WO2018184960A1 - Verfahren zum schalten eines stromes in einem elektromagneten eines schaltbaren magnet-ventils sowie elektronische schaltung, magnet-ventil, pumpe und kraftfahrzeug - Google Patents

Verfahren zum schalten eines stromes in einem elektromagneten eines schaltbaren magnet-ventils sowie elektronische schaltung, magnet-ventil, pumpe und kraftfahrzeug Download PDF

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electromagnet
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solenoid valve
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Tet Kong Brian Chia
Dmitriy KOGAN
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Continental Automotive Gmbh
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    • F02D2200/10—Parameters related to the engine output, e.g. engine torque or engine speed
    • F02D2200/101—Engine speed

Definitions

  • the invention relates to a method for switching a current in an electromagnet of an electrical switchable solenoid valve. By means of the current, a magnetic field is generated in the electromagnet, which closes the valve against a force of a spring.
  • the invention also includes an electronic circuit for controlling the solenoid valve.
  • the invention also includes the solenoid valve with the electronic circuit and a pump for an injection system of a motor vehicle and the motor vehicle.
  • solenoid valve One of the most commonly used actuators for controlling a flow of a fluid is the solenoid valve.
  • solenoid valves There are two types of solenoid valves: the proportional valve and the digital or discrete switching valve
  • the injection pressure may be controlled by means of a digital inlet valve (DIV).
  • DIV digital inlet valve
  • a DIV is an electrically switchable solenoid valve that closes when subjected to an electrical current in the solenoid, i. the electric current flows through the electromagnet of the valve.
  • the valve is then closed against a force of a spring.
  • a valve disc or generally a closing element against the force of the spring can be moved from an open position to a closed position. In the de-energized state, the valve then opens automatically due to the force of the spring and is held there in the open position by the spring until a current flows through the electromagnet again.
  • the invention has for its object to provide a technically easy to implement measure to reduce the noise emission and / or wear of a solenoid valve.
  • the invention provides a method for switching a current in an electromagnet of an electrically switchable solenoid valve.
  • the solenoid valve operates in the manner known per se, that is, in successive switching cycles each of the current is turned on to close the valve against a force of a spring, so a closure element of the Move valve against the force of the spring from an open position to a closed position.
  • the current is generated by electrically connecting the solenoid to a voltage source. After switching off the current, the valve can then be opened again by the force of the spring, which then completes the switching cycle.
  • the invention controls the electromagnet by means of the current in the manner known from the prior art, namely by applying or setting a peak current to close the valve and then setting a Hal ⁇ testromes for holding the valve in the closed position.
  • the current is generated with alternating polarity. The polarity is reversed or exchanged in successive switching cycles.
  • the invention also includes refinements, resulting in additional benefits.
  • a connection direction of two terminals of the electromagnet is preferably reversed with respect to connection poles of the voltage source by means of a switching device for reversing the current direction.
  • the switching device may, for example, comprise transistors for this purpose.
  • Switching device can thus be realized with simple switching elements and thereby the advantageous effect of the invention can be achieved.
  • the switching device is thus realized as a bridge circuit with four switching elements.
  • high pressure is meant in the context of the invention, in particular a pressure of more than 100 bar.
  • the switching may be operated between exchange and constant operation in response to an idle ⁇ load operation of an internal combustion engine of the motor vehicle, he ⁇ follow.
  • an operating noise of an injection valve that is to say its noise emission
  • Switching to exchange mode is useful here.
  • the internal combustion engine drives the motor vehicle (internal combustion engine is engaged)
  • other operating noises are produced, which normally drown out the noise emission of the injection valve in such a way that it can be switched to constant operation without the injection valve becoming audible.
  • the invention provides an electronic circuit which is set up to carry out an embodiment of the method according to the invention.
  • the electronic circuit may have a microcontroller for this purpose.
  • the electronic circuit may comprise the described bridge circuit for switching the electric current for the electromagnet.
  • the invention also includes a solenoid valve with a Elekt ⁇ romagneten, which is adapted to, in a current flow of a current through the electromagnet, the valve against a force to close a spring.
  • the valve may have an embodiment of the electronic circuit according to the invention.
  • the electronic circuit may thus comprise the switching device for switching the current.
  • the switching device can have the bridge circuit with a full bridge, wherein the bridge circuit is set up to interchange a connection direction of two terminals of an electromagnet with respect to terminal poles of a voltage source.
  • the invention also includes a pump for an injection system of a motor vehicle.
  • the pump has the solenoid valve according to the invention.
  • the pump can therefore be an injection pump, in particular a high-pressure pump.
  • the invention also includes a motor vehicle with an internal combustion engine, for example a diesel engine or gasoline engine, which has a fuel injection system with an embodiment of the pump according to the invention.
  • a motor vehicle with an internal combustion engine for example a diesel engine or gasoline engine, which has a fuel injection system with an embodiment of the pump according to the invention.
  • the motor vehicle according to the invention may be a motor vehicle, in particular a passenger car or truck.
  • Fig. 1 is a schematic representation of an embodiment of the motor vehicle according to the invention.
  • Fig. 2 is a diagram with schematic progressions of
  • FIG. 3 is a schematic representation of a switching device which controls the current; 4 shows two switching states of the switching device of FIG. 3, by means of which an exchange of the current direction in the solenoid valve is achieved;
  • FIG. 5 shows a diagram with schematic progressions of the resulting current through the swapping according to FIG. 4.
  • FIG. 6 is a diagram with schematic graphs showing a
  • the exemplary embodiment explained below is a preferred embodiment of the invention.
  • the described components of the embodiment each represent individual features of the invention that are to be considered independently of one another, which also each independently further develop the invention and thus also individually or in a different combination than the one shown as part of the invention.
  • the described embodiment can also be supplemented by further features of the invention already described.
  • Fig. 1 shows a motor vehicle 10, which may be, for example, a passenger car or a truck.
  • the motor vehicle 10 may include an internal combustion engine 11 that may be operated from a fuel tank 13 based on a fuel 12.
  • the fuel 12 may be pumped from the fuel tank 13 to the engine 11 by means of a pump 14.
  • the pump 14 may be a one ⁇ injection pump.
  • the pump 14 may comprise a switchable solenoid valve 15, for example, a DIV, with a Verschlus ⁇ selement 16, for example a valve disk, and an electromagnet 18 with an electrical coil.
  • Electric current I for the electromagnet 18 can by a electronic circuit 17 are controlled, which may have a switching device 17 ⁇ for switching the current I.
  • An operation of the valve 15 can be coordinated with a rotation of a crankshaft 20 by detecting a rotational position 21 of the crankshaft 20 and the electric current I in
  • the rotational position 21 can be measured by means of a rotational position sensor 21 ⁇ .
  • the crankshaft 20 moves a piston 21 of the pump 14 in a pumping motion 23 to pump the fuel 12 from a low pressure side 24 to a high pressure side 25 where the fuel 12 is then injected by a fuel injection system.
  • An exhaust valve 26 of the pump can be a passive valve in ⁇ be playing as a check valve, and the intake valve can be formed by the described solenoid valve 15 with its encryption circuit member sixteenth
  • the current I is driven by the electromagnet 18, so that in this way a rod or pin 27 holding the closure element 16 is pulled against a spring force of a spring 28 to a pole piece 29 with an armature, so that the closure element 16 is moved or pulled from an open position 31 to a closed position 32.
  • the current I can be generated by a voltage source U, which for this purpose by means of the switching device 27 ⁇ electrically connected to the electromagnet 18 or is connected.
  • Fig. 2 shows over time t a time course of the current I and the switched electrical voltage of the voltage source U to the electromagnet 18, once for a normal operation or constant operation C and once for a 4-quadrant operation or exchange operation Q. Shown is that for successive Switching cycles in normal operation C a polarity of the switched voltage of the voltage source U and thus the current I remains constant, while in the exchange operation Q consecutive
  • Switching cycles 33 have an alternating polarity of the switched voltage of the voltage source U and thus the resulting current I in the electromagnet 18.
  • the current direction of the current is alternated in successive switching cycles 32 or vice versa.
  • a comparison of a gradient or a slope of the current I as it results in the comparison between the constant operation C and the exchange operation Q.
  • the gradient decreases by one gradient angle when the exchange operation Q is used.
  • Fig. 3 shows how the current direction or polarity of the current I by means of the switching device 17 ⁇ can be adjusted. Shown are the electromagnet 18, the switching device 17 ⁇ and the interconnection with the voltage source U, which provides the supply voltage VCC.
  • the voltage source U may be, for example, a battery of the motor vehicle 10.
  • the switching device 17 ⁇ may have a bridge circuit 34 with the full bridge 35, so that a total of four switching elements 36, for example, each one transistor, ready to connect a respective terminal 37, 38 of the electromagnet 18 to the poles 39, 40 of the voltage source U alternately electrically ,
  • the circuit can be closed in each case via a ground potential GND.
  • Fig. 4 illustrates two possible switching positions of
  • FIG. 5 shows again in detail the comparison of the resulting gradient of the current I, once the current I in constant mode (IC) and once the current I in the case of a switching cycle during the exchange operation (IQ).
  • the electromagnet 18 By switching the electromagnet in 4-quadrant operation or exchange operation Q, the polarity of the magnetic field is also switched or reversed or reversed with each switching cycle 33. Since ferromagnetic material is also present in the electromagnet 18, the electromagnet 18 maintains a magnetization after each switching cycle 33 (magnetic
  • FIG. 6 shows the magnetic flux P over the current intensity of the current I, as it can result during a switching cycle 33.
  • the reduction of the temporal gradient of the current I thus results in a reduced increase in time or a reduced rate of increase of the magnetic force due to the absence of a residual magnetization PO.
  • the magnetic force has to be completely applied or generated by the electric current I, which is lower or slower as a result. This reduces the acceleration of the closure element 16.
  • a reduction in the noise emission and / or wear of the valve 14 due to the reduced end velocity before impact in the closed position 32 are the advantageous consequence.
  • the example shows how the invention can provide a method for controlling a noise emission and / or component wear for an electrically switchable solenoid valve.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schalten eines Stromes (I) in einem Elektromagneten (18) eines schaltbaren Magnet-Ventils (15), wobei in aufeinander folgenden Schaltzyklen (33) jeweils der Strom (I) eingeschaltet wird, um das Ventil (15) gegen eine Kraft einer Feder (28) zu schließen, und hierbei der Strom (I) durch elektrisches Verbinden des Elektromagneten (18) mit einer Spannungsquelle (U) erzeugt wird. Die Erfindung sieht vor, dass in einem Tauschbetrieb (Q) des Ventils (15) bei zumindest zwei aufeinanderfolgenden Schaltzyklen (33) der Strom (I) in dem Elektromagneten (18) im Vergleich zum jeweils vorangegangenen Schaltzyklus (33) mit umgekehrter Stromrichtung erzeugt wird.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Schalten eines Stromes in einem Elektromagneten eines schaltbaren Magnet-Ventils sowie elektronische Schaltung, Magnet-Ventil, Pumpe und Kraftfahrzeug
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schalten eines Stromes in einem Elektromagneten eines elektrischen schaltbaren Magnetventils. Mittels des Stromes wird in dem Elektromagneten ein magnetisches Feld erzeugt, welches das Ventil gegen eine Kraft einer Feder schließt. Zu der Erfindung gehört auch eine elektronische Schaltung zum Steuern des Magnetventils.
Schließlich umfasst die Erfindung auch das Magnetventil mit der elektronischen Schaltung sowie eine Pumpe für ein Ein- spritzsystem eines Kraftfahrzeugs und das Kraftfahrzeug.
Einer der meist verwendeten Aktuatoren zum Steuern eines Flusses eines Fluids ist das Magnetventil (englisch: solenoid valve) . Es gibt zwei Typen von Magnetventilen: das Proportional-Ventil und das digitale oder diskrete Schaltventil (Englisch: Digital
Valve) . Beispielsweise kann in einem Kraftstoff-Einspritzsystem der Einspritz-Druck mittels eines digitalen Einlassventils (DIV - Digital Inlet Valve) gesteuert werden. Ein solches DIV ist ein elektrisch schaltbares Magnetventil, welches schließt, wenn es mit einem elektrischen Strom im Elektromagneten beaufschlagt wird, d.h. der elektrische Strom durch den Elektromagneten des Ventils fließt. Das Ventil wird dann gegen eine Kraft einer Feder geschlossen. Beispielsweise kann eine Ventilscheibe oder allgemein ein Schließelement gegen die Kraft der Feder aus einer Offenstellung in eine Geschlossenstellung bewegt werden. Im stromlosen Zustand öffnet sich das Ventil dann selbstständig aufgrund der Kraft der Feder und wird dort in der Offenstellung durch die Feder gehalten, bis wieder ein Strom durch den Elektromagneten fließt. Das
Stromprofil zum Schließen des Magnetventils ist ein Spitzen¬ strom, der die Aktivierungsenergie zum Schließen des Ventils bereitstellt. Anschließend wird der Strom in einen Haltestrom verändert, bei welchem das Magnetfeld des Elektromagneten zum Halten des Ventils in der Geschlossenstellung eingestellt wird. Dies ist z.B. aus der US 2012/0167993 AI bekannt. Aufgrund der schnellen Schaltvorgänge eines solchen Einlass¬ ventils besonders in einer Pumpe eines Kraftstoff-Einspritzsystems eines Kraftfahrzeugs, entstehen eine unerwünschte Geräuschemission und ein Verschleiß der Komponenten immer dann, wenn das Schließelement gegen den jeweiligen Endanschlag für die Geschlossenstellung (Elektromagnet wird bestromt) und die Offenstellung (Feder drückt das Ventil auf) anschlägt.
Aus der WO 2006/060545 AI ist ein Verfahren zum Reduzieren der Geräuschemission eines Magnetventils einer Kraft- stoff-Einspritzpumpe bekannt. Das Verfahren erfordert auf¬ wendige Schaltpulse.
Bekannte Verfahren zur Reduktion der Geräuschemission benötigen eine aufwändige Regelung oder Steuerung des Stromprofils, wobei es bei einer fehlerhaften Konfiguration dazu kommen kann, dass das Stromprofil nicht ausreicht, um das Ventil erfolgreich zu schließen .
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine technisch einfach zu realisierende Maßnahme zur Reduktion der Geräusch-emission und/oder des Verschleißes eines Magnetventils bereitzustellen.
Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Pa¬ tentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Er- findung sind durch die abhängigen Patentansprüche, die folgende Beschreibung und die Figuren beschrieben.
Durch die Erfindung ist ein Verfahren zum Schalten eines Stromes in einem Elektromagneten eines elektrisch schaltbaren Mag- netventils bereitgestellt. Das Magnetventil arbeitet in der an sich bekannten Weise, d.h. in aufeinanderfolgenden Schaltzyklen wird jeweils der Strom eingeschaltet, um das Ventil gegen eine Kraft einer Feder zu schließen, also ein Verschlusselement des Ventils gegen die Kraft der Feder aus einer Offenstellung in eine Geschlossenstellung zu bewegen. Hierbei wird der Strom durch elektrisches Verbinden des Elektromagneten (Solenoid) mit einer Spannungsquelle erzeugt. Nach Ausschalten des Stromes kann das Ventil dann wieder durch die Kraft der Feder geöffnet werden, was dann den Schaltzyklus vervollständigt.
Die Erfindung steuert den Elektromagneten mittels des Stromes in der aus dem Stand der Technik bekannten Weise, nämlich durch Applizieren oder Einstellen eines Spitzenstromes zum Schließen des Ventils und durch anschließendes Einstellen eines Hal¬ testromes zum Halten des Ventils in der Geschlossenstellung. Anders als im Stand der Technik wird nun aber der Strom mit alternierender Polarität erzeugt. Die Polarität wird in auf- einanderfolgenden Schaltzyklen vertauscht oder getauscht.
Dieser Betriebsmodus ist deshalb im Folgenden als Tauschbetrieb bezeichnet. In dem Tauschbetrieb des Ventils wird also bei zumindest zwei aufeinanderfolgenden Schaltzyklen jeweils der Strom in dem Elektromagneten im Vergleich zum jeweils voran- gegangenen Schaltzyklus mit umgekehrter Stromrichtung oder Polarität erzeugt. Der Elektromagnet kann dazu in einem
4-Quadranten-Betrieb betrieben werden. Hierdurch wird eine Beschleunigungskraft oder die Beschleunigung reduziert, mit welcher das Verschlusselement des Ventils von der Offenstellung in die Geschlossenstellung bewegt wird. Mit anderen Worten schlägt das Verschlusselement des Ventils mit einer geringeren Endgeschwindigkeit in der Endposition der Geschlossenstellung an als bei gleichbleibender Polarität. Grund dafür ist, dass der Elektromagnet umpolarisiert werden muss, d.h. beim Einschalten des Stromes mit umgekehrter Polarität wird zunächst die mag¬ netische Remanenz im weichmagnetischen Material des Elektro¬ magneten abgebaut, bevor es zu einer Beschleunigung oder Bewegung des Verschlusselements des Ventils kommen kann. Hierdurch wird der zeitliche Gradient oder der zeitliche Anstieg des in dem Elektromagneten fließenden Stromes beim Einschalten der
Spannungsquelle reduziert, was in einem entsprechend zeitlich langsameren Anstieg der magnetischen Kraft resultiert. So wirkt die Remanenzfeldstärke des Elektromagneten im Ein- schalt-Zeitpunkt des Stromes nicht schon mit bei der Be¬ schleunigung des Verschlusselements, sondern es ist aus¬ schließlich der elektrische Strom, der schließlich zur Beschleunigung des Verschlusselements führt. Insgesamt ergibt sich hierdurch eine verringerte Beschleunigung des Verschlussele¬ ments im Vergleich zu einem Konstantbetrieb, in welchem die Stromrichtung in den aufeinanderfolgenden Schaltzyklen gleich gehalten wird. Der Tauschbetrieb verringert insgesamt die Endgeschwindigkeit des Verschlusselements, die dieses beim Anschlagen oder Einschlagen in die Endpositionen aufweist.
Dadurch werden Geräuschemission und/oder Verschleiß reduziert.
Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen, durch die sich zusätzliche Vorteile ergeben.
Um die Polarität des Stromes einzustellen oder zu vertauschen, wird bevorzugt mittels einer Schalteinrichtung zum Umkehren der Stromrichtung eine Anschlussrichtung zweier Anschlüsse des Elektromagneten bezüglich Anschlusspolen der Spannungsquelle vertauscht. Die Schalteinrichtung kann hierzu zum Beispiel Transistoren aufweisen. Weist also der Elektromagnet einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss auf, so wird der erste Anschluss in einem Schaltzyklus mit dem ersten Anschlusspol und der zweite Anschluss mit dem zweiten Anschlusspol und zum Umkehren der Stromrichtung im nächsten Schaltzyklus der erste Anschluss mit dem zweiten Anschlusspol und der zweite Anschluss mit dem ersten Anschlusspol elektrisch verbunden. Die
Schalteinrichtung kann also mit einfachen Schaltelementen realisiert werden und hierdurch der vorteilhafte Effekt der Erfindung erzielt werden.
Insbesondere ist vorgesehen, die Stromrichtung des Stromes mittels einer Vollbrücke einer Brückenschaltung (H-Brücke) einzustellen. Mit anderen Worten ist also die Schalteinrichtung als Brückenschaltung mit vier Schaltelementen realisiert.
Hierdurch ergibt sich der beschriebene 4-Quadranten-Betrieb . Eine andere Bezeichnung für eine solche Brückenschaltung ist auch Vierquadrantensteller . Besonders vorteilhaft ist hierbei, dass auch zwischen dem Tauschbetrieb und dem besagten Konstantbetrieb, in welchem die Stromrichtung in den aufeinanderfolgenden Schaltzyklen gleich gehalten wird, gewechselt werden kann. Dies geschieht bevorzugt in Abhängigkeit von einem Umschaltsignal, durch welches zwischen dem Tauschbetrieb und dem Konstantbetrieb umgeschaltet wird.
Dies ist insbesondere interessant für den Fall, dass als Ventil ein Einspritzventil einer Hochdruckpumpe eines Kraft- stoff-Einspritzsystems eines Kraftfahrzeugs gesteuert wird. Unter „Hochdruck" ist im Zusammenhang mit der Erfindung insbesondere ein Druck von mehr als 100 bar zu verstehen.
In diesem Zusammenhang kann das Umschalten zwischen Tausch- betrieb und Konstantbetrieb in Abhängigkeit von einem Leer¬ laufbetrieb eines Verbrennungsmotors des Kraftfahrzeugs er¬ folgen. Im Leerlaufbetrieb ist ein Betriebsgeräusch eines Einspritzventils, also dessen Geräuschemission, im Verhältnis zu den übrigen Betriebsgeräuschen des Kraftfahrzeugs lauter. Hier ist dann das Umschalten in den Tauschbetrieb sinnvoll. Treibt der Verbrennungsmotor dagegen das Kraftfahrzeug (Verbrennungsmotor ist eingekuppelt) , so ergeben sich andere Betriebsgeräusche, welche in der Regel die Geräuschemission des Einspritzventils derart übertönen, dass in den Konstantbetrieb gewechselt werden kann, ohne dass hierdurch das Einspritzventil hörbar wird.
Um das erfindungsgemäße Verfahren in einem Magnetventil durchführen zu können, ist durch die Erfindung eine elektronische Schaltung bereitgestellt, die dazu eingerichtet ist, eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Die elektronische Schaltung kann hierzu einen Mikrocontroller aufweisen. Des Weiteren kann die elektronische Schaltung die beschriebene Brückenschaltung zum Schalten des elektrischen Stromes für den Elektromagneten aufweisen.
Die Erfindung umfasst auch ein Magnetventil mit einem Elekt¬ romagneten, der dazu eingerichtet ist, bei einem Stromfluss eines Stromes durch den Elektromagneten das Ventil gegen eine Kraft einer Feder zu schließen. Des Weiteren kann das Ventil eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektronischen Schaltung aufweisen . Die elektronische Schaltung kann also die Schalteinrichtung zum Schalten des Stromes umfassen. Die Schalteinrichtung kann dabei die Brückenschaltung mit einer Vollbrücke aufweisen, wobei die Brückenschaltung dazu eingerichtet ist, eine Anschlussrichtung von zwei Anschlüssen eines Elektromagneten bezüglich An- Schlusspolen einer Spannungsquelle zu vertauschen.
Zu der Erfindung gehört auch eine Pumpe für ein Einspritzsystem eines Kraftfahrzeugs. Die Pumpe weist das erfindungsgemäße Magnetventil auf. Die Pumpe kann also eine Einspritzpumpe sein, insbesondere eine Hochdruckpumpe.
Schließlich umfasst die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor, beispielsweise einem Dieselmotor oder Ottomotor, der ein Kraftstoff-Einspritzsystem mit einer Aus- führungsform der erfindungsgemäßen Pumpe aufweist.
Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug kann ein Kraftwagen sein, insbesondere ein Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen. Im Folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung be¬ schrieben. Hierzu zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs;
Fig. 2 ein Diagramm mit schematisierten Verläufen von
Stromprofilen eines Stromes in einem Magnetventil des Kraftfahrzeugs von Fig. 1 ; Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Schalteinrichtung, welche den Strom steuert; Fig. 4 zwei Schaltzustände der Schalteinrichtung von Fig. 3, durch welche ein Umtauschen der Stromrichtung in dem Magnetventil erreicht wird;
Fig. 5 ein Diagramm mit schematisierten Verläufen der resultierenden Stromstärke durch das Vertauschen gemäß Fig. 4; und
Fig. 6 ein Diagramm mit schematisierten Graphen, welche einen
Zusammenhang zwischen Stromstärke und magnetischem Fluss in dem Magnetventil veranschaulichen.
Bei dem im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Bei dem Ausführungsbeispiel stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsform jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren ist die beschriebene Ausführungsform auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
Fig. 1 zeigt ein Kraftfahrzeug 10, bei dem es sich beispielsweise um einen Personenkraftwagen oder einen Lastkraftwagen handeln kann. Das Kraftfahrzeug 10 kann einen Verbrennungsmotor 11 aufweisen, der auf der Grundlage eines Kraftstoffs 12 aus einem Kraftstofftank 13 betrieben werden kann. Der Kraftstoff 12 kann aus dem Kraftstofftank 13 zu dem Verbrennungsmotor 11 mittels einer Pumpe 14 gepumpt werden. Die Pumpe 14 kann eine Ein¬ spritzpumpe sein. Die Pumpe 14 kann ein schaltbares Magnetventil 15 aufweisen, beispielsweise ein DIV, mit einem Verschlus¬ selement 16, beispielsweise einer Ventilscheibe, und einem Elektromagneten 18 mit einer elektrischen Spule. Ein
elektrischer Strom I für den Elektromagneten 18 kann durch eine elektronische Schaltung 17 gesteuert werden, welche eine Schalteinrichtung 17 λ zum Schalten des Stromes I aufweisen kann. Ein Betrieb des Ventils 15 kann mit einer Rotation einer Kurbelwelle 20 koordiniert werden, indem eine Drehstellung 21 der Kurbelwelle 20 erfasst wird und der elektrische Strom I in
Abhängigkeit von der Drehlage 21 geschaltet wird. Die Drehlage 21 kann mittels eines Drehlagesensors 21 λ gemessen werden. Die Kurbelwelle 20 bewegt einen Kolben 21 der Pumpe 14 in einer Pumpbewegung 23, um den Kraftstoff 12 von einer Niederdruckseite 24 auf eine Hochdruckseite 25 zu pumpen, wo der Kraftstoff 12 dann von einem Kraftstoff-Einspritzsystem eingespritzt wird. Ein Auslassventil 26 der Pumpe kann ein passives Ventil, bei¬ spielsweise ein Rückschlagventil, sein, und das Einlassventil kann durch das beschriebene Magnetventil 15 mit seinem Ver- Schlusselement 16 gebildet sein. Zum Schließen des Ventils 15 wird der Strom I durch den Elektromagneten 18 getrieben, so dass hierdurch ein Stab oder Pin 27, der das Verschlusselement 16 hält, gegen eine Federkraft einer Feder 28 zu einem Polstück 29 mit einem Anker gezogen wird, sodass das Verschlusselement 16 von einer Offenstellung 31 in eine Geschlossenstellung 32 bewegt oder gezogen wird. Der Strom I kann durch eine Spannungsquelle U erzeugt werden, die hierzu mittels der Schalteinrichtung 27 λ mit dem Elektromagneten 18 elektrisch verschaltet oder verbunden wird .
Durch Ausschalten der Spannungsquelle U ergibt sich ein ex- ponentieller Abfall des Stromes I in dem Elektromagneten 18. Sobald dann die Federkraft der Feder 28 stärker ist als das Magnetfeld des Elektromagneten 18 und des in der Pumpe ver- bleibenden Druckes, wird das Verschlusselement 16 zurück von der Geschlossenstellung 32 in die Offenstellung 31 bewegt. Dies beendet dann einen vollen Schaltzyklus oder Pumpzyklus der Pumpe.
Fig. 2 zeigt über der Zeit t einen zeitlichen Verlauf des Stromes I und der geschalteten elektrischen Spannung der Spannungsquelle U am Elektromagneten 18, und zwar einmal für einen Normalbetrieb oder Konstantbetrieb C und einmal für einen 4-Quadranten-Betrieb oder Tauschbetrieb Q. Gezeigt ist, dass für aufeinanderfolgende Schaltzyklen im Normalbetrieb C eine Polarität der geschalteten Spannung der Spannungsquelle U und damit des Stromes I konstant bleibt, während im Tauschbetrieb Q aufeinanderfolgende
Schaltzyklen 33 eine abwechselnde Polarität der geschalteten Spannung der Spannungsquelle U und damit des resultierenden Stromes I im Elektromagneten 18 aufweisen. Mit anderen Worten wird die Stromrichtung des Stromes die in aufeinanderfolgenden Schaltzyklen 32 abgewechselt oder umgekehrt. Veranschaulicht ist des Weiteren ein Vergleich eines Gradienten oder einer Steigung des Stromes I, wie er sich im Vergleich zwischen dem Konstantbetrieb C und dem Tauschbetrieb Q ergibt. Der Gradient wird um einen Gradientenwinkel geringer, wenn der Tauschbetrieb Q verwendet wird. Fig. 3 zeigt, wie die Stromrichtung oder Polarität des Stromes I mittels der Schalteinrichtung 17 λ eingestellt werden kann. Dargestellt sind der Elektromagnet 18, die Schalteinrichtung 17 λ und die Verschaltung mit der Spannungsquelle U, welche die Versorgungsspannung VCC bereitstellt. Die Spannungsquelle U kann beispielsweise eine Batterie des Kraftfahrzeugs 10 sein.
Die Schalteinrichtung 17 λ kann eine Brückenschaltung 34 mit der Vollbrücke 35 aufweisen, sodass insgesamt vier Schaltelemente 36, beispielsweise jeweils ein Transistor, bereitstehen, um einen jeweiligen Anschluss 37, 38 des Elektromagneten 18 mit den Polen 39, 40 der Spannungsquelle U abwechselnd elektrisch zu verbinden. Der Stromkreis kann jeweils über ein Massepotential GND geschlossen werden. Fig. 4 veranschaulicht zwei mögliche Schaltstellungen der
Schalteinrichtung 17 die es erlauben oder ermöglichen, die Stromrichtung des Stromes I im Elektromagneten 18 zwischen zwei Schaltzyklen 33 umzuschalten. Fig. 5 zeigt noch einmal im Detail den Vergleich des sich ergebenden Gradienten des Stromes I, einmal der Strom I im Konstantbetrieb (IC) und einmal der Strom I im Falle eines Schaltzyklus während des Tauschbetriebs (IQ) . Der Strom I erreicht im Tauschbetrieb Q im Vergleich zum Konstantbetrieb C eine vorgegebene Stromstärke 10, um eine Zeitverzögerung ΔΤ später aufgrund des Unterschieds im Anstiegs-Gradienten des Stromes I .
Durch Schalten des Elektromagneten im 4-Quadranten-Betrieb oder Tauschbetrieb Q, wird auch die Polarität des magnetischen Felds mit jedem Schaltzyklus 33 umgeschaltet oder vertauscht oder umgedreht. Da in dem Elektromagneten 18 auch ferromagnetisches Material vorhanden ist, behält der Elektromagnet 18 nach jedem Schaltzyklus 33 eine Magnetisierung bei (magnetischer
Remanenzeffekt) . Diese verbleibende Magnetisierung auch ohne Stromfluss entsteht aufgrund der Magnet-Dipole im weichmag¬ netischen Material, die in der Ausrichtung der letzten Mag- netisierung verbleiben . Wird nun aber der Strom mit abwechselnder Stromrichtung angelegt, sodass auch das magnetische Feld mit jedem Schaltzyklus 32 eine andere Polarität oder Polarisierung aufweist, muss diese Rest-Magnetisierung zunächst reduziert oder abgebaut werden, bis sie 0 erreicht. Dieses Ummagnetisieren des weichmagnetischen Materials verbraucht oder benötigt einen vorgegebenen Energiegehalt, der als magnetische Koerzitiv- feldstärke bezeichnet ist.
Dieses Abbauen der Rest-Magnetisierung und die hierzu benötigte Energie reduziert den Anstieg der Stromstärke des Stromes I nach dem Einschalten zu Beginn eines Schaltzyklus 32. Die Energie wird zum Entmagnetisieren oder Ummagnetisieren für das Umpolen des weichmagnetischen Materials verbraucht. Die Reduktion des Gradienten um die Differenz hat den vorteilhaften Effekt, dass sich die Beschleunigung des Verschlusselements 16 reduziert und damit Geräuschemission und/oder Verschleiß des Magnetventils 15 reduziert werden.
Ein zweiter Effekt ist in Fig. 6 veranschaulicht. Fig. 6 zeigt über der Stromstärke des Stromes I den magnetischen Fluss P, wie er sich während eines Schaltzyklus 33 ergeben kann. Im
Tauschbetrieb Q ergibt sich im Vergleich zum Konstanzbetrieb C eine Vergrößerung ΔΙ der Einschaltstromstärke des Stroms I . Dies zeigt, dass mehr Strom I benötigt ist, um dieselbe magnetische Kraft zum Schließen des Ventils 15. Die Magnetkraft ist nötig, um die Federkraft der Feder 18 zu überwinden. Dieser Effekt der Vergrößerung ΔΙ wird hervorgerufen durch die Tatsache, dass der magnetische Fluss P nun von 0 an aufgebaut werden muss und nicht von einem Offsetwert PO aus beginnt, wie dies im Konstantbetrieb C aufgrund der gleichbleibenden Ausrichtung des Magnetfelds möglich ist. Das bedeutet, dass beim Konstantbetrieb C die Magnetkraft schon beim Einschalten des Stromes I in die für den Schaltzyklus 33 vorgesehene Richtung ausgerichtet ist und somit zum Beschleunigen des Verschlusselements 16 beiträgt. Mit anderen Worten wirkt die Rest-Magnetisierung fördernd auf die Beschleunigung des Verschlusselements 16. Im 4-Quadranten- Betrieb oder Tauschbetrieb Q muss dagegen die gesamte Be- schleunigung durch den Strom selbst bewirkt werden.
Insgesamt ergibt sich somit durch die Verringerung des zeitlichen Gradienten des Stromes I ein verringerter zeitlicher Anstieg oder eine verringerte zeitliche Anstiegsrate der Magnetkraft aufgrund des Fehlens eines Rest-Magnetisierung PO. Die Magnetkraft muss vollständig durch den hierdurch geringer oder langsamer ansteigenden elektrischen Strom I aufgebracht oder erzeugt werden. Dies verringert die Beschleunigung des Verschlusselements 16. Eine Verringerung der Geräuschemission und/oder des Verschleißes des Ventils 14 aufgrund der verringerten Endgeschwindigkeit vor dem Einschlag in die Geschlossenstellung 32 sind die vorteilhafte Folge .
Insgesamt zeigt das Beispiel, wie durch die Erfindung für ein elektrisch schaltbares Magnet-Ventil ein Verfahren zum Kontrollieren einer Geräuschemission und/oder eines Komponentenverschleißes bereitgestellt werden kann.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Schalten eines Stromes (I) in einem Elektromagneten (18) eines schaltbaren Magnet-Ventils (15), wobei in aufeinanderfolgenden Schaltzyklen (33) jeweils der Strom (I) eingeschaltet wird, um das Ventil (15) gegen eine Kraft einer Feder (28) zu schließen, und hierbei der Strom (I) durch elektrisches Verbinden des Elektromagneten (18) mit einer Spannungsquelle (U) erzeugt wird, d a d u r c h g e - k e n n z e i c h n e t , dass in einem Tauschbetrieb (Q) des Ventils (15) bei zumindest zwei aufeinanderfolgenden Schalt¬ zyklen (33) der Strom (I) in dem Elektromagneten (18) im Vergleich zum jeweils vorangegangenen Schaltzyklus (33) mit umgekehrter Stromrichtung erzeugt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei mittels einer Schalteinrichtung zum Umkehren der Stromrichtung eine Anschlussrichtung zweier Anschlüsse (37, 38) des Elektromagneten (18) bezüglich Anschlusspolen (39, 40) der Spannungsquelle (U) vertauscht wird.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Stromrichtung des Stroms (I) mittels einer Brückenschaltung (34) eingestellt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen dem Tauschbetrieb (Q) und einem Konstantbetrieb (C) , in welchem die Stromrichtung in den aufeinanderfolgenden
Schaltzyklen (33) gleich gehalten wird, in Abhängigkeit von einem Umschaltsignal umgeschaltet wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei als das Ventil (15) ein Einspritzventil einer Hochdruckpumpe eines Kraftstoff-Einspritzsystems eines Kraftfahrzeugs (10) gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 5 in dessen Rückbezug auf Anspruch wobei in Abhängigkeit von einem Leerlaufbetrieb eines Verbrennungsmotors (11) des Kraftfahrzeugs (10) zwischen dem Tauschbetrieb (Q) und dem Konstantbetrieb (C) umgeschaltet wird.
7. Elektronische Schaltung (17) zum Steuern eines Magnet- Ventils (14), wobei die Schaltung dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen.
8. Schaltung (17) nach Anspruch 7, wobei eine Schalteinrichtung (17 λ) eine Brückenschaltung (34) mit einer Vollbrücke (35) aufweist.
9. Magnet-Ventil (15) mit einem Elektromagneten (18), der dazu eingerichtet ist, bei einem Stromfluss eines Stromes (I) durch den Elektromagneten (18) das Ventil (15) gegen eine Kraft einer Feder (28) zu schließen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Ventil (15) eine elektronische Schaltung (17) nach Anspruch 7 oder 8 aufweist.
10. Pumpe (14) für ein Einspritzsystem eines Kraftfahrzeugs (10), wobei die Pumpe (14) ein Magnet-Ventil (15) nach Anspruch
9 aufweist.
11. Kraftfahrzeug (10) mit einem Verbrennungsmotor (11), der ein Kraftstoff-Einspritzsystem mit einer Pumpe (14) nach An- spruch 10 aufweist.
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