respective times. If at least two axial positions of the magnet armature are known over the course of the stroke, the total stroke can be calculated from this, for example by means of extrapolation.
  • the speed of the gas tanker and/or the total stroke of the magnet tanker is/are determined by extrapolation with the aid of at least one model. This information can then be used to calculate individual control times, so that the accuracy of the injection quantities or the metering accuracy of the fuel valve increases.
  • the proposed method is used to determine at least two axial positions of the magnet armature during its lifting movement, i.e. during the course of the stroke. An axial position can also be an end position of the magnet armature. The total stroke of the magnet armature can then be determined from the at least two known axial positions.
  • the time of the beginning and/or the time of the end of the lifting movement of the magnet armature can be determined by evaluating the inductance curve, for example according to the prior art mentioned at the beginning.
  • the proposed method can therefore be combined with already known methods for determining temporal information about the stroke of the magnet armature.
  • the axial position of the magnet armature at the respective time can be concluded by extrapolating the times of the start and end of the lifting movement of the magnet armature.
  • FIG. 1 shows a schematic longitudinal section through a first fuel valve according to the invention in the area of a magnetic circuit, comprising a magnetic coil, a pole body and a magnet armature,
  • Fig. 5 is a path-time diagram showing the stroke curve of a magnet armature of a fuel valve according to the invention.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisch ansteuerbares Brennstoffventil (1) zum Eindosieren eines vorzugsweise gasförmigen Brennstoffs, umfassend eine Magnetspule (2) zur Einwirkung auf einen hubbeweglichen Magnetanker (3), der als Tauchanker ausgeführt ist und zumindest abschnittsweise von einem Polkörper (4) umgeben ist, so dass der Magnetanker (3) und der Polkörper (4) gemeinsam einen radialen Luftspalt (5) begrenzen. Erfindungsgemäß weisen im Bereich des radialen Luftspalts (5) der Magnetanker (3) eine in Bewegungsrichtung (6) profilierte Außenkontur (7) und der Polkörper (4) eine in Bewegungsrichtung (6) des Magnetankers (3) profilierte Innenkontur (8) auf, so dass sich der radiale Luftspalt (5) mit der Hubbewegung des Magnetankers (3) ändert. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben des elektromagnetisch ansteuerbaren Brennstoffventils (1).

Description

Beschreibung
Titel:
Elektromagnetisch ansteuerbares Brennstoffventil, Verfahren zum Betreiben des elektromagnetisch ansteuerbaren Brennstoffventils
Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektromagnetisch ansteuerbares Brennstoffventil zum Eindosieren eines Brennstoffs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein solches Brennstoffventil wird auch Dosier- oder Einspritzventil genannt. Bei dem Brennstoff kann es sich insbesondere um einen gasförmigen Brennstoff, beispielsweise um Wasserstoff oder Erdgas, handeln, der zum Betreiben einer Brennkraftmaschine oder eines Brennstoffzellensystems benötigt wird.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben des elektromagnetisch ansteuerbaren Brennstoffventils.
Stand der Technik
Aus dem Stand der Technik sind eine Vielzahl von Dosier- bzw. Einspritzventilen bekannt, die elektromagnetisch ansteuerbar sind und eine Magnetspule zur Einwirkung auf einen hubbeweglichen Magnetanker aufweisen, der mit einem Ventilglied koppelbar ist oder selbst das Ventilglied ausbildet. Die Ventile sind in der Regel als stromlos geschlossene Ventile ausgeführt, so dass zum Öffnen die Magnetspule bestromt werden muss. Mit der Bestromung der Magnetspule baut sich ein Magnetfeld auf, dessen Magnetkraft auf den Magnetanker einwirkt, so dass dieser eine Hubbewegung ausführt. Die Hubbewegung des Magnetankers führt zum Öffnen des Brennstoffventils.
Zur Überwachung der Funktionalität und damit der Dosiergenauigkeit eines Brennstoffventils können die Zeitpunkte des Loslaufens und des Anschlagens des Magnetankers ermittelt werden. Aus dem Stand der Technik sind hierzu verschiedene Verfahren bekannt. Die Verfahren haben in der Regel gemein, dass der während des Öffnens durch die Magnetspule fließende Strom erfasst und ausgewertet wird. Beispielsweise kann aus dem Stromverlauf ein Induktivitätsverlauf berechnet und durch Auswertung einer Induktivitätsänderung kann der Loslaufzeitpunkt des Magnetankers bestimmt werden. Das Erreichen einer vorgegebenen Induktivitätsschwelle lässt den Anschlagzeitpunkt erkennen.
Die aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren ermöglichen die zeitliche Erfassung des Anfangs und des Endes der Hubbewegung eines Magnetankers aus dem Strom- bzw. Spannungsprofil der Magnetspule. Von Vorteil wäre jedoch die Kenntnis des tatsächlichen Hubs bzw. des zurückgelegten Wegs des Magnetankers, um anhand dieser Information individuelle Ansteuerzeiten berechnen zu können, was wiederum sehr genaue Einspritzmengen ermöglichen würde. Die Hub- bzw. Wegerfassung erfordert jedoch eine separate Messung mit Hilfe eines Wegemesssensors.
Die Erfindung ist mit der Aufgabe befasst, zur Erhöhung der Dosiergenauigkeit eines elektromagnetisch ansteuerbaren Brennstoffventils den Hub des Magnetankers ohne Einsatz eines Wegemesssensors zu erfassen.
Zur Lösung der Aufgabe werden das elektromagnetisch ansteuerbare Brennstoffventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 5 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den jeweiligen Unteransprüchen zu entnehmen.
Offenbarung der Erfindung
Das zum Eindosieren eines vorzugsweise gasförmigen Brennstoffs vorgeschlagene elektromagnetisch ansteuerbares Brennstoffventil umfasst eine Magnetspule zur Einwirkung auf einen hubbeweglichen Magnetanker, der als Tauchanker ausgeführt ist und zumindest abschnittsweise von einem Polkörper umgeben ist, so dass der Magnetanker und der Polkörper gemeinsam einen radialen Luftspalt begrenzen. Erfindungsgemäß weisen im Bereich des radialen Luftspalts der Magnetanker eine in Bewegungsrichtung profilierte Außenkontur und der Polkörper eine in Bewegungsrichtung des Magnetankers profilierte Innenkontur auf, so dass sich der radiale Luftspalt mit der Hubbewegung des Magnetankers ändert.
Die geometrische Ausgestaltung des Magnetkreises des vorgeschlagenen Brennstoffventils ermöglicht eine Auswertung des Strom- bzw. Spannungsprofils, die mindestens zwei Positionen im Hubverlauf des Magnetankers erkennen lässt. Auf diese Weise kann neben der zeitlichen Information eine direkte Information über den vom Magnetanker zurückgelegten Weg aus dem Strom- bzw. Spannungssignal abgeleitet werden. Mit Hilfe von Modellen können dann die Geschwindigkeit sowie der Gesamthub des Magnetankers bestimmt werden. In weiterer Folge kann dann diese Information zur Berechnung individueller Ansteuerzeiten und damit zu sehr genauen Einspritzmengen verwendet werden.
Üblicherweise wird der radiale Luftspalt zwischen einem als Tauchanker ausgeführten Magnetanker und einem Polkörper durch gerade verlaufende, zylinderförmige Flächen begrenzt, so dass der radiale Luftspalt als einfacher Ringspalt ausgebildet ist. Der radiale Luftspalt ist in der Regel zudem möglichst klein gewählt, um die magnetischen Verluste so gering wie möglich zu halten.
Bei dem vorgeschlagenen Brennstoffventil weichen die Außenkontur des Magnetankers und die Innenkontur des Polkörpers von der reinen Zylinderform ab, so dass sich ein radialer Luftspalt ausbildet, der - abhängig von der axialen Position des Magnetankers - zu einer Änderung des magnetischen Flusses im radialen Luftspalt führt. Diese Änderung zeigt sich in den Verläufen der induzierten Spannung sowie der Induktivität, so dass die Verläufe zur Bestimmung der Wegposition des Magnetankers herangezogen werden können. Je mehr Wegpositionen über den gesamten Hubverlauf bekannt sind, desto genauer kann mittels Extrapolation der Gesamthub des Magnetankers bestimmt werden.
Bevorzugt sind die Außenkontur des Magnetankers und die Innenkontur des Polkörpers gegengleich ausgeführt. Auf diese Weise können unstetige oder zyklische Änderungen des magnetischen Flusses im radialen Luftspalt erzielt werden, welche besonders deutlich unterschiedliche Wegpositionen des Magnetankers erkennen lassen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Außenkontur des Magnetankers und die Innenkontur des Polkörpers in Bewegungsrichtung des Magnetankers mehrfach gestuft ausgeführt. Durch die mehrfache Stufung kommt es im Bereich des radialen Luftspalts zur Ausbildung mindestens eines axialen Luftspalts, der sich in Abhängigkeit von der axialen Position des Magnetankers in Bezug auf den Polkörper ändert.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Außenkontur des Magnetankers und die Innenkontur des Polkörpers in Bewegungsrichtung des Magnetankers sägezahnartig profiliert. Um die Hubbewegung des Magnetankers nicht zu blockieren, stehen die sägezahnartigen Profile nicht miteinander im Eingriff, sondern halten einen radialen Abstand ein. Durch die Hubbewegung des Magnetankers gegenüber dem Polkörper ändern sich jedoch die Abstände zwischen den sich am radialen Luftspalt gegenüberliegenden Flächen, so dass sich der magnetische Fluss im radialen Luftspalt entlang der Hubbewegung des Magnetankers zyklisch ändert.
Darüber hinaus wird ein Verfahren zur Ansteuerung eines erfindungsgemäßen elektromagnetisch ansteuerbaren Brennstoffventils zum Eindosieren eines vorzugsweise gasförmigen Brennstoffs vorgeschlagen. Bei dem Verfahren wird zum Öffnen des Brennstoffventils eine auf einen hubbeweglichen Magnetanker einwirkende Magnetspule bestromt. Bei dem Verfahren wird bzw. werden ferner der Strom- und/oder Spannungsverlauf ausgewertet. Erfindungsgemäß werden anhand des Strom- und/oder Spannungsverlaufs mindestens zwei axiale Positionen im Hubverlauf des Magnetankers ermittelt und zur Berechnung des vom Magnetanker zurückgelegten Wegs verwendet.
Das Verfahren beruht auf der Erkenntnis, dass bei einer entsprechenden geometrischen Ausgestaltung des Magnetkreises die Auswertung des Strom- und/oder Spannungsverlaufs nicht nur zeitliche Informationen über den Hubverlauf des Magnetankers liefert, sondern auch Informationen über den tatsächlich zurückgelegten Weg. Denn bei entsprechender geometrischer Ausgestaltung des Magnetkreises ändert sich der magnetische Fluss im radialen Luftspalt zwischen dem Magnetanker und dem Polkörper in Abhängigkeit von der axialen Position des Magnetankers in Bezug auf den Polkörper. Diese Änderung zeigt sich in den Verläufen der induzierten Spannung sowie der Induktivität, so dass die Verläufe zur Bestimmung der Wegposition des Magnetankers herangezogen werden können. Je mehr Wegpositionen über den gesamten Hubverlauf bekannt sind, desto genauer kann, beispielsweise mittels Extrapolation, der Gesamthub des Magnetankers bestimmt werden.
Die Außenkontur des Magnetankers sowie die Innenkontur des Polkörpers sind jeweils in Bewegungsrichtung des Magnetankers profiliert gestaltet, so dass sowohl der Magnetanker als auch der Polkörper Durchmesserversprünge aufweisen. Beispielsweise können der Magnetanker und der Polkörper mehrfach gestuft ausgeführt oder mit einem Sägezahnprofil ausgestattet sein. In Abhängigkeit von der axialen Position des Magnetankers in Bezug auf den Polkörper ändert sich somit der magnetische Fluss im radialen Luftspalt zwischen dem Magnetanker und dem Polkörper.
Abhängig von der konkreten geometrischen Ausgestaltung des Magnetkreises ändert sich der magnetische Fluss im radialen Luftspalt unstetig oder zyklisch. Letzteres ist beispielsweise bei einem Sägezahnprofil der Fall. Die unstetige oder zyklische Änderung kann in den Verläufen der induzierten Spannung sowie der Induktivität abgelesen und somit zur Bestimmung der axialen Position des Magnetankers zu den jeweiligen Zeitpunkten herangezogen werden. Sind mindestens zwei axiale Positionen des Magnetankers über den Hubverlauf bekannt, kann hieraus, beispielsweise mittels Extrapolation, der Gesamthub berechnet werden.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass mit Hilfe mindestens eines Modells durch Extrapolation die Geschwindigkeit des Magentankers und/oder der Gesamthub des Magnetankers ermittelt wird bzw. werden. Diese Information kann dann wiederum zur Berechnung individueller Ansteuerzeiten verwendet werden, so dass die Genauigkeit der Einspritzmengen bzw. die Dosiergenauigkeit des Brennstoffventils steigt. Das vorgeschlagene Verfahren wird zur Ermittlung mindestens zwei axialer Positionen des Magnetankers während seiner Hubbewegung, das heißt während des Hubverlaufs eingesetzt. Bei einer axialen Position kann es sich dabei auch um eine Endlage des Magnetankers handeln. Aus den mindestens zwei bekannten axialen Positionen kann dann der Gesamthub des Magnetankers ermittelt werden.
Zur Ermittlung einer Endlage des Magnetankers, kann bzw. können der Zeitpunkt des Anfangs und/oder der Zeitpunkt des Endes der Hubbewegung des Magnetankers durch Auswertung des Induktivitätsverlaufs, beispielsweise gemäß des eingangs genannten Stands der Technik, ermittelt werden. Das vorgeschlagene Verfahren kann demnach mit bereits bekannten Verfahren zur Ermittlung zeitlicher Informationen über den Hubverlauf des Magnetankers kombiniert werden.
Ferner bevorzugt kann mit Hilfe eines Modells durch Extrapolation der Zeitpunkte des Anfangs und des Endes der Hubbewegung des Magnetankers auf die axiale Position des Magnetankers zum jeweiligen Zeitpunkt geschlossen werden.
Die Erfindung und ihre Vorteile werden nachfolgend anhand der beigefügten Figuren näher beschrieben. Diese zeigen:
Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch ein erstes erfindungsgemäßes Brennstoffventil im Bereich eines Magnetkreises, umfassend eine Magnetspule, einen Polkörper und einen Magnetanker,
Fig. 2 einen schematischen Längsschnitt durch ein zweites erfindungsgemäßes Brennstoffventil im Bereich eines Magnetkreises, umfassend eine Magnetspule, einen Polkörper und einen Magnetanker,
Fig. 3 Diagramme zur Darstellung des zeitlichen Verlaufs a) der Spannung U und b) der Induktivität L bei Bestromung der Magnetspule des in der Figur 1 dargestellten Magnetkreises, Fig. 4 Diagramme zur Darstellung des zeitlichen Verlaufs a) der Spannung U und b) der Induktivität L bei Bestromung der Magnetspule des in der Figur 2 dargestellten Magnetkreises und
Fig. 5 ein Weg-Zeit-Diagramm zur Darstellung des Hubverlaufs eines Magnetankers eines erfindungsgemäßen Brennstoffventils.
Ausführliche Beschreibung der Figuren
Die Figuren 1 und 2 zeigen jeweils eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Brennstoffventils 1, wobei das Brennstoffventil 1 als elektromagnetisch ansteuerbares und stromlos geschlossenes Ventil ausgeführt ist. Die Figuren 1 und 2 beschränken sich dabei auf die Darstellung des Magnetkreises 10 des jeweiligen Brennstoffventils 1, wobei der Magnetkreis 10 jeweils eine Magnetspule 2 zur Einwirkung auf einen hubbeweglichen Magnetanker 3 sowie einen die Magnetspule 2 aufnehmenden Polkörper 4 umfasst. Der Magnetanker 3 ist als Tauchanker ausgeführt und begrenzt gemeinsam mit dem Polkörper 4 einen axialen Luftspalt 9 sowie einen radialen Luftspalt 5.
Bei der Ausführungsform gemäß der Figur 1 weist der Magnetanker 3 im Bereich des radialen Luftspalts 5 eine Außenkontur 7 auf, die in Bewegungsrichtung 6 des Magnetankers 3 profiliert ist. Der Polkörper 4 weist im Bereich des radialen Luftspalts 5 eine Innenkontur 8 auf, die ebenfalls in Bewegungsrichtung 6 des Magnetankers 3 profiliert ist. Die Konturen weisen jeweils ein Sägezahnprofil auf, wobei diese nicht in Eingriff miteinander stehen, so dass der Hub des Magnetankers 3 nicht eingeschränkt wird.
Durch die in der Figur 1 gezeigte geometrische Ausgestaltung des Magnetkreises 10 können durch Auswertung des Strom- bzw. Spannungsverlaufs mindestens zwei axiale Positionen im Hubverlauf des Magnetankers 3 ermittelt werden. Neben der zeitlichen Information kann somit eine Information über den vom Magnetanker 3 zurückgelegten Weg erhalten werden. Denn durch die dargestellte geometrische Ausgestaltung des Magnetkreises 10 ändert sich der radiale Luftspalt 5 in Abhängigkeit von der axialen Position des Magnetankers 3. Damit ändert sich zugleich der magnetische Fluss im radialen Luftspalt 5, wobei die Änderung zyklisch ist. Die Änderung ist - wie beispielhaft in den Diagrammen der Figur 3 dargestellt - in den Verläufen der induzierten Spannung U (Diagramm a)) sowie der Induktivität L (Diagramm b)) ablesbar. Durch Auswertung der Verläufe kann demnach die axiale Position des Magnetankers 3 über den Hubverlauf bestimmt werden, denn es gilt:
At — f(x,y,v)
Sind mindestens zwei axiale Positionen des Magnetankers 3 über den Hubverlauf bekannt, kann bzw. können durch Extrapolation die Geschwindigkeit v und/oder der Gesamthub des Magnetankers 3 bestimmt werden.
Figur 2 zeigt ein weiteres erfindungsgemäßes Brennstoffventil 1 bzw. dessen Magnetkreis 10. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Außenkontur 7 des Magnetankers 3 in Bewegungsrichtung 6 des Magnetankers 3 mehrfach gestuft ausgeführt. Gleiches gilt für die Innenkontur 8 des Polkörpers 4. Die Stufen der Außenkontur 7 weisen unterschiedlich große Abstände Xi und X2 zu den Stufen des Polkörpers 4 auf, wobei vorliegend X2> Xi ist. Führt der Magnetanker 3 eine Hubbewegung aus, ändern sich die Abstände Xi und X2. Diese Änderungen sind - wie beispielhaft in den Diagrammen der Figur 4 dargestellt - in den Verläufen der induzierten Spannung U (Diagramm a)) und der Induktivität L (Diagramm b)) ablesbar. Durch Auswertung der Verläufe kann demnach die axiale Position des Magnetankers 3 über den Hubverlauf bestimmt werden, denn es gilt:
At — /'(x1,x2, v)
Sind mindestens zwei axiale Positionen des Magnetankers 3 über den Hubverlauf bekannt, kann bzw. können durch Extrapolation die Geschwindigkeit v und/oder der Gesamthub des Magnetankers 3 bestimmt werden.
Das in der Figur 5 dargestellte Weg-Zeit-Diagramm zeigt einen typischen Hubverlauf eines Magnetankers 3 eines erfindungsgemäßen Brennstoffventils 1. Die Punkte B und C können mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens sowohl in Bezug auf die Zeit t als auch in Bezug auf den Weg x direkt aus dem Strom- und/oder Spannungsverlauf bestimmt werden. Die Punkte A und D, die den Anfang und das Ende der Hubbewegung des Magnetankers 3 definieren, können beispielsweise nach einem aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren in Bezug auf die Zeit t ermittelt werden. Durch Extrapolation kann dann auf den jeweiligen Weg x in den Punkten A und D geschlossen werden, so dass hieraus der gesamte Hub sowie dessen Verlauf bestimmbar sind.
Je mehr Punkte über den Hubverlauf in Bezug auf die Zeit t und den Weg x bekannt sind, desto genauer kann die Extrapolation durchgeführt werden.

Claims

Ansprüche
1. Elektromagnetisch ansteuerbares Brennstoffventil (1) zum Eindosieren eines vorzugsweise gasförmigen Brennstoffs, umfassend eine Magnetspule (2) zur Einwirkung auf einen hubbeweglichen Magnetanker (3), der als Tauchanker ausgeführt ist und zumindest abschnittsweise von einem Polkörper (4) umgeben ist, so dass der Magnetanker (3) und der Polkörper (4) gemeinsam einen radialen Luftspalt (5) begrenzen, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des radialen Luftspalts (5) der Magnetanker (3) eine in Bewegungsrichtung (6) profilierte Außenkontur (7) und der Polkörper (4) eine in Bewegungsrichtung (6) des Magnetankers (3) profilierte Innenkontur (8) aufweisen, so dass sich der radiale Luftspalt (5) mit der Hubbewegung des Magnetankers (3) ändert.
2. Brennstoffventil (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenkontur (7) des Magnetankers (3) und die Innenkontur (8) des Polkörpers (4) gegengleich ausgeführt sind.
3. Brennstoffventil (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenkontur (7) des Magnetankers (3) und die Innenkontur (8) des Polkörpers (4) in Bewegungsrichtung (6) des Magnetankers (3) mehrfach gestuft ausgeführt sind.
4. Brennstoffventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenkontur (7) des Magnetankers (3) und die Innenkontur (8) des Polkörpers (4) in Bewegungsrichtung (6) des Magnetankers (3) sägezahnartig profiliert sind.
5. Verfahren zur Ansteuerung eines elektromagnetisch ansteuerbaren Brennstoffventils (1) zum Eindosieren eines vorzugsweise gasförmigen Brennstoffs nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zum Öffnen des Brennstoffventils (1) eine auf einen hubbeweglichen Magnetanker (3) einwirkende Magnetspule (2) bestromt wird und der Strom- und/oder Spannungsverlauf ausgewertet wird bzw. werden, dadurch gekennzeichnet, dass anhand des Strom- und/oder Spannungsverlaufs mindestens zwei axiale Positionen im Hubverlauf des Magnetankers (3) ermittelt und zur Berechnung des vom Magnetanker zurückgelegten Wegs verwendet werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass mit Hilfe mindestens eines Modells durch Extrapolation die Geschwindigkeit (v) des Magentankers (3) und/oder der Gesamthub des Magnetankers (3) ermittelt wird bzw. werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit (v) und/oder der Gesamthub des Magnetankers (3) zur Berechnung individueller Ansteuerzeiten verwendet werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitpunkt des Anfangs und/oder der Zeitpunkt des Endes der Hubbewegung des Magnetankers (3) durch Auswertung des Induktivitätsverlaufs ermittelt wird bzw. werden.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass mit Hilfe eines Modells durch Extrapolation der Zeitpunkte des Anfangs und des Endes der Hubbewegung des Magnetankers (3) auf die axiale Position des Magnetankers (3) zum jeweiligen Zeitpunkt geschlossen wird.
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