WO2009095125A1 - Verfahren zur ansteuerung von magnetventilen - Google Patents

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coil
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solenoid valve
voltage
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Thomas Gann
Ralf Schulte
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Robert Bosch GmbH
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    • F02D2041/2058—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils characterised by the control of the circuit using information of the actual current value

Definitions

  • the invention relates to a method and a control device for driving solenoid valves and a computer program and a computer program product.
  • Solenoid valves are used, for example, for the control of fuel injection pumps. In these, it is necessary to comply with the opening and closing timing and the opening end of the valve needle as closely as possible in order to accurately determine the amount of fuel supplied.
  • the movement of the valve element affects the relationship between current and voltage of the excitation coil such solenoid valves. It can be drawn from the course of a coil current at a constant voltage or from the course of the coil voltage at a constant coil current conclusions on the stroke profile of the valve element. In particular, rapid changes in speed of the valve element can be detected well. These rapid speed changes occur when the stroke stop is reached for the active switching state of the valve and when the sealing seat is reached, usually during the transition to the passive switching state of the valve.
  • a coil current must again be actively set up in all known methods before the impact event. This is done either by briefly applying a voltage, for example, from the vehicle battery or a capacitor, or by impressing a current or voltage via a linearly controlled output stage. In any case, the renewed structure of the current is accompanied by an energy withdrawal from the control unit and the current profile or the current level achieved depends on the accuracy of the control voltages provided by the control unit.
  • the inventive method is used to control solenoid valves and thereby for detecting a stroke stop of a solenoid valve, wherein a current for detecting a
  • Transition is built into a passive switching state, wherein in a magnetic field of the solenoid valve is still used inherently stored energy to build the current.
  • the presented method thus utilizes the fact that at the time of extinction of the coil current at the end of the drive, the magnetic field in the valve has not yet extinguished.
  • the rapid current reduction in the coil causes build up in the core material and the armature of the solenoid valve eddy currents, which are directed so that they counteract a degradation of the original existing magnetic field. Due to the ohmic resistance The eddy current paths is now induced in the coil at a coil current zero, a negative voltage, which causes both a decay of the eddy currents and a decay of the still existing magnetic field.
  • the coil or sensor current is switched to the "freewheeling" switching state, so that the coil voltage can no longer be negative, instead the zero voltage is applied to the coil a large part of the core and armature eddy currents are fed back into the coil, and the coil current level achieved in this way results from the magnetic field still present in the solenoid valve at the time of switching
  • Zero Voltage is a simplification, since in reality the negative voltage drop at the wiring harness and at the freewheeling path of the controller still rests against the coil. But this is an unavoidable, unwanted effect.
  • the current pause is set to zero or negative between extinction of the drive current and switching to the freewheel.
  • zero is switched to the freewheel immediately upon reaching the coil current.
  • the freewheel is switched to freewheel already before the drive current is completely extinguished and switched from the falling drive current edge to the sensor current course.
  • the design of the anchor end face can be taken into account. But it can also targeted a shorted secondary coil or a shorted ring in the coil window of - A -
  • Solenoid valve are inserted. It is thus achieved that the magnetic field present at the time of the sensor current build-up and the level of the sensor current increase.
  • the method according to the invention has the advantage, at least in some of the listed embodiments, that an energy transfer from the control unit to the solenoid valve is not required to build up the coil current required for the stop detection. Consequently, no energy is drawn from a storage capacitor with limited energy content.
  • the course of the sensor current is independent of the battery voltage or of the voltage of a storage capacitor.
  • the structure of the sensor current also causes no increase in the magnetic force in the solenoid valve. Since the sensor current is not actively established by the controller, control of the sensor current build-up by the controller is not required.
  • the control unit according to the invention is used to control solenoid valves and is designed to build a coil current before reaching a stop for a passive switching state, is switched to build the coil current in a switching state freewheel, so that the voltage across the coil is zero.
  • the invention further relates to a computer program with program code means to perform all the steps of a described method, when the computer program is executed on a computer or a corresponding computing unit, in particular in a presented device.
  • the computer program product according to the invention with program code means which are stored on a computer-readable data carrier is designed to carry out all the steps of a described method when the computer program is executed on a computer or a corresponding computing unit, in particular in a presented device.
  • Figure 1 shows a schematic representation of a circuit of a control unit output stage according to the prior art.
  • FIG. 2 shows in a graph the course of the sensor current.
  • FIG. 3 shows, in an equivalent circuit diagram, the magnetic circuit of a high-speed solenoid valve.
  • FIG. 4 shows the course of the sensor current in a sensor current configuration according to the invention.
  • the circuit comprises a DC / DC converter 12, a storage capacitor C B oos 14, a semiconductor valve which can be switched on and off, for example a FET or IGBT, T B oos 16, a diode D B oos 18, a transistor T LS 20, a diode D Fr 22, a transistor T H s 24 and a coil 26.
  • the storage capacitor C B oos is a semiconductor valve which can be switched on and off, for example a FET or IGBT, T B oos 16, a diode D B oos 18, a transistor T LS 20, a diode D Fr 22, a transistor T H s 24 and a coil 26.
  • the storage capacitor C B oos The storage capacitor C B oos
  • the reduction of the drive current to the end of the valve control is usually done by switching to the switching state "snow erase".
  • the current flow takes place via a terminal 28 of a battery voltage U BA ⁇ 30 via the transistor T H s 24, the coil
  • the diode D BO os 18, the storage capacitor C B oos 14 to ground 32.
  • the transistor T H s 24 is conductive, all other transistors are blocked.
  • the voltage U BAT - U B oos is then applied to the coil. Alternatively, all the transistors can be extinguished during snow erase be locked.
  • the current flow then takes place from the ground point 32 via the diode D Fr 22, the coil 26, the diode D B oos 18 and the storage capacitor C B oos 14 back to the ground point 32.
  • the voltage -U B oos at.
  • Booster capacitor C B oos 14 additional energy removed, which must be redelivered via the DC / DC converter 12 again and this therefore additionally charged.
  • FIG. 1 A typical course of the sensor current from t ⁇ 65 ⁇ s in this procedure is shown in FIG. In this illustration, at an ordinate 50, the current versus time (abscissa
  • the accuracy of the set sensor current in the case of boosting depends on the accuracy of the booster voltage and on the accuracy with which the control unit terminates the switching state "booster" again when a switch-off threshold is reached. moreover With the construction of the sensor current, a renewed increase in the magnetic force of the valve takes place, which leads to a slight delay in the closing operation of the valve.
  • the illustration shows in a first region 54 a snow erase, in which the measuring range of the voltage is exceeded.
  • a renewed booster in a second area 56 serves to build up the sensor current, wherein the measuring range of the voltage is exceeded.
  • a kink in the course of the current can be seen, which indicates the closing time.
  • the invention utilizes the fact that at the time of extinction of the coil current at the end of the drive, the magnetic field in the valve is not yet extinguished. Rather, the rapid power reduction in the coil causes build up in the core material and the armature of the solenoid valve eddy currents, which are directed so that they counteract degradation of the original existing magnetic field. Due to the ohmic resistance of the eddy current paths, a negative voltage is now induced in the coil at coil current zero, which causes both a decay of the eddy currents and a decay of the still existing magnetic field.
  • FIG. 1 The illustration shows a first current path 60, which comprises a coil 62, whose inductance L is determined as a function of the variable air gap s of the magnetic circuit, and a series resistance Rs 64.
  • the magnetic flux linkage ⁇ describes the behavior of the coil 62.
  • an eddy current path 66 can be seen, which in turn comprises the coil 62, a leakage inductance L ⁇ * 68 and a scattering resistance Rw * - for a
  • the switching state "freewheeling" is now switched to build up the sensor current after a short pause of the current.
  • the coil voltage u m ( j 70) can thus no longer be negative, but the voltage zero is applied to the coil, as a result of which a large commutator commutes Part of the eddy currents of core and armature back into the coil 62.
  • To build up the sensor current only the energy still inherently stored in the magnetic field of the solenoid valve is used. Because only the "freewheeling" switching state is used to build up the sensor current, the current build-up is absolutely independent of the supply voltage or the voltage of a storage capacitor in the control unit, and no energy is taken from a voltage source in the control unit.
  • the pause between extinction of the drive current and switching into the circuit may also be set to zero or negative.
  • zero is switched directly to the freewheel when reaching the coil current, in the other case is already switched to freewheel before the complete extinction of the drive current and switched from the falling Anêtstromflanke in the sensor current waveform. If the eddy currents in the magnetic circuit diminish too quickly, their decay can be reduced by the targeted introduction of eddy current paths into the magnetic field
  • the design of the anchor end face can be used, but it can also be selectively inserted a short-circuited secondary coil or a short-circuited ring in the coil window of the solenoid valve. This increases the magnetic field present at the time of the sensor current build-up and the level of the sensor current.
  • FIG. 4 shows the course of the coil current from t.about.65 ⁇ s and the coil voltage when the sensor current is generated according to the invention.
  • the current at an ordinate 80 is plotted against time (abscissa 82).
  • the illustration shows the course of the sensor current by switching to the "freewheeling" switching state.
  • a snow erasure can be recognized in a first region 84, with the measuring range of the voltage being exceeded.
  • a second area 86 for example between 25 and 50 ⁇ s, all current paths in the control unit are blocked. Decaying eddy currents induce a negative coil voltage. The measuring range of the voltage is exceeded most of the time.
  • Time 88 is a switch to freewheel to build the sensor current.
  • the sensor current structure is driven by the eddy currents in the magnetic circuit. There is no new energy input into the magnetic circuit and no renewed magnetic force increase. There is no dependence of the sensor current on voltages in the control unit.

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Abstract

Es werden ein Verfahren und ein Steuergerät zur Ansteuerung von Magnetventilen vorgestellt. Bei dem Verfahren ist vorgesehen, dass zur Detektion eines Hubanschlags ein Strom zur Detektion eines Übergangs in einen passiven Schaltzustand aufgebaut wird, wobei in einem Magnetfeld des Magnetventils noch inhärent gespeicherte Energie zum Aufbau des Stroms genutzt wird.

Description

Beschreibung
Titel
Verfahren zur Ansteuerung von Magnetventilen
Die Erfindung betrifft eine Verfahren und ein Steuergerät zum Ansteuern von Magnetventilen sowie ein Computerprogramm und ein Computerprogrammprodukt.
Stand der Technik
Magnetventile werden bspw. für die Steuerung von Kraftstoffeinspritzpumpen eingesetzt. Bei diesen ist es notwendig, den Öffhungs- und Schließzeitpunkt sowie das Öffnungsende der Ventilnadel möglichst genau einzuhalten, um die Menge des zugeführten Kraftstoffs präzise bestimmen zu können.
Bei Magnetventilen beeinflusst die Bewegung des Ventilelements den Zusammenhang zwischen Strom und Spannung der Erregerspule solcher Magnetventile. Dabei können aus dem Verlauf eines Spulenstroms bei konstanter Spannung oder aus dem Verlauf der Spulenspannung bei konstantem Spulenstrom Rückschlüsse auf den Hubverlauf des Ventilelements gezogen werden. Insbesondere schnelle Geschwindigkeitsänderungen des Ventilelements können gut detektiert werden. Diese schnellen Geschwindigkeitsänderungen treten bei Erreichen des Hubanschlags für den aktiven Schaltzustand des Ventils und bei Erreichen des Dichtsitzes, üblicherweise beim Übergang in den passiven Schaltzustand des Ventils, auf.
Verfahren zur Detektion solcher Anschlagereignisse sind bekannt. In der Druckschrift DE 36 09 599 Al ist bspw. ein Verfahren zur Steuerung der Entregungszeit von elektromagnetischen Einrichtungen, insbesondere von elektromagnetischen Ventilen bei Brennkraftmaschinen, bekannt. Bei diesem Verfahren ist vorgesehen, dass der Erregungsstrom der elektromagnetischen Einrichtung ausgehend von einem Haltestrom entsprechenden hohen Wert innerhalb der Dauer eines für die Öffnung des Ventils vorgesehenen Zeitabschnitts zumindest zeitweilig auf einen unterhalb des Haltestromniveaus liegenden niedrigeren jedoch positiven Wert gesenkt wird.
Es ist zu beachten, dass bei Erreichen eines Anschlags im aktiven Schaltzustand die Spule des Ventils ohnehin bestromt ist und bei Erreichen des Anschlags für den passiven Schaltzustand, wobei dieser Anschlag der Dichtsitz des Ventils bildet, die Spule normalerweise stromlos ist.
Um das Anschlagereignis detektieren zu können, muss deshalb bei allen bekannten Verfahren vor dem Anschlagereignis nochmals aktiv ein Spulenstrom aufgebaut werden. Dies erfolgt entweder durch das kurzzeitige Anlegen einer Spannung, bspw. aus der Fahrzeugbatterie oder aus einem Kondensator, oder durch das Einprägen eines Stroms oder einer Spannung über eine linear geregelte Endstufe. In jedem Fall geht der nochmalige Aufbau des Stroms mit einer Energieentnahme aus dem Steuergerät einher und der Stromverlauf bzw. das erreichte Stromniveau ist von der Genauigkeit der von dem Steuergerät bereitgestellten Ansteuerspannungen abhängig.
Es wird daher angestrebt, den Aufbau des Stroms zur Detektierung des Hubanschlags im passiven Schaltzustand des Ventils ohne jegliche Energieentnahme aus dem Steuergerät zu erreichen.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur Ansteuerung von Magnetventilen und dabei zur Detektion eines Hubanschlags eines Magnetventils, bei dem ein Strom zur Detektion eines
Übergangs in einen passiven Schaltzustand aufgebaut wird, wobei in einem Magnetfeld des Magnetventils noch inhärent gespeicherte Energie zum Aufbau des Stroms genutzt wird.
Das vorgestellte Verfahren nutzt somit die Tatsache, dass zum Zeitpunkt des Verlöschens des Spulenstroms am Ende der Ansteuerung das Magnetfeld in dem Ventil noch nicht erloschen ist.
Vielmehr führt der schnelle Stromabbau in der Spule dazu, dass sich im Kernmaterial und im Anker des Magnetventils Wirbelströme aufbauen, die so gerichtet sind, dass sie einem Abbau des ursprünglich vorhandenen Magnetfelds entgegenwirken. Bedingt durch den ohmschen Widerstand der Wirbelstrompfade wird in der Spule nun bei einem Spulenstrom null eine negative Spannung induziert, die sowohl ein Abklingen der Wirbelströme als auch ein Abklingen des noch vorhandenen Magnetfelds bewirkt.
In Ausgestaltung ist vorgesehen, dass zum Aufbau des Spulen- bzw. Sensorstroms nach einer kurzen Strompause in den Schaltzustand "Freilauf' geschaltet wird. Die Spulenspannung kann somit nicht länger negativ sein. Es wird statt dessen die Spannung null an die Spule angelegt. Folglich kommutiert ein großer Teil der Wirbelströme aus Kern und Anker zurück in die Spule. Das auf diese Weise erreichte Spulenstromniveau ergibt sich aus dem zum Zeitpunkt des Schaltvorgangs im Magnetventil noch vorhandenen Magnetfeld. Dabei ist die Bezeichnung
"Spannung null" eine Vereinfachung, da real der negative Spannungsabfall am Kabelbaum und am Freilaufpfad des Steuergeräts noch an der Spule anliegt. Dies ist aber ein unvermeidbarer, nicht gewollter Effekt.
Da von dem Steuergerät lediglich die Spannung null angelegt wird, erfolgt keine erneute
Einspeisung von Energie in das Magnetventil und daher auch kein erneuter Magnetkraftanstieg. Zum Aufbau des Spulen- bzw. Sensorstroms wird lediglich die im Magnetfeld des Magnetventils noch inhärent gespeicherte Energie genutzt. Aufgrund der Tatsache, dass lediglich der Schaltzustand "Freilauf' zum Aufbau des Sensorstroms genutzt wird, ist der Stromaufbau unabhängig von der Versorgungsspannung oder der Spannung eines Speicherkondensators in dem Steuergerät.
Es kann vorgesehen sein, dass die Strompause zwischen Erlöschen des Ansteuerstroms und Schalten in den Freilauf auf null oder negativ gesetzt wird. Im ersten Fall wird unmittelbar bei Erreichen des Spulenstroms null in den Freilauf geschaltet. In einem anderen Fall wird bereits vor dem vollständigen Erlöschen des Ansteuerstroms auf Freilauf geschaltet und aus der fallenden Ansteuerstromflanke in den Sensorstromverlauf umgeschaltet.
Klingen die Wirbelströme in dem Magnetkreis zu schnell ab, so kann deren Abklingen durch das gezielte Einbringen von Wirbelstrompfaden in den Magnetkreis verlangsamt werden. Hierzu kann die Gestaltung der Ankerstirnfläche berücksichtigt werden. Es kann aber auch gezielt eine kurzgeschlossene Sekundärspule oder ein kurzgeschlossener Ring in das Spulenfenster des - A -
Magnetventils eingelegt werden. Somit wird erreicht, dass sich das zum Zeitpunkt des Sensorstromaufbaus vorhandene Magnetfeld und das Niveau des Sensorstroms erhöhen.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat zumindest in einigen der aufgeführten Ausführungsformen den Vorteil, dass zum Aufbau des für die Anschlagdetektion erforderlichen Spulenstroms ein Energietransfer von dem Steuergerät zu dem Magnetventil nicht erforderlich ist. Folglich erfolgt auch keine Energieentnahme aus einem Speicherkondensator mit begrenztem Energieinhalt. Der Verlauf des Sensorstroms ist unabhängig von der Batteriespannung bzw. von der Spannung eines Speicherkondensators.
Weiterhin bewirkt, da keine Energie von dem Steuergerät zu dem Magnetventil übertragen wird, der Aufbau des Sensorstroms auch keinen Anstieg der Magnetkraft im Magnetventil. Da der Sensorstrom nicht aktiv von dem Steuergerät aufgebaut wird, ist eine Regelung oder Kontrolle des Sensorstromaufbaus durch das Steuergerät nicht erforderlich.
Das erfindungsgemäße Steuergerät dient zur Ansteuerung von Magnetventilen und ist dazu ausgelegt, vor dem Erreichen eines Anschlags für einen passiven Schaltzustand einen Spulenstrom aufzubauen, wobei zum Aufbau des Spulenstroms in einen Schaltzustand Freilauf geschaltet wird, so dass die Spannung an der Spule null wird.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Computerprogramm mit Programmcodemitteln, um alle Schritte eines beschriebenen Verfahrens durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer entsprechenden Recheneinheit, insbesondere in einer vorgestellten Einrichtung, ausgeführt wird.
Das erfindungsgemäße Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln, die auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sind, ist zum Durchführen aller Schritte eines beschriebenen Verfahrens ausgebildet, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer entsprechenden Recheneinheit, insbesondere in einer vorgestellten Einrichtung, ausgeführt wird.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung. Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Figur 1 zeigt in schematischer Darstellung eine Schaltung einer Steuergerätendstufe nach dem Stand der Technik.
Figur 2 zeigt in einem Graphen den Verlauf des Sensorstroms.
Figur 3 zeigt in einem Ersatzschaltbild den Magnetkreis eines schnellschaltenden Magnetventils.
Figur 4 zeigt den Verlauf des Sensorstroms bei einem erfindungsgemäßen Sensorstromaufbau.
Ausführungsformen der Erfindung
In Figur 1 ist eine Schaltung 10 einer üblichen Steuergeräteendstufe mit angeschlossenem Magnetventil (hier dargestellt durch die Spule 26) sowie die Strompfade, die sich in den verschiedenen Schaltzuständen einstellen, dargestellt. Die Schaltung umfasst einen DC/DC- Wandler 12, einen Speicherkondensator CBoos 14, ein ein- und ausschaltbares Halbleiterventil bzw. Transistor, bspw. ein FET oder IGBT, TBoos 16, eine Diode DBoos 18, ein Transistor TLS 20, eine Diode DFr 22, ein Transistor THs 24 und eine Spule 26. Der Speicherkondensator CBoos
14 ist auf die Spannung UBOos 34 aufgeladen.
Der Abbau des Ansteuerstroms zum Ende der Ventilsteuerung erfolgt üblicherweise durch Schalten in den Schaltzustand "Schneilöschen". In diesem Schaltzustand erfolgt der Stromfluss über einen Anschluss 28 einer Batteriespannung UBAτ 30 über den Transistor THs 24, die Spule
26, die Diode DBOos 18, den Speicherkondensator CBoos 14 nach Masse 32. Dabei ist lediglich der Transistor THs 24 leitend, alle anderen Transistoren sind gesperrt. An der Spule liegt dann die Spannung UBAT - UBoos an. Alternativ können beim Schneilöschen auch alle Transistoren gesperrt werden. Der Stromfluss erfolgt dann vom Massepunkt 32 über die Diode DFr 22, die Spule 26, die Diode DBoos 18 und den Speicherkondensator CBoos 14 zurück zum Massepunkt 32. An der Spule 26 liegt in diesem Fall die Spannung -UBoos an.
Bei Topologien ohne den Speicherkondensator CBoos 14 entfällt der Transistor TBOos 16 und die Diode DBoos 18 ist statt an den Pluspol des Speicherkondensators 14 an den Pluspol 28 der Spannungsversorgung des Steuergeräts angeschlossen. Der Aufbau des zur Anschlagdetektion erforderlichen Sensorstroms erfolgt üblicherweise durch kurzzeitiges Anlegen der Kondensatorspannung (Schaltzustand "Boostern") oder der Batteriespannung (Schaltzustand "Treiben") an die Spule 26 des Magnetventils. Im ersten Fall wird hierbei dem
Boosterkondensator CBoos 14 zusätzliche Energie entnommen, die über den DC/DC- Wandler 12 wieder nachgeliefert werden muss und diesen folglich zusätzlich belastet.
Relevante Schaltzustände sind somit:
Treiben THs 24, TLS 20 sind leitend; u = UBAττ
Boostern TBOos 16, TLS 20 leitend; u = UBOos
Schnellöschen THs 24 leitend; u = UBAττ - UBOos < 0 solange i > 0 danach sperrt DBOos 18
Freilauf TLS 20 leitend; u = 0 solange i > 0 danach sperrt DFr
Schnellöschen 2 alle Transistoren gesperrt, u = -UBOos < 0, solange i > 0, danach sperren DBOos 18 und DFr 22
Ein typischer Verlauf des Sensorstroms ab t ~ 65 μs bei dieser Vorgehensweise ist in Figur 2 dargestellt. In dieser Darstellung ist an einer Ordinate 50 der Strom gegenüber der Zeit (Abszisse
52) aufgetragen. Die Genauigkeit des eingestellten Sensorstroms hängt im Falle der Boosterung von der Genauigkeit der Boosterspannung ab und von der Genauigkeit, mit der das Steuergerät bei Erreichen einer Abschaltschwelle den Schaltzustand "Boostern" wieder beendet. Zudem erfolgt mit dem Aufbau des Sensorstroms ein erneuter Anstieg der Magnetkraft des Ventils, der zu einer geringfügigen Verzögerung des Schließvorgangs des Ventils führt.
Die Darstellung zeigt in einem ersten Bereich 54 ein Schneilöschen, bei dem der Messbereich der Spannung überschritten ist. Ein nochmaliges Boostern in einem zweiten Bereich 56 dient zum Aufbau des Sensorstroms, wobei der Messbereich der Spannung überschritten ist. Es erfolgt eine Energieentnahme aus dem Boosterkondensator CBoos 14, ein sehr schneller Stromanstieg und ein erneuter Magnetkraftanstieg. In einem dritten Bereich 58 ist ein Knick im Stromverlauf zu erkennen, der den Schließzeitpunkt anzeigt.
Die Erfindung nutzt die Tatsache, dass zum Zeitpunkt des Verlöschens des Spulenstroms am Ende der Ansteuerung das Magnetfeld im Ventil noch nicht verloschen ist. Vielmehr führt der schnelle Stromabbau in der Spule dazu, dass sich im Kernmaterial und im Anker des Magnetventils Wirbelströme aufbauen, welche so gerichtet sind, dass sie einem Abbau des ursprünglich vorhandenen Magnetfelds entgegen wirken. Aufgrund des ohmschen Widerstands der Wirbelstrompfade wird in die Spule nun bei Spulenstrom null eine negative Spannung induziert, die sowohl ein Abklingen der Wirbelströme als auch ein Abklingen des noch vorhandenen Magnetfelds bewirkt.
Ein vereinfachte Ersatzschaltbild des Magnetkreises unter Berücksichtigung dieser
Wirbelstrompfade ist in Figur 3 dargestellt. Die Darstellung zeigt einen ersten Strompfad 60, der eine Spule 62, deren Induktivität L in Abhängigkeit des variablen Luftspalts s des Magnetkreises festgelegt ist, und einen Reihenwiderstand Rs 64 umfasst. Die magnetische Flussverkettung ψ beschreibt das Verhalten der Spule 62. Weiterhin ist ein Wirbelstrompfad 66 zu erkennen, der wiederum die Spule 62, eine Streuinduktivität Lσ * 68 und ein Streuwiderstand Rw*- Für ein
Schneilöschen werden alle Transistoren oder alle Transistoren außer THs 24 (in Figur 3 nicht dargestellt) gesperrt, so dass der Strom i 72 schnell den Wert 0 annimmt.
Erfindungsgemäß wird nun zum Aufbau des Sensorstroms nach einer kurzen Strompause in den Schaltzustand "Freilauf' geschaltet. Die Spulenspannung um(j 70 kann somit nicht länger negativ sein, sondern es wird die Spannung null an die Spule angelegt, In Folge dessen kommutiert ein großer Teil der Wirbelströme aus Kern und Anker zurück in die Spule 62. Das dabei erreichte Spulenstromniveau ergibt sich aus dem zum Zeitpunkt des Schaltvorgangs im Magnetventil noch vorhandenen Magnetfeld. Da vom Steuergerät lediglich die Spannung null angelegt wird, erfolgt keine erneute Einspeisung von Energie in das Magnetventil und folglich auch kein erneuter Magnetkraftanstieg. Zum Aufbau des Sensorstroms wird lediglich die im Magnetfeld des Magnetventils noch inhärent gespeicherte Energie genutzt. Dadurch, dass lediglich der Schaltzustand "Freilauf' zum Sensorstromaufbau genutzt wird, ist der Stromaufbau absolut unabhängig von der Versorgungsspannung oder der Spannung eines Speicherkondensators im Steuergerät. Es wird auch keinerlei Energie aus einer Spannungsquelle im Steuergerät entnommen.
Die Strompause zwischen Verlöschen des Ansteuerstroms und Schalten in den Kreislauf kann auch zu null gesetzt oder negativ sein. Im ersten Fall wird unmittelbar beim Erreichen des Spulenstroms null in den Freilauf geschaltet, im anderen Fall wird bereits vor dem vollständigen Verlöschen des Ansteuerstroms auf Freilauf geschaltet und aus der fallenden Ansteuerstromflanke in den Sensorstromverlauf umgeschaltet. Klingen die Wirbelströme im Magnetkreis zu schnell ab, so kann deren Abklingen durch das gezielte Einbringen von Wirbelstrompfaden in den
Magnetkreis verlangsamt werden. Hierzu kann die Gestaltung der Ankerstirnfläche herangezogen werden, es kann aber auch gezielt eine kurzgeschlossene Sekundärspule oder ein kurzgeschlossener Ring in das Spulenfenster des Magnetventils eingelegt werden. Dadurch erhöht sich das zum Zeitpunkt des Sensorstromaufbaus vorhandene Magnetfeld und das Niveau des Sensorstroms.
In Figur 4 ist der Verlauf des Spulenstroms ab t ~ 65 μs und der Spulenspannung bei erfindungsgemäßer Generierung des Sensorstroms gezeigt. Hierbei ist der Strom an einer Ordinate 80 gegenüber der Zeit (Abszisse 82) aufgetragen. Die Darstellung zeigt den Verlauf des Sensorstroms durch Umschalten in den Schaltzustand "Freilauf'.
Auch hier ist in einem ersten Bereich 84 ein Schneilöschen zu erkennen, wobei der Messbereich der Spannung überschritten ist. In einem zweiten Bereich 86, etwa zwischen 25 und 50 μs sind alle Strompfade im Steuergerät gesperrt. Abklingende Wirbelströme induzieren eine negative Spulenspannung. Der Messbereich der Spannung ist die meiste Zeit überschritten. Zu einem
Zeitpunkt 88 erfolgt ein Umschalten auf Freilauf zum Aufbau des Sensorstroms. Der Sensorstromaufbau wird dabei von den Wirbelströmen im Magnetkreis getrieben. Es erfolgt kein neuer Energieeintrag in den Magnetkreis und kein erneuter Magnetkraftanstieg. Es besteht keine Abhängigkeit des Sensorstroms von Spannungen im Steuergerät.
Zu einem Zeitpunkt 90 ist ein Knick im Stromverlauf zu erkennen, der den Schließzeitpunkt anzeigt.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Ansteuerung von Magnetventilen, wobei zur Detektion eines Hubanschlags eines Magnetventils ein Strom zur Detektion eines Übergangs in einen passiven Schaltzustand aufgebaut wird, wobei in einem Magnetfeld des Magnetventils noch inhärent gespeicherte Energie zum Aufbau des Stroms genutzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem zum Aufbau des Stroms nach einer kurzen Strompause in einen Schaltzustand "Freilauf' geschaltet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Strompause auf null gesetzt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Strompause auf einen negativen Wert gesetzt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Gestaltung einer Ankerstirnfläche herangezogen wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem eine kurzgeschlossene Sekundärspule in das Spulenfenster des Magnetventils eingelegt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem ein kurzgeschlossener Ring in das Spulenfenster des Magnetventils eingelegt wird.
8. Steuergerät zur Ansteuerung von Magnetventilen, das ausgelegt ist, vor dem Erreichen eines Anschlags für einen passiven Schaltzustand einen Spulenstrom aufzubauen, wobei zum Aufbau des Spulenstroms in einen Schaltzustand Freilauf geschaltet wird, so dass die Spannung an der Spule zu null wird.
9. Computerprogramm mit Programmcodemitteln, um alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer entsprechenden Recheneinheit, insbesondere in Steuergerät nach Anspruch 8, ausgeführt wird.
10. Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln, die auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sind, um alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer entsprechenden Recheneinheit, insbesondere in einem Steuergerät nach Anspruch 8, ausgeführt wird.
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