EP1001142A2 - Method of operation for an electromagnetically driven valve actuator - Google Patents

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EP1001142A2
EP1001142A2 EP99121716A EP99121716A EP1001142A2 EP 1001142 A2 EP1001142 A2 EP 1001142A2 EP 99121716 A EP99121716 A EP 99121716A EP 99121716 A EP99121716 A EP 99121716A EP 1001142 A2 EP1001142 A2 EP 1001142A2
Authority
EP
European Patent Office
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electromagnet
armature
system parameters
inductance
controlled variable
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EP99121716A
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German (de)
French (fr)
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EP1001142A3 (en
EP1001142B1 (en
Inventor
Frank Kirschbaum
Kurt Maute
Madhukar Prof. Dr. Pandit
Michael Virnich
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Daimler AG
Original Assignee
DaimlerChrysler AG
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Publication of EP1001142A3 publication Critical patent/EP1001142A3/en
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01LCYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L9/00Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically
    • F01L9/20Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically by electric means
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01LCYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L9/00Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically
    • F01L9/40Methods of operation thereof; Control of valve actuation, e.g. duration or lift
    • F01L2009/409Determination of valve speed

Definitions

  • the invention relates to a method for operating an electromagnetic Actuator according to the preamble of patent claim 1.
  • Electromagnetic actuators are commonly used in internal combustion engines used to actuate gas exchange valves with which the A working medium flows into and out of the combustion chambers the internal combustion engine is controlled.
  • Such an actuator is known for example from DE 196 31 909 A1.
  • This known actuator has two electromagnets - a closing magnet and an opening magnet - with opposite pole faces and one axially movable between the pole faces of the electromagnets Anchor on, against the force of two valve springs on the one to be actuated Gas exchange valve works. With electromagnets not energized is the anchor by the opposite working ⁇ / feather springs in one Equilibrium approximately in the middle between the pole faces of the electromagnets captured.
  • d. H. Switching the two on and off Electromagnets become the armature and thus also the gas exchange valve the equilibrium position attracted by the energized electromagnet and for the duration of the current applied to the pole face Electromagnet held.
  • the gas exchange valve is located in a closed position when the armature on the pole face of the as a closing magnet working an electromagnet and it is located in an open position when the armature on the pole face of the opening magnet working other electromagnets.
  • the equilibrium position of the armature by measuring the inductances of the two electromagnets and by a comparison of the two measured inductance values is determined and in If there is a deviation from the desired value, readjust the Equilibrium made.
  • the invention has for its object a method according to the preamble of claim 1 indicate that safe continuous operation enables.
  • the invention is based on the knowledge that the movement of the armature causes a change in the inductance of the electromagnet.
  • the change in inductance the electromagnet is therefore a measure of the armature speed and consequently also a measure of the speed of impact of the Anchor on the electromagnet or the impact speed of the Gas exchange valve in a valve seat.
  • one of the changes in inductance of the electromagnet dependent control variable as a measure of the impact speed of the anchor formed on the electromagnet.
  • This controlled variable is controlled the energy supply to the electromagnet is regulated in such a way that the impact speed the armature on the electromagnet a predetermined, d. H. assumes the required value and is therefore limited.
  • the anchor also changes when the system parameters are changed enough energy is supplied to it up to the electromagnet to move and hold there; on the other hand, the Energy supply limited to a required level. This leads to one error-free operation and low power consumption, low Wear, low noise and avoidance the armature or gas exchange valve bouncing off the electromagnet or valve seat.
  • the controlled variable by measuring the speed of one during anchor movement occurring current draw of a flowing through the electromagnet Excitation current formed.
  • the time Determines the course of the inductance of the electromagnet and from this Inductance curve the speed of the armature at the time of impact derived on the electromagnet as a control variable.
  • the inductance curve is obtained by recording the successive ones Inductance of the electromagnet resulting in time intervals.
  • the inductance of the electromagnet is advantageously determined from the temporal Development of an excitation voltage supplied to the electromagnet and an excitation current flowing through the electromagnet.
  • the detection of the resonance frequency of one from the electromagnet is also advantageous and a capacitance formed LC resonant circuit or the Detection of the complex resistance of the electromagnet by means of a the electromagnet supplied high-frequency measurement signal and the Determination of the inductance of the electromagnet from the resonance frequency or from the complex resistance.
  • the controlled variable is preferably compared with a predetermined target value and a next switch-on time of the electromagnet depending of the comparison result. This will make the anchor to be supplied during the next actuation of the gas exchange valve Energy controlled so that the speed of impact of the anchor the electromagnet is regulated to the specified value.
  • the setpoint of the controlled variable corresponds to the specified value of the impact speed the armature on the electromagnet; it will advantageously depending on system parameters, especially depending the friction, the temperature and when opening the gas exchange valve in the pressure prevailing in the combustion chamber.
  • the times at which the electromagnet is switched on Dependency on system parameters specified. To be particularly advantageous it turns out, in addition to the switch-on times, the local maximum values of the excitation current flowing through the electromagnet depending of system parameters.
  • the adjusted state with different system parameters Activation times of the electromagnet or both of these activation times as well as resulting from the same system parameters resulting local maximum values of the excitation current control data, which are stored in a memory depending on the system parameters become. If the system parameters are changed, the next one Switch-on time of the electromagnet in accordance with the current one System parameters corresponding to stored control data, d. H. predefined and then adjusted.
  • the actuator includes one with a gas exchange valve 5 in Force-acting plunger 4, one with the plunger 4 transverse to the longitudinal axis of the plunger attached armature 1, an electromagnet acting as a closing magnet 2 and a further electromagnet acting as an opening magnet 3, the closing magnet 2 direction of the ram longitudinal axis is arranged spaced.
  • the electromagnets 2, 3 are by means of a housing part 7 connected to each other; they each have an excitation coil 20 or 30 and opposite pole faces 21 and 31, between which the armature 1 by alternately energizing the two electromagnets 2, 3, d. H. the excitation coils 20 and 30, back and forth becomes.
  • Two oppositely acting valve springs 60, 63 which between the Opening magnet 3 and the gas exchange valve 5 are arranged and with two spring plates 61, 62 on the actuator or cylinder head part 8 of the internal combustion engine are fixed, cause the armature 1 in the de-energized state the excitation coils 20, 30 in an equilibrium position approximately in the middle is held between the pole faces 21, 31 of the electromagnets 2, 3.
  • one of the electromagnets 2, 3 is applied an excitation voltage to the corresponding excitation coil 20 or 30 energized, d. H. switched on, or a start-up routine is initiated, through which the armature 1 first by alternately energizing the electromagnets 2, 3 is vibrated in order after a settling time on the pole face 21 of the closing magnet 2 or the pole face 31 of the opening magnet 3 encounter.
  • the armature 1 lies on the pole face 21 of the closing magnet 2 and it is held in this position as long as as long as the closing magnet 2 is energized.
  • To the gas exchange valve 5 to open the closing magnet 2 is switched off and then the opening magnet 3 switched on.
  • the valve spring acting in the opening direction 60 accelerates the armature 1 beyond the equilibrium position.
  • the armature 1 is additionally kinetic Energy supplied so that this despite any frictional losses Pole surface 31 of the opening magnet 3 is reached and there until it is switched off of the opening magnet 3 is held.
  • the opening magnet 3 is turned off and the Closing magnet 2 then switched on again. This will Armature 1 moved to the pole face 21 of the closing magnet 2 and held there.
  • the distance between the armature 1 and the respective electromagnet 2, 3 defines the inductance this electromagnet 2 or 3 fixed; the speed of the anchor 1 can thus be based on the inductance change of the electromagnets 2, 3 determine.
  • the gas exchange valve 5 is in an open position s 0 until the time t m2 , ie the armature 1 is in contact with the pole face 31 of the opening magnet 3.
  • the opening magnet 3 is switched off at the time t m2 and the closing magnet 2 is then switched on at the time t n .
  • the armature 1 thus detaches from the opening magnet 3 and moves in the direction of the closing magnet 2, as a result of which the valve lift s decreases.
  • the excitation current I 3 of the opening magnet 3 drops to zero; the excitation current I 2 of the closing magnet 2, on the other hand, rises from zero to a local maximum value I 20 , which it reaches at the time t n0 , and then drops to a local minimum value I 21 , which it has at the time t n1 when the armature 1 hits reached on the closing magnet 2.
  • the excitation current I 2 then rises again steeply and then falls to a holding value I 22 , which is predetermined, for example, by pulse width modulation of the excitation voltage supplied to the excitation coil 21.
  • the speed at which the excitation current I 2 decreases in the time interval t n0 ... t n1 depends on the armature speed, specifically the current decrease ⁇ I is greater for large armature speeds than for small armature speeds.
  • u (t) stands for the excitation voltage supplied to the closing magnet 2
  • i (t) for the excitation current I 2 of the closing magnet 2 which flows through the excitation coil 20 due to the excitation voltage u (t) applied
  • R Cu for the ohmic resistance of the excitation coil 20
  • d ⁇ / dt for the induced counter voltage, ie for the time derivative of the chained magnetic flux ⁇ (t).
  • the stroke of the armature 1 with respect to the closing magnet 2 is designated, ie the distance between the pole surface 21 of the closing magnet 2 and the armature 1.
  • a movement of the armature 1 in the direction of the closing magnet 2 thus makes a positive contribution to the induced counter voltage d ⁇ / dt, which is greater, the greater the amount of the time change dx / dt of the distance x, ie the anchor speed.
  • the speed of the current draw ⁇ I of the excitation current I 2 is thus a function of the impact speed of the armature 1 on the closing magnet 2. It can be determined in different ways: one possibility is to scan the excitation current I 2 , to differentiate it numerically and the smallest of the so determine values obtained; however, it can also be determined approximately by detecting the local maximum I 20 and the subsequent local minimum I 21 and by calculating the slope of a straight line passing through the local maximum I 20 and through the local minimum I 21 .
  • a control variable v is formed which corresponds to the rate of current decrease .DELTA.I of the excitation current I 2, the control variable v with a desired value v soll and the next turn-on of the closing magnet 2 in Dependency of the comparison result.
  • T n and T n + 1 represent the switch-on times of the closing magnet 2 in successive cycles; they are given in relation to a defined reference time of the respective cycle.
  • the cycle between two successive opening or closing operations of the gas exchange valve 5 is referred to as a cycle.
  • n represents a cycle number
  • k a proportionality factor
  • v SET - v ACT is the result of the comparison of the controlled variable v ACT with the set value v SET .
  • the target value v SET of the controlled variable v ACTUAL is the value of the controlled variable v ACTUAL which is measured at a predetermined, ie required value of the speed of impact of the armature 1 on the closing magnet 2. It can vary depending on various system parameters, in particular depending on the friction of the gas exchange valve 5 and the moving parts of the actuator, the temperature of the lubricant, the pressure in the combustion chamber at the time the gas exchange valve 5 is opened and the times at which the electromagnets 2, 3 are switched on.
  • the setpoint v SOLL is therefore advantageously given dynamically as a function of these system parameters, which are determined by means of suitable sensors or on the basis of characteristic curve fields.
  • the effect of the change in inductance of the electromagnets 2 and 3 on the excitation current I 2 and I 3 is evaluated. Since there is a functional connection between the course of movement of the armature 1 and the inductance course of the electromagnets 2, 3, which can be determined without further ado, for example using a series of measurements, the impact speed of the armature 1 on the electromagnets 2, 3 can also be regulated by that the inductance curve of the respective electromagnet 2 or 3 is determined, from this the movement curve of the armature 1 is determined and from this movement curve the speed of the armature 1 at the time of impact with the respective electromagnet 2 or 3 is determined and is provided as a control variable v ACT .
  • the chained magnetic flux is obtained from this by integration over time
  • the inductance profile L (t) of the closing magnet 2 can thus be calculated from the time profiles of the excitation voltage u (t) and excitation current i (t).
  • the inductance curve L (t) of the closing magnet 2 can also be by measuring the resonance frequency of one by means of a capacitance and the Determine the closing magnet 2 of the LC resonant circuit.
  • the mean resonance frequency is chosen by the choice of capacity so high that the movement of the armature 1 is resolved with sufficient accuracy and the anchor position changes only minimally during an oscillation period changes. For example, at flight time, i.e. H. Movement time of the armature 1 of approximately 3.5 ms and an average resonance frequency of approximately 14 kHz 50 oscillation periods and thus 50 values for the anchor position, with which the movement of the armature 1 with a ⁇ / entilhub of about 7 mm resolved with sufficient accuracy.
  • the inductance profile of the closing magnet 2 can also be measured of its complex resistance.
  • the closing magnet 2 supplied excitation voltage u (t) a high frequency Measuring voltage superimposed as a measuring signal and by the measuring voltage caused portion of the excitation current i (t) detected based on its frequency and evaluated according to amount and phase.
  • the ratio of the measuring voltage and the portion of the excitation current corresponding to the measuring voltage results in a complex numerical value - that from an ohmic and an imaginary part of the existing complex resistance of the electromagnet - from its imaginary part the instantaneous inductance of the closing magnet 2 is derived.

Abstract

The actuator acts on the valve (5) with at least one electromagnet (2,3) via an armature (1) and against the force of at least one valve spring (60,63) and actuates the valve by moving the armature. A control parameter dependent on a change in inductance of the electromagnet(s) is used as a measure of the speed of the action of the armature on the electromagnet(s) and is regulated to a demand value by controlling the energy delivered to the electromagnets.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines elektromagnetischen Aktuators gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a method for operating an electromagnetic Actuator according to the preamble of patent claim 1.

Elektromagnetische Aktuatoren werden üblicherweise in Brennkraftmaschinen zur Betätigung von Gaswechselventilen eingesetzt, mit denen das Ein- und Ausströmen eines Arbeitsmediums in die bzw. aus den Brennkammern der Brennkraftmaschine gesteuert wird.Electromagnetic actuators are commonly used in internal combustion engines used to actuate gas exchange valves with which the A working medium flows into and out of the combustion chambers the internal combustion engine is controlled.

Ein derartiger Aktuator ist beispielsweise aus der DE 196 31 909 A1 bekannt. Dieser vorbekannte Aktuator weist zwei Elektromagnete ― einen Schließmagneten und einen Öffnungsmagneten ― mit sich gegenüberliegenden Polflächen und einen zwischen den Polflächen der Elektromagnete axial bewegbaren Anker auf, der gegen die Kraft zweier Ventilfedern auf das zu betätigende Gaswechselventil wirkt. Bei nicht bestromten Elektromagneten wird der Anker durch die gegensinnig arbeitenden \/entilfedern in einer Gleichgewichtslage etwa in der Mitte zwischen den Polflächen der Elektromagnete festgehalten.Such an actuator is known for example from DE 196 31 909 A1. This known actuator has two electromagnets - a closing magnet and an opening magnet - with opposite pole faces and one axially movable between the pole faces of the electromagnets Anchor on, against the force of two valve springs on the one to be actuated Gas exchange valve works. With electromagnets not energized is the anchor by the opposite working \ / feather springs in one Equilibrium approximately in the middle between the pole faces of the electromagnets captured.

Durch abwechselnde Bestromung, d. h. Ein- und Ausschaltung der beiden Elektromagnete wird der Anker und somit auch das Gaswechselventil aus der Gleichgewichtslage vom jeweils bestromten Elektromagneten angezogen und für die Dauer der Strombeaufschlagung an der Polfläche dieses Elektromagneten festgehalten. Das Gaswechselventil befindet sich dabei in einer Schließstellung, wenn der Anker an der Polfläche des als Schließmagnet arbeitenden einen Elektromagneten anliegt und es befindet sich in einer Offensstellung, wenn der Anker an der Polfläche des als Öffnungsmagnet arbeitenden anderen Elektromagneten anliegt.By alternating current supply, d. H. Switching the two on and off Electromagnets become the armature and thus also the gas exchange valve the equilibrium position attracted by the energized electromagnet and for the duration of the current applied to the pole face Electromagnet held. The gas exchange valve is located in a closed position when the armature on the pole face of the as a closing magnet working an electromagnet and it is located in an open position when the armature on the pole face of the opening magnet working other electromagnets.

Bei dem vorbekannten Aktuator wird die Gleichgewichtslage des Ankers durch Messung der Induktivitäten der beiden Elektromagnete und durch einen Vergleich der beiden gemessenen Induktivitätswerte ermittelt und im Falle einer Abweichung vom gewünschten Wert eine Nachjustierung der Gleichgewichtslage vorgenommen.With the previously known actuator, the equilibrium position of the armature by measuring the inductances of the two electromagnets and by a comparison of the two measured inductance values is determined and in If there is a deviation from the desired value, readjust the Equilibrium made.

Aus der US 4 823 825 ist ferner bekannt, daß bei einem Aktuator der eingangs genannten Art das Auftreffen des Ankers auf den bestromten Elektromagneten anhand einer kurzzeitigen Abnahme und einer anschließenden erneuten Zunahme eines durch diesen Elektromagneten fließenden Erregerstromes erkannt wird. Das Fehlen dieser kurzzeitigen Abnahme des Erregerstromes ist ein Hinweis auf eine bereits eingetretene Fehlfunktion; diese läßt sich zwar nicht vermeiden, sie wird jedoch sofort erkannt, so daß Maßnahmen zur Fehlerbehebung eingeleitet werden können.From US 4 823 825 it is also known that in the case of an actuator the mentioned type the impact of the armature on the energized electromagnet based on a short-term acceptance and a subsequent one renewed increase in one flowing through this electromagnet Excitation current is detected. The absence of this temporary decrease in the Excitation current is an indication of a malfunction that has already occurred; this cannot be avoided, but it is recognized immediately, so that Corrective actions can be initiated.

Ungelöst ist jedoch das Problem, den Einfluß betriebsbedingter Systemparameter, insbesondere Schwankungen der Reibung, der Temperatur und des Drucks in den Brennkammern aber auch Viskositätsänderungen des Schmiermittels und Verschleiß oder Verschmutzung des Aktuators oder Gaswechselventils, in der Steuerung zu eliminieren. Dies kann zu einer Fehlfunktion des Aktuators führen, insbesondere zu einem erhöhten Verschleiß des Aktuators, unerwünschter Geräuschentwicklung und überhöhtem Energieverbrauch. Ein sicherer Dauerbetrieb des Aktuators ist damit nicht gewährleistet.However, the problem is unsolved, the influence of operational system parameters, in particular fluctuations in friction, temperature and the pressure in the combustion chambers but also changes in viscosity of the Lubricant and wear or contamination of the actuator or Gas exchange valve to eliminate in the control. This can cause a malfunction of the actuator lead, in particular to increased wear of the actuator, unwanted noise and excessive energy consumption. A safe continuous operation of the actuator is not guaranteed.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 anzugeben, das einen sicheren Dauerbetrieb ermöglicht.The invention has for its object a method according to the preamble of claim 1 indicate that safe continuous operation enables.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den unteransprüchen. The object is achieved by the characterizing features of claim 1 solved. Advantageous refinements and developments result from the subclaims.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die Bewegung des Ankers eine Änderung der Induktivität des Elektromagneten bewirkt. Die Induktivitätsänderung des Elektromagneten ist somit ein Maß der Ankergeschwindigkeit und infolgedessen auch ein Maß der Auftreffgeschwindigkeit des Ankers auf den Elektromagneten oder der Auftreffgeschwindigkeit des Gaswechselventils in einen Ventilsitz.The invention is based on the knowledge that the movement of the armature causes a change in the inductance of the electromagnet. The change in inductance the electromagnet is therefore a measure of the armature speed and consequently also a measure of the speed of impact of the Anchor on the electromagnet or the impact speed of the Gas exchange valve in a valve seat.

Erfindungsgemäß wird eine von der Induktivitätsänderung des Elektromagneten abhängige Regelgröße als Maß der Auftreffgeschwindigkeit des Ankers auf den Elektromagneten gebildet. Diese Regelgröße wird durch steuerung der Energiezufuhr zum Elektromagneten derart geregelt, daß die Auftreffgeschwindigkeit des Ankers auf den Elektromagneten einen vorgegebenen, d. h. geforderten Wert annimmt und somit begrenzt wird. Hierdurch wird sichergestellt, daß dem Anker auch bei einer Änderung der Systemparameter ausreichend Energie zugeführt wird, um ihn bis zum Elektromagneten zu bewegen und dort festzuhalten; andererseits wird die Energiezufuhr auf ein erforderliches Maß begrenzt. Dies führt zu einem fehlerfreien Betrieb sowie zu einem geringen Stromverbrauch, einem geringen Verschleiß, einer geringen Geräuschentwicklung und zu einer vermeidung des Abprallens des Ankers oder Gaswechselventils vom Elektromagneten bzw. Ventilsitz.According to the invention, one of the changes in inductance of the electromagnet dependent control variable as a measure of the impact speed of the anchor formed on the electromagnet. This controlled variable is controlled the energy supply to the electromagnet is regulated in such a way that the impact speed the armature on the electromagnet a predetermined, d. H. assumes the required value and is therefore limited. Hereby it is ensured that the anchor also changes when the system parameters are changed enough energy is supplied to it up to the electromagnet to move and hold there; on the other hand, the Energy supply limited to a required level. This leads to one error-free operation and low power consumption, low Wear, low noise and avoidance the armature or gas exchange valve bouncing off the electromagnet or valve seat.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird die Regelgröße durch Messung der Geschwindigkeit einer während der Ankerbewegung auftretenden Stromabnahme eines durch den Elektromagneten fließenden Erregerstromes gebildet.In an advantageous embodiment of the method, the controlled variable by measuring the speed of one during anchor movement occurring current draw of a flowing through the electromagnet Excitation current formed.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird der zeitliche Verlauf der Induktivität des Elektromagneten ermittelt und aus diesem Induktivitätsverlauf die Geschwindigkeit des Ankers zum Zeitpunkt des Auftreffens auf den Elektromagneten als Regelgröße hergeleitet.In a further advantageous embodiment of the method, the time Determines the course of the inductance of the electromagnet and from this Inductance curve the speed of the armature at the time of impact derived on the electromagnet as a control variable.

Den Induktivitätsverlauf erhält man durch Erfassung der sich in aufeinanderfolgenden Zeitintervallen ergebenden Induktivität des Elektromagneten. Vorteilhafterweise wird die Induktivität des Elektromagneten aus den zeitlichen Verläufen einer dem Elektromagneten zugeführten Erregerspannung und eines durch den Elektromagneten fließenden Erregerstromes ermittelt. The inductance curve is obtained by recording the successive ones Inductance of the electromagnet resulting in time intervals. The inductance of the electromagnet is advantageously determined from the temporal Development of an excitation voltage supplied to the electromagnet and an excitation current flowing through the electromagnet.

Vorteilhaft ist auch die Erfassung der Resonanzfrequenz eines aus dem Elektromagneten und einer Kapazität gebildeten LC-Schwingkreises oder die Erfassung des komplexen Widerstandes des Elektromagneten mittels eines dem Elektromagneten zugeführten hochfrequenten Meßsignals und die Ermittlung der Induktivität des Elektromagneten aus der Resonanzfrequenz bzw. aus dem komplexen Widerstand.The detection of the resonance frequency of one from the electromagnet is also advantageous and a capacitance formed LC resonant circuit or the Detection of the complex resistance of the electromagnet by means of a the electromagnet supplied high-frequency measurement signal and the Determination of the inductance of the electromagnet from the resonance frequency or from the complex resistance.

Vorzugsweise wird die Regelgröße mit einem vorgegebenen Sollwert verglichen und ein nächster Einschaltzeitpunkt des Elektromagneten in Abhängigkeit des Vergleichsergebnisses vorgegeben. Hierdurch wird die dem Anker während der nächsten Betätigung des Gaswechselventils zuzuführende Energie derart gesteuert, daß die Auftreffgeschwindigkeit des Anker auf den Elektromagneten auf den vorgegebenen Wert geregelt wird.The controlled variable is preferably compared with a predetermined target value and a next switch-on time of the electromagnet depending of the comparison result. This will make the anchor to be supplied during the next actuation of the gas exchange valve Energy controlled so that the speed of impact of the anchor the electromagnet is regulated to the specified value.

Der Sollwert der Regelgröße entspricht dem vorgegebenen Wert der Auftreffgeschwindigkeit des Ankers auf den Elektromagneten; er wird vorteilhafterweise in Abhängigkeit von Systemparametern, insbesondere in Abhängigkeit der Reibung, der Temperatur und des beim Öffnen des Gaswechselventils in des Brennkammer herrschenden Druckes, vorgegeben. Vorzugsweise werden auch die Einschaltzeitpunkte des Elektromagneten in Abhängigkeit von Systemparametern vorgegeben. Als besonders vorteilhaft erweist es sich, neben den Einschaltzeitpunkten auch die lokalen Maximalwerte des durch den Elektromagneten fließenden Erregerstromes in Abhängigkeit von Systemparametern vorzugeben.The setpoint of the controlled variable corresponds to the specified value of the impact speed the armature on the electromagnet; it will advantageously depending on system parameters, especially depending the friction, the temperature and when opening the gas exchange valve in the pressure prevailing in the combustion chamber. Preferably the times at which the electromagnet is switched on Dependency on system parameters specified. To be particularly advantageous it turns out, in addition to the switch-on times, the local maximum values of the excitation current flowing through the electromagnet depending of system parameters.

In einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens werden aus den sich im eingeregelten Zustand bei verschiedenen Systemparametern einstellenden Einschaltzeitpunkten des Elektromagneten oder sowohl aus diesen Einschaltzeitpunkten als auch aus den sich bei den gleichen Systemparametern ergebenden lokalen Maximalwerten des Erregerstromes Steuerdaten gebildet, die in Abhängigkeit der Systemparameter in einem Speicher abgespeichert werden. Bei einer Änderung der Systemparameter wird der nächste Einschaltzeitpunkt des Elektromagneten nach Maßgabe der den momentanen Systemparametern entsprechenden abgespeicherten Steuerdaten vorgesteuert, d. h. vorgegeben und anschließend nachgeregelt. In an advantageous development of the method, the adjusted state with different system parameters Activation times of the electromagnet or both of these activation times as well as resulting from the same system parameters resulting local maximum values of the excitation current control data, which are stored in a memory depending on the system parameters become. If the system parameters are changed, the next one Switch-on time of the electromagnet in accordance with the current one System parameters corresponding to stored control data, d. H. predefined and then adjusted.

Bei einem Aktuator mit zwei einander gegenüberliegenden Elektromagneten, die gegen die Kraft zweier Ventilfedern auf den Anker wirken, ist es ausreichend, die Auftreffgeschwindigkeit des Ankers auf einen der beiden Elektromagnete anhand der Induktivitätsänderung dieses Elektromagneten zu erfassen, da der Anker bei korrekt eingestellter Gleichgewichtslage auf beide Elektromagnete mit im wesentlichen gleicher Geschwindigkeit auftrifft. Vorteilhafterweise wird Auftreffgeschwindigkeit des Ankers auf beide Elektromagnete in gleicher weise geregelt, da dann eine genaue Einhaltung der Gleichgewichtslage des Ankers nicht mehr erforderlich ist.In the case of an actuator with two opposite electromagnets, it acts against the force of two valve springs on the armature sufficient, the speed of impact of the anchor on one of the two Electromagnets based on the change in inductance of this electromagnet to be recorded since the anchor is in the correctly set equilibrium position both electromagnets hit at substantially the same speed. Advantageously, the impact speed of the armature on both Electromagnets regulated in the same way, because then exact compliance the equilibrium position of the anchor is no longer required.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben: Es zeigen:

Figur 1
einen elektromagnetischen Aktuator zur Betätigung eines Gaswechselventils,
Figur 2
ein Zeitdiagramm eines Ventilhubs und zweier durch jeweils einen von zwei Elektromagneten des Aktuators fließenden Erregerströme.
The invention is described in more detail below using an exemplary embodiment and with reference to the figures, in which:
Figure 1
an electromagnetic actuator for actuating a gas exchange valve,
Figure 2
a timing diagram of a valve lift and two excitation currents flowing through one of two electromagnets of the actuator.

Gemäß Figur 1 umfaßt der Aktuator einen mit einem Gaswechselventil 5 in Kraftwirkung stehenden Stößel 4, einen mit dem Stößel 4 quer zur Stößel-Längsachse befestigten Anker 1, einen als Schließmagnet wirkenden Elektromagneten 2 sowie einen als Öffnungsmagnet wirkenden weiteren Elektromagneten 3, der vom Schließmagnet 2 Richtung der Stößel-Längsachse beabstandet angeordnet ist. Die Elektromagnete 2, 3 sind mittels eines Gehäuseteils 7 miteinander verbunden; sie weisen jeweils eine Erregerspule 20 bzw. 30 und einander gegenüberliegende Polflächen 21 bzw. 31 auf, zwischen denen der Anker 1 durch abwechselnde Bestromung der beiden Elektromagnete 2, 3, d. h. der Erregerspulen 20 bzw. 30, hin- und herbewegt wird. Zwei gegensinnig wirkende Ventilfedern 60, 63, die zwischen dem Öffnungsmagnet 3 und dem Gaswechselventil 5 angeordnet sind und mit zwei Federtellern 61, 62 am Aktuator bzw. Zylinderkopfteil 8 der Brennkraftmaschine befestigt sind, bewirken, daß der Anker 1 im stromlosen Zustand der Erregerspulen 20, 30 in einer Gleichgewichtslage etwa in der Mitte zwischen den Polflächen 21, 31 der Elektromagnete 2, 3 festgehalten wird. According to FIG. 1, the actuator includes one with a gas exchange valve 5 in Force-acting plunger 4, one with the plunger 4 transverse to the longitudinal axis of the plunger attached armature 1, an electromagnet acting as a closing magnet 2 and a further electromagnet acting as an opening magnet 3, the closing magnet 2 direction of the ram longitudinal axis is arranged spaced. The electromagnets 2, 3 are by means of a housing part 7 connected to each other; they each have an excitation coil 20 or 30 and opposite pole faces 21 and 31, between which the armature 1 by alternately energizing the two electromagnets 2, 3, d. H. the excitation coils 20 and 30, back and forth becomes. Two oppositely acting valve springs 60, 63, which between the Opening magnet 3 and the gas exchange valve 5 are arranged and with two spring plates 61, 62 on the actuator or cylinder head part 8 of the internal combustion engine are fixed, cause the armature 1 in the de-energized state the excitation coils 20, 30 in an equilibrium position approximately in the middle is held between the pole faces 21, 31 of the electromagnets 2, 3.

Zum Starten des Aktuators wird einer der Elektromagnete 2, 3 durch Anlegen einer Erregerspannung an die entsprechende Erregerspule 20 bzw. 30 bestromt, d. h. eingeschaltet, oder es wird eine Anschwingroutine initiiert, durch die der Anker 1 zunächst durch wechselweises Bestromen der Elektromagnete 2, 3 in Schwingung versetzt wird, um nach einer Einschwingzeit auf die Polfläche 21 des Schließmagneten 2 oder die Polfläche 31 des Öffnungsmagneten 3 aufzutreffen.To start the actuator, one of the electromagnets 2, 3 is applied an excitation voltage to the corresponding excitation coil 20 or 30 energized, d. H. switched on, or a start-up routine is initiated, through which the armature 1 first by alternately energizing the electromagnets 2, 3 is vibrated in order after a settling time on the pole face 21 of the closing magnet 2 or the pole face 31 of the opening magnet 3 encounter.

Bei geschlossenem Gaswechselventil 5 liegt der Anker 1 an der Polfläche 21 des Schließmagneten 2 an und er wird solange in dieser Position festgehalten, solange der Schließmagnet 2 bestromt wird. Um das Gaswechselventil 5 zu öffnen wird der Schließmagnet 2 abgeschaltet und anschließend der Öffnungsmagnet 3 eingeschaltet. Die in Öffnungsrichtung wirkende Ventilfeder 60 beschleunigt den Anker 1 über die Gleichgewichtslage hinaus. Durch den nun bestromten Öffnungsmagneten 3 wird dem Anker 1 zusätzlich kinetische Energie zugeführt, so daß dieser trotz etwaiger Reibungsverluste die Polfläche 31 des Öffnungsmagneten 3 erreicht und dort bis zur Abschaltung des Öffnungsmagneten 3 festgehalten wird. Zum erneuten Schließen des Gaswechselventils 5 wird der Öffnungsmagnet 3 ausgeschaltet und der Schließmagnet 2 anschließende wieder eingeschaltet. Hierdurch wird der Anker 1 zur Polfläche 21 des Schließmagnets 2 bewegt und dort festgehalten.When the gas exchange valve 5 is closed, the armature 1 lies on the pole face 21 of the closing magnet 2 and it is held in this position as long as as long as the closing magnet 2 is energized. To the gas exchange valve 5 to open the closing magnet 2 is switched off and then the opening magnet 3 switched on. The valve spring acting in the opening direction 60 accelerates the armature 1 beyond the equilibrium position. By the now energized opening magnet 3, the armature 1 is additionally kinetic Energy supplied so that this despite any frictional losses Pole surface 31 of the opening magnet 3 is reached and there until it is switched off of the opening magnet 3 is held. To close the Gas exchange valve 5, the opening magnet 3 is turned off and the Closing magnet 2 then switched on again. This will Armature 1 moved to the pole face 21 of the closing magnet 2 and held there.

Der Abstand des Ankers 1 zum jeweiligen Elektromagnet 2, 3 legt die Induktivität dieses Elektromagneten 2 bzw. 3 fest; die Geschwindigkeit des Ankers 1 läßt sich somit anhand der Induktivitätsänderung der Elektromagnete 2, 3 ermitteln.The distance between the armature 1 and the respective electromagnet 2, 3 defines the inductance this electromagnet 2 or 3 fixed; the speed of the anchor 1 can thus be based on the inductance change of the electromagnets 2, 3 determine.

Im folgenden wird lediglich die Regelung der Auftreffgeschwindigkeit des Ankers 1 auf den Schließmagneten 2 beschrieben; die Regelung der Auftreffgeschwindigkeit des Ankers 1 auf den Öffnungsmagneten 3 wird in gleicher Weise vorgenommen.In the following only the regulation of the impact speed of the Armature 1 described on the closing magnet 2; the regulation of the impact speed of the armature 1 on the opening magnet 3 is in made in the same way.

Gemäß Figur 2 befindet sich das Gaswechselventil 5 bis zum Zeitpunkt tm2 in einer Offenstellung s0, d. h. der Anker 1 liegt an der Polfläche 31 des Öffnungsmagneten 3 an. Zum Zeitpunkt tm2 wird der Öffnungsmagnet 3 abgeschaltet und anschließend zum Zeitpunkt tn der Schließmagnet 2 eingeschaltet. Der Anker 1 löst sich somit vom Öffnungsmagneten 3 und bewegt sich in Richtung Schließmagnet 2, wodurch der Ventilhub s abnimmt. Der Erregerstrom I3 des Öffnungsmagneten 3 fällt dabei auf Null ab; der Erregerstrom I2 des Schließmagneten 2 steigt hingegen von Null bis zu einem lokalen Maximalwert I20 an, den er zum Zeitpunkt tn0 erreicht, und fällt daraufhin auf einen lokalen Minimalwert I21 ab, den er zum Zeitpunkt tn1 des Auftreffens des Ankers 1 auf den Schließmagneten 2 erreicht. Anschließend steigt der Erregerstrom I2 nochmals steil an und fällt danach auf einen Haltewert I22 ab, welcher beispielsweise durch Pulsweitenmodulation der der Erregerspule 21 zugeführten Erregerspannung vorgegeben wird.According to FIG. 2, the gas exchange valve 5 is in an open position s 0 until the time t m2 , ie the armature 1 is in contact with the pole face 31 of the opening magnet 3. The opening magnet 3 is switched off at the time t m2 and the closing magnet 2 is then switched on at the time t n . The armature 1 thus detaches from the opening magnet 3 and moves in the direction of the closing magnet 2, as a result of which the valve lift s decreases. The excitation current I 3 of the opening magnet 3 drops to zero; the excitation current I 2 of the closing magnet 2, on the other hand, rises from zero to a local maximum value I 20 , which it reaches at the time t n0 , and then drops to a local minimum value I 21 , which it has at the time t n1 when the armature 1 hits reached on the closing magnet 2. The excitation current I 2 then rises again steeply and then falls to a holding value I 22 , which is predetermined, for example, by pulse width modulation of the excitation voltage supplied to the excitation coil 21.

Die Geschwindigkeit mit der der Erregerstrom I2 im Zeitintervall tn0 ... tn1 abnimmt, hängt von der Ankergeschwindigkeit ab, und zwar ist die Stromabnahme ΔI für große Ankergeschwindigkeiten größer als für kleine Ankergeschwindigkeiten. Die Entstehung dieser Stromabnahme ΔI läßt sich anhand folgender Gleichung erklären: u(t) = i(t) · RCu + dt . The speed at which the excitation current I 2 decreases in the time interval t n0 ... t n1 depends on the armature speed, specifically the current decrease ΔI is greater for large armature speeds than for small armature speeds. The origin of this current decrease ΔI can be explained using the following equation: u (t) = i (t) · R Cu + German .

Dabei steht u(t) für die dem Schließmagneten 2 zugeführte Erregerspannung, i(t) für der Erregerstrom I2 des Schließmagneten 2, der aufgrund der angelegten Erregerspannung u(t) durch die Erregerspule 20 fließt, RCu für den ohmschen Widerstand der Erregerspule 20 und dΨ/dt für die induzierte Gegenspannung, d. h. für die zeitliche Ableitung des verketteten magnetischen Flusses Ψ(t). Für letzteren gilt die Beziehung Ψ(t) = i(t) · L(t), wobei L(t) für die Induktivität des Schließmagneten 2 steht, so daß man für die induzierte Gegenspannung dΨ/dt folgende Gleichung erhält: dt = di(t)dt · L(t) + i(t) · dLdx · dxdt . Here, u (t) stands for the excitation voltage supplied to the closing magnet 2, i (t) for the excitation current I 2 of the closing magnet 2, which flows through the excitation coil 20 due to the excitation voltage u (t) applied, R Cu for the ohmic resistance of the excitation coil 20 and dΨ / dt for the induced counter voltage, ie for the time derivative of the chained magnetic flux Ψ (t). The relationship applies to the latter Ψ (t) = i (t) · L (t) , where L (t) stands for the inductance of the closing magnet 2, so that the following equation is obtained for the induced counter voltage dΨ / dt: German = di (t) German L (t) + i (t) dL dx · dx German .

Mit x wird dabei der Hubweg des Ankers 1 bzgl. des Schließmagneten 2 bezeichnet, d. h. der Abstand zwischen der Polfläche 21 des Schließmagneten 2 und dem Anker 1. Eine Bewegung des Ankers 1 in Richtung des Schließmagneten 2 liefert somit einen positiven Beitrag zur induzierten Gegenspannung dΨ/dt, der um so größer ist, je größer der Betrag der zeitlichen Änderung dx/dt des Abstandes x, d. h. die Ankergeschwindigkeit, ist. Aufgrund der während der Bewegungsphase des Ankers 1 konstant gehaltenen Erregerspannung u(t) nimmt der Erregerstrom i(t) nach Erreichung des lokalen Maximums I20 mit einer von der Ankergeschwindigkeit dx/dt abhängigen Geschwindigkeit ab. Die Geschwindigkeit der Stromabnahme ΔI des Erregerstromes I2 ist somit eine Funktion der Auftreffgeschwindigkeit des Ankers 1 auf den Schließmagneten 2. Sie läßt sich auf verschiedene Arten ermitteln: eine Möglichkeit besteht darin, den Erregerstrom I2 abzutasten, numerisch zu differenzieren und den kleinsten der so erhaltenen Werte zu bestimmen; sie läßt sich aber auch näherungsweise durch Detektion des lokalen Maximums I20 und des darauffolgenden lokalen Minimums I21 und durch Berechnung der Steigung einer durch das lokale Maximum I20 und durch das lokale Minimum I21 durchgehenden Geraden ermitteln.With x, the stroke of the armature 1 with respect to the closing magnet 2 is designated, ie the distance between the pole surface 21 of the closing magnet 2 and the armature 1. A movement of the armature 1 in the direction of the closing magnet 2 thus makes a positive contribution to the induced counter voltage dΨ / dt, which is greater, the greater the amount of the time change dx / dt of the distance x, ie the anchor speed. Due to the excitation voltage u (t), which is kept constant during the movement phase of the armature 1, the excitation current i (t) decreases after the local maximum I 20 has been reached at a speed which is dependent on the armature speed dx / dt. The speed of the current draw ΔI of the excitation current I 2 is thus a function of the impact speed of the armature 1 on the closing magnet 2. It can be determined in different ways: one possibility is to scan the excitation current I 2 , to differentiate it numerically and the smallest of the so determine values obtained; however, it can also be determined approximately by detecting the local maximum I 20 and the subsequent local minimum I 21 and by calculating the slope of a straight line passing through the local maximum I 20 and through the local minimum I 21 .

Um die Auftreffgeschwindigkeit des Ankers 1 auf den Schließmagneten 2 zu regeln, wird eine Regelgröße vIST gebildet, die der Geschwindigkeit der Stromabnahme ΔI des Erregerstromes I2 entspricht, die Regelgröße vIST mit einem Sollwert vSOLL verglichen und der nächste Einschaltzeitpunkt des Schließmagneten 2 in Abhängigkeit des Vergleichsergebnisses vorgegeben. Es handelt sich hierbei um eine iterativ lernende Regelung, die nach folgendem Algorithmus abläuft: Tn+1 = Tn + k · (vSOLL ― vIST). In order to control the impact velocity of the armature 1 on the closing magnet 2, a control variable v is formed which corresponds to the rate of current decrease .DELTA.I of the excitation current I 2, the control variable v with a desired value v soll and the next turn-on of the closing magnet 2 in Dependency of the comparison result. This is an iterative learning control that works according to the following algorithm: T n + 1 = T n + k · (v SHOULD - v IS ).

Tn und Tn+1 stellen dabei die Einschaltzeitpunkte des Schließmagneten 2 in aufeinanderfolgenden Zyklen dar; sie werden jeweils in Bezug auf einen definierten Referenzzeitpunkt des jeweiligen Zyklus angegeben. Als Zyklus wird dabei der Vorgang zwischen zwei aufeinanderfolgenden Öffnungs- oder Schließvorgängen des Gaswechselventils 5 bezeichnet. Ferner stellt n eine Zyklusnummer, k einen Proportionalitätsfaktor und vSOLL ― vIST das Ergebnis des Vergleichs der Regelgröße vIST mit dem Sollwert vSOLL dar.T n and T n + 1 represent the switch-on times of the closing magnet 2 in successive cycles; they are given in relation to a defined reference time of the respective cycle. The cycle between two successive opening or closing operations of the gas exchange valve 5 is referred to as a cycle. Furthermore, n represents a cycle number, k a proportionality factor and v SET - v ACT is the result of the comparison of the controlled variable v ACT with the set value v SET .

Im vorliegenden Beispiel handelt es sich bei den Referenzzeitpunkten der jeweiligen Zyklen um die Abschaltzeitpunkte tm2, tm+1,2 des Öffnungsmagneten 3, so daß mit den Bezeichnungen aus Figur 2 gilt: Tn = tn ― tm2 Tn+1 = tn+1 ― tm+1,2. In the present example, the reference times of the respective cycles are the switch-off times t m2 , t m + 1.2 of the opening magnet 3, so that the following applies with the designations from FIG. 2: T n = t n - t m2 T n + 1 = t n + 1 - t m + 1.2.

Der Sollwert vSOLL der Regelgröße vIST ist derjenige Wert der Regelgröße vIST, der bei einem vorgegebenen, d. h. geforderten Wert der Auftreffgeschwindigkeit des Ankers 1 auf den Schließmagneten 2 gemessen wird. Er kann in Abhängigkeit verschiedener Systemparameter, insbesondere in Abhängigkeit der Reibung des Gaswechselventils 5 und der beweglichen Teile des Aktuators, der Temperatur des Schmiermittels, des Druck in der Brennkammer zum Zeitpunkt des Öffnens des Gaswechselventils 5 und der Einschaltzeitpunkte der Elektromagnete 2, 3, variieren. Der Sollwert vSOLL wird daher vorteilhafterweise in Abhängigkeit dieser Systemparameter, die mittels geeigneter Sensoren oder anhand von Kennlinienfeldern ermittelt werden, dynamisch vorgegeben.The target value v SET of the controlled variable v ACTUAL is the value of the controlled variable v ACTUAL which is measured at a predetermined, ie required value of the speed of impact of the armature 1 on the closing magnet 2. It can vary depending on various system parameters, in particular depending on the friction of the gas exchange valve 5 and the moving parts of the actuator, the temperature of the lubricant, the pressure in the combustion chamber at the time the gas exchange valve 5 is opened and the times at which the electromagnets 2, 3 are switched on. The setpoint v SOLL is therefore advantageously given dynamically as a function of these system parameters, which are determined by means of suitable sensors or on the basis of characteristic curve fields.

Durch schrittweises Verschieben der Einschaltzeitpunkte Tn, Tn+1 des Schließmagneten 2 wird dem Anker 1 mit jedem Zyklus jeweils mehr oder weniger kinetische Energie zugeführt, wodurch die Auftreffgeschwindigkeit den Ankers 1 auf den Schließmagneten 2 zu- bzw. abnimmt. Dementsprechend ist die Stromabnahme ΔI von Zyklus zu Zyklus stärker bzw. weniger stark ausgeprägt. Somit wird ein Lernen von Zyklus zu Zyklus gewährleistet.By gradually shifting the switch-on times T n , T n + 1 of the closing magnet 2, more or less kinetic energy is supplied to the armature 1 with each cycle, as a result of which the speed of impact of the armature 1 on the closing magnet 2 increases or decreases. Accordingly, the current decrease ΔI is more or less pronounced from cycle to cycle. This guarantees learning from cycle to cycle.

Die Anwendung dieses Algorithmus setzt eine zyklische Arbeitsweise mit sich wiederholenden Prozeßabläufen voraus, wobei diese nicht streng periodisch erfolgen müssen. Demnach wird der Algorithmus nur dann eingesetzt, wenn die Systemparameter (Reibung, Temperatur, Druck in der Brennkammer) sich von Zyklus zu Zyklus nicht oder nur wenig ändern. In stark zyklusvarianten Phasen wird vorteilhafterweise vorgesteuert, d. h. die Systemparameter werden ermittelt und die Einschaltzeitpunkte Tn+1 für die jeweils folgenden Zyklen werden zunächst in Abhängigkeit der Systemparameter vorgegeben und anschließend nachgeregelt. Ist die Aufprallgeschwindigkeit in einer zyklusinvarianten Phase auf den vorgegebenen Wert eingeregelt, läßt sich der Einschaltzeitpunkt Tn+1 in Abhängigkeit der Systemparameter als Steuerdaten in einer Speichereinheit abspeichern und zur vorsteuerung bei gleichen Systemparametern verwenden. Hierdurch wird eine adaptive Vorsteuerung realisiert.The application of this algorithm requires a cyclical mode of operation with repetitive process flows, which do not have to be strictly periodic. Accordingly, the algorithm is only used if the system parameters (friction, temperature, pressure in the combustion chamber) do not change or change only slightly from cycle to cycle. In strongly cycle-variant phases, it is advantageously precontrolled, that is to say the system parameters are determined and the switch-on times T n + 1 for the subsequent cycles are initially specified as a function of the system parameters and then readjusted. If the impact speed is adjusted to the specified value in a cycle-invariant phase, the switch-on time T n + 1 can be stored as control data in a storage unit as a function of the system parameters and can be used for precontrol with the same system parameters. An adaptive feedforward control is thereby implemented.

Im vorliegenden Beispiel wird die Wirkung der Induktivitätsänderung der Elektromagnete 2 und 3 auf den Erregerstrom I2 bzw. I3 ausgewertet. Da zwischen dem Bewegungsverlauf des Ankers 1 und dem Induktivitätsverlauf der Elektromagnete 2, 3 ein funktioneller Zusammenhang besteht, der sich ohne weiteres, beispielsweise anhand einer Meßreihe, ermitteln läßt, kann die Auftreffgeschwindigkeit des Ankers 1 auf die Elektromagnete 2, 3 auch dadurch geregelt werden, daß der Induktivitätsverlauf des jeweiligen Elektromagneten 2 bzw. 3 ermittelt wird, hieraus der Bewegungsverlauf des Ankers 1 bestimmt wird und aus diesem Bewegungsverlauf die Geschwindigkeit des Ankers 1 zum Zeitpunkt des Auftreffens auf den jeweiligen Elektromagneten 2 bzw. 3 ermittelt und als Regelgröße vIST bereitstellt wird.In the present example, the effect of the change in inductance of the electromagnets 2 and 3 on the excitation current I 2 and I 3 is evaluated. Since there is a functional connection between the course of movement of the armature 1 and the inductance course of the electromagnets 2, 3, which can be determined without further ado, for example using a series of measurements, the impact speed of the armature 1 on the electromagnets 2, 3 can also be regulated by that the inductance curve of the respective electromagnet 2 or 3 is determined, from this the movement curve of the armature 1 is determined and from this movement curve the speed of the armature 1 at the time of impact with the respective electromagnet 2 or 3 is determined and is provided as a control variable v ACT .

Im folgenden werden verschiedene Möglichkeiten zur Ermittlung der Induktivität des Schließmagneten 2 aufgezeigt; die Induktivität des Öffnungsmagneten 3 läßt sich selbstverständlich auf die gleiche Weise ermitteln.The following are different ways of determining the inductance of the closing magnet 2 shown; the inductance of the opening magnet 3 can of course be determined in the same way.

Wie bereits ausgeführt gilt für die Erregerspannung u(t) des Schließmagneten 2 folgende Gleichung u(t) = i(t) · RCu + dt . As already stated, the following equation applies to the excitation voltage u (t) of the closing magnet 2 u (t) = i (t) · R Cu + German .

Hieraus erhält man durch Integration nach der Zeit den verketteten magnetischen Fluß

Figure 00100001
The chained magnetic flux is obtained from this by integration over time
Figure 00100001

Mit Ψ(t) = i(t) · L(t) und der Randbedingung Ψ(0) = C = 0 ergibt sich für die Induktivität folglich

Figure 00100002
für i(t) ≠ 0. Der Induktivitätsverlauf L(t) des Schließmagneten 2 läßt sich somit aus den zeitlichen Verläufen der Erregerspannung u(t) und Erregerstromes i(t) berechnen.With Ψ (t) = i (t) · L (t) and the boundary condition Ψ (0) = C = 0 consequently results for the inductance
Figure 00100002
for i (t) ≠ 0. The inductance profile L (t) of the closing magnet 2 can thus be calculated from the time profiles of the excitation voltage u (t) and excitation current i (t).

Ferner läßt sich der Induktivitätsverlauf L(t) des Schließmagneten 2 auch durch Messung der Resonanzfrequenz eines mittels einer Kapazität und dem Schließmagneten 2 gebildeten LC-Schwingkreises ermitteln. Die mittlere Resonanzfrequenz wird hierbei durch die Wahl der Kapazität wird so hoch gewählt, daß die Bewegung des Ankers 1 hinreichend genau aufgelöst wird und die Ankerposition sich während einer Schwingungsperiode nur minimal ändert. Beispielsweise erhält man bei einer Flugzeit, d. h. Bewegungszeit des Ankers 1 von ca. 3,5 ms und einer mittleren Resonanzfrequenz von etwa 14 kHz 50 Schwingungsperioden und somit 50 Werte für die Ankerposition, mit denen die Bewegung des Ankers 1 bei einem \/entilhub von ca. 7 mm ausreichend genau aufgelöst wird.Furthermore, the inductance curve L (t) of the closing magnet 2 can also be by measuring the resonance frequency of one by means of a capacitance and the Determine the closing magnet 2 of the LC resonant circuit. The mean resonance frequency is chosen by the choice of capacity so high that the movement of the armature 1 is resolved with sufficient accuracy and the anchor position changes only minimally during an oscillation period changes. For example, at flight time, i.e. H. Movement time of the armature 1 of approximately 3.5 ms and an average resonance frequency of approximately 14 kHz 50 oscillation periods and thus 50 values for the anchor position, with which the movement of the armature 1 with a \ / entilhub of about 7 mm resolved with sufficient accuracy.

Der Induktivitätsverlauf des Schließmagneten 2 läßt sich auch durch Messung von dessen komplexen Widerstandes ermitteln. Hierzu wird der dem schließmagneten 2 zugeführten Erregerspannung u(t) eine hochfrequente Meßspannung als Meßsignal überlagert und der durch die Meßspannung bewirkte Anteil des Erregerstromes i(t) anhand seiner Frequenz detektiert und nach Betrag und Phasenlage ausgewertet. Das Verhältnis aus der Meßspannung und dem der Meßspannung entsprechenden Anteil des Erregerstromes ergibt einen komplexen Zahlenwert ― den aus einem ohmschen und einem imaginären Anteil bestehenden komplexen Widerstand des Elektromagneten ― aus dessen imaginärem Anteil die momentane Induktivität des Schließmagneten 2 hergeleitet wird.The inductance profile of the closing magnet 2 can also be measured of its complex resistance. For this, the closing magnet 2 supplied excitation voltage u (t) a high frequency Measuring voltage superimposed as a measuring signal and by the measuring voltage caused portion of the excitation current i (t) detected based on its frequency and evaluated according to amount and phase. The ratio of the measuring voltage and the portion of the excitation current corresponding to the measuring voltage results in a complex numerical value - that from an ohmic and an imaginary part of the existing complex resistance of the electromagnet - from its imaginary part the instantaneous inductance of the closing magnet 2 is derived.

Claims (14)

Verfahren zum Betreiben eines elektromagnetischen Aktuators zur Betätigung eines Gaswechselventils (5), bei dem der Aktuator mit mindestens einem Elektromagneten (2, 3) über einen Anker (1) gegen die Kraft mindestens einer Ventilfeder (60, 63) auf das Gaswechselventil (5) wirkt und dieses durch Bewegung des Ankers (1) betätigt, dadurch gekennzeichnet, daß eine von einer Induktivitätsänderung des Elektromagneten (2, 3) abhängige Regelgröße (vIST) als Maß der Auftreffgeschwindigkeit des Ankers (1) auf den Elektromagneten (2, 3) gebildet wird und daß die Regelgröße (vIST) durch Steuerung der Energiezufuhr zum Elektromagneten (2, 3) auf einen Sollwert (vSOLL) geregelt wird, den sie bei einem vorgegebenen Wert der Auftreffgeschwindigkeit des Ankers (1) auf den Elektromagneten (2, 3) annimmt.Method for operating an electromagnetic actuator for actuating a gas exchange valve (5), in which the actuator with at least one electromagnet (2, 3) via an armature (1) against the force of at least one valve spring (60, 63) on the gas exchange valve (5) acts and this is actuated by movement of the armature (1), characterized in that a controlled variable (v ACT ) dependent on a change in the inductance of the electromagnet (2, 3) as a measure of the speed at which the armature (1) strikes the electromagnet (2, 3) is formed and that the controlled variable (v ACTUAL ) is controlled by controlling the energy supply to the electromagnet (2, 3) to a desired value (v SET ), which it sets for a predetermined value of the impact velocity of the armature (1) on the electromagnet (2, 3) assumes. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung der Regelgröße (vIST) die Geschwindigkeit einer während der Ankerbewegung auftretenden Stromabnahme (ΔI) eines durch den Elektromagneten fließenden Erregerstromes (I2, I3) ermittelt wird.Method according to Claim 1, characterized in that, in order to form the controlled variable (v IST ), the speed of a current decrease (ΔI) of an excitation current (I 2 , I 3 ) flowing through the electromagnet is determined during the armature movement. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung der Regelgröße (vIST) der zeitliche Verlauf der Induktivität des Elektromagneten (2, 3) ermittelt wird.Method according to Claim 1, characterized in that the time profile of the inductance of the electromagnet (2, 3) is determined in order to form the controlled variable (v IST ). Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zeitliche Verlauf der Induktivität des Elektromagneten (2, 3) aus dem zeitlichen Verlauf einer dem Elektromagneten zugeführten Erregerspannung (u(t)) und dem zeitlichen Verlauf eines durch den Elektromagneten (2, 3) fließenden Erregerstromes (i(t)) ermittelt wird.A method according to claim 3, characterized in that the temporal Course of the inductance of the electromagnet (2, 3) from the time course an excitation voltage (u (t)) supplied to the electromagnet and the time course of a flowing through the electromagnet (2, 3) Excitation current (i (t)) is determined. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zeitliche Verlauf der Induktivität des Elektromagneten (2, 3) aus dem Verlauf der Resonanzfrequenz eines aus dem Elektromagneten (2, 3) und einer Kapazität gebildeten LC-Schwingkreises ermittelt wird. A method according to claim 3, characterized in that the temporal Course of the inductance of the electromagnet (2, 3) from the course of the resonance frequency one from the electromagnet (2, 3) and a capacitance LC resonant circuit formed is determined. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zeitliche Verlauf der Induktivität des Elektromagneten (2, 3) aus dem Verlauf eines mittels eines hochfrequenten Meßsignals erfaßten komplexen Widerstandes des Elektromagneten (2, 3) ermittelt wird.A method according to claim 3, characterized in that the temporal Course of the inductance of the electromagnet (2, 3) from the course of a complex resistance detected by means of a high-frequency measurement signal of the electromagnet (2, 3) is determined. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Energiezufuhr zum Elektromagneten (2, 3) gesteuert wird, indem die Regelgröße (vIST) mit einem vorgegebenen Sollwert (vSOLL) verglichen wird und ein nächster Einschaltzeitpunkt (Tn+1) des Elektromagneten (2, 3) in Abhängigkeit des Vergleichsergebnisses vorgegeben wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the energy supply to the electromagnet (2, 3) is controlled by comparing the controlled variable (v ACTUAL ) with a predetermined target value (v SET ) and a next switch-on time (T n + 1 ) of the electromagnet (2, 3) is specified as a function of the comparison result. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwert (vSOLL) der Regelgröße (vIST) in Abhängigkeit von Systemparametern vorgegeben wird.Method according to Claim 7, characterized in that the setpoint (v SET ) of the controlled variable (v ACTUAL ) is specified as a function of system parameters. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einschaltzeitpunkte (Tn, Tn+1) des Elektromagneten (2, 3) in Abhängigkeit von Systemparametern vorgegeben werden.Method according to claim 7 or 8, characterized in that the switch-on times (T n , T n + 1 ) of the electromagnet (2, 3) are predetermined as a function of system parameters. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein nächster lokaler Maximalwert (I20) des Erregerstroms (I2, I3) in Abhängigkeit von Systemparametern vorgegeben wird.Method according to Claim 9, characterized in that a next local maximum value (I 20 ) of the excitation current (I 2 , I 3 ) is specified as a function of system parameters. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß aus den sich bei verschiedenen Systemparametern einstellenden Einschaltzeitpunkten (Tn) des Elektromagneten (2, 3) Steuerdaten gebildet werden, die in Abhängigkeit der Systemparameter abgespeichert werden, und daß bei einer Änderung der Systemparameter der nächste Einschaltzeitpunkt (Tn+1) des Elektromagneten (2, 3) nach Maßgabe der den momentanen Systemparametern entsprechenden abgespeicherten Steuerdaten vorgesteuert wird.Method according to one of Claims 7 to 10, characterized in that control data are formed from the switch-on times (T n ) of the electromagnet (2, 3) which occur at different system parameters, which are stored as a function of the system parameters, and that when the System parameters the next switch-on time (T n + 1 ) of the electromagnet (2, 3) is pre-controlled in accordance with the stored control data corresponding to the current system parameters. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerdaten aus den sich bei verschiedenen Systemparametern ergebenden lokalen Maximalwerten (I20) des Erregerstroms (I2, I3) gebildet werden. Method according to Claim 11, characterized in that the control data are formed from the local maximum values (I 20 ) of the excitation current (I 2 , I 3 ) which result from different system parameters. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Aktuator mit zwei einander gegenüberliegenden Elektromagneten (2, 3) gegen die Kraft zweier Ventilfedern (60, 63) auf den Anker (1) wirkt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that that the actuator with two opposing electromagnets (2, 3) against the force of two valve springs (60, 63) on the armature (1) works. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Auftreffgeschwindigkeiten des Ankers (1) auf die beiden Elektromagnete (2, 3) jeweils in gleicher Weise geregelt werden.A method according to claim 13, characterized in that the impact speeds of the armature (1) on the two electromagnets (2, 3) are regulated in the same way.
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