DE10200283A1 - Steuer/Regeleinrichtung zur Steuerung/Regelung eines elektromagnetischen Aktuators - Google Patents
Steuer/Regeleinrichtung zur Steuerung/Regelung eines elektromagnetischen AktuatorsInfo
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Abstract
Es ist eine Steuer/Regelvorrichtung für einen elektromagnetischen Aktuator vorgesehen, welche eine Erfassung einer genauen Bewegung des Ankers, der sich aus der Sitzposition wegbewegt, ermöglicht und in Antwort auf eine derartige Erfassung einen Rückzugsbetrieb ausführt. Der elektromagnetische Aktuator weist ein Paar von Federn auf, welche in entgegengesetzte Richtungen wirken, sowie einen mit einem mechanischen Element, wie etwa einem Auslass/Einlassventil eines Automobilmotors, gekoppelten Anker. Der Anker wird dann, wenn der Aktuator nicht aktiviert ist, in einer durch die Federn gegebenen neutralen Position gehalten. Der Aktuator umfasst ein Paar von Elektromagneten, um den Anker zwischen zwei Endstellungen anzutreiben. Die Steuer/Regelvorrichtung umfasst ein Stromzufuhrmittel, um dem Elektromagneten, welcher einer der Endstellungen entspricht, dann einen Haltestrom zuzuführen, wenn der Anker in der einen der Endstellungen gehalten ist. Die Steuer/Regelvorrichtung umfasst ein Mittel zur Bestimmung, dass sich der Anker aus der gesetzten Position wegbewegt (abfällt oder sich anhebt), wenn der Haltestrom um mehr als einen vorbestimmten Wert ansteigt, während der Haltestrom dem der Endposition entsprechenden Elektromagneten zugeführt wird. Ein sich wegbewegender Anker wird auf Grundlage der Änderung des Haltestroms erfasst, was eine einfachere Erfassung des sich wegbewegenden Ankers gestattet.
Description
Die Erfindung betrifft eine Steuer-/Regeleinrichtung zur Steuerung/Regelung
eines Aktuators für ein Magnetventil. Sie betrifft im Besonderen eine Steu
er/Regeleinrichtung für einen elektromagnetischen Aktuator zum Antreiben
eines Ventils eines Motors, welcher an eine Vorrichtung montiert ist, wie
etwa ein Automobil und ein Boot.
Ein Ventilantriebsmechanismus mit einem elektromagnetischen Aktuator ist
bekannt und wird als Magnetventil bezeichnet. Ein elektromagnetischer
Aktuator umfasst typischerweise ein sich bewegendes Eisen bzw. einen
Anker, welcher zwischen einem Paar von Federn mit gegebener Versatzlast
angeordnet ist, so dass sich der Anker bei einem Zwischenabschnitt eines
Paars von Elektromagneten positioniert. Mit dem Anker ist ein Ventil ver
bunden. Wenn den Elektromagneten aus des Elektromagnetenpaars ab
wechselnd elektrische Energie zugeführt wird, wird der Anker in zwei
entgegengesetzte Richtungen hin und her angetrieben, wodurch wiederum
das Ventil angetrieben wird. Üblicherweise ist die Antriebsart wie folgt:
- 1. Die magnetische Anziehungskraft, welche einer der Elektromagneten dem Anker bereitstellt, überwindet die Rückstellkraft durch das Federnpaar und zieht den Anker an, um ihn auf eine Sitzposition setzen zu lassen. Der Anker (das Ventil) wird durch einen Auslöser, wie etwa eine Unterbrechung einer Energiezufuhr zu dem Elektroma gneten, aus der Sitzposition gelöst und beginnt, sich durch die Kraft des Federnpaares in der Art einer Kosinusfunktion zu verlagern.
- 2. Bei einer der Verlagerung des Ankers entsprechenden Zeitsteuerung wird dem anderen Elektromagneten ein geeigneter Strom zugeführt, um einen magnetischen Fluss zu erzeugen, welcher eine Anzie hungskraft erzeugt.
- 3. Der magnetische Fluss wächst schnell an, wenn der Anker sich dem anderen Elektromagneten nähert, welcher den magnetischen Fluss erzeugt. Die Arbeit durch die Anziehungskraft, welche durch den anderen Elektromagneten erzeugt wird, überwindet die Summe aus (i) einer kleinen Arbeit durch den Restmagnetfluss, welcher durch den einen Elektromagneten erzeugt wird und welcher auf den Anker derart wirkt, dass er ihn zurückzieht und (ii) eines mechanischen Verlustes, welcher für einen großen Anteil der Summe an Arbeit verantwortlich ist. Somit wird der Anker angezogen und setzt sich an den anderen Elektromagneten.
- 4. Bei einer geeigneten Zeitsteuerung, während sich der Anker setzt, wird dem anderen Elektromagneten ein konstanter Strom zugeführt, um den Anker in dem gesetzten Zustand zu halten.
Während der Anker in dem gesetzten Zustand gehalten wird, ist es wün
schenswert, den minimalen Antriebsstrom zuzuführen, welcher den Anker
in dem gesetzten Zustand halten kann, um den Energieverbrauch zu mini
mieren. Wenn jedoch ein minimaler Strom jedesmal dann verwendet wird,
wenn der Anker in dem gesetzten Zustand gehalten werden soll, könnte
der zu einer Setzposition bewegte Anker sich aufgrund von dauerhaften
Veränderungen des elektromagnetischen Aktuators und/oder von Variatio
nen der Bewegung von Zeit zu Zeit aus der Setzposition wegbewegen.
Wenn der Anker aus der Setzposition abfällt oder sich anhebt (kollektiv als
"wegbewegen" bezeichnet), muss diese Situation sofort erfasst werden.
Weiterhin muss die Stromzufuhr erhöht werden, um den Anker zurück zur
Setzposition zu ziehen.
Herkömmlicherweise wurde ein Wegbewegen des Ankers auf Grundlage
von Signalen von einem Verlagerungssensor erfasst, welcher eine Ver
lagerung des Ankers erfasst. Genauer wird ein Wegbewegen (Abfallen oder
Anheben) des Ankers bestimmt, indem eine Situation erfasst wird, dass die
Sensorausgabe keinen Setz-Zustand des Ankers während der Dauer an
zeigt, während welcher der Anker sich in dem Setz-Zustand befindet. In
Antwort auf eine Bestimmung eines Wegbewegens des Ankers wird den
Wicklungen des Elektromagnets ein großer Strom zugeführt, um sofort
einen Rückzugsvorgang zu aktivieren, so dass der Anker zu der Setzposi
tion zurückgezogen werden kann.
Das herkömmliche Verfahren weist jedoch die folgenden Probleme auf.
Wenn der Anker gesetzt ist, ist der Luftspalt zwischen dem Anker und dem
Joch des Elektromagneten sehr klein. Der elektromagnetische Aktuator
weist eine sehr geringe magnetische Reluktanz auf, wenn der Anker ge
setzt ist. Wenn ein konstanter Strom zugeführt wird, um den Anker dann
in dem gesetzten Zustand zu halten, wenn sich der Anker aus irgendwel
chen Gründen um einen geringen Abstand, etwa weniger als 10 µm, aus
der Setzposition wegbewegt, nimmt die Anziehungskraft ab. Eine solch
geringe Bewegung mit dem Verlagerungssensor zu erfassen ist sehr
schwierig. Dann, wenn sich der Anker beispielsweise in dem Bereich von 7 mm
bewegt, um ein Ventil eines Automobilmotors zu öffnen und zu schlie
ßen, kann der Verlagerungssensor lediglich die Bewegung des Ankers
erfassen, welche größer als 1/100 des Bewegungsbereichs ist. Das heißt,
der Sensor kann aufgrund von Rauschen und aufgrund der Leistung des
Sensors lediglich eine Ankerbewegung erfassen, welche größer als 70 µm
ist. Eine Erfassung eines Wegbewegens (Abfallen oder Anheben) an einem
70-µm-Punkt ist zu spät, um einen Rückzugsvorgang des Ankers zu gew
ährleisten.
Zusätzlich muss ein größerer Strom zugeführt werden, wenn ein Rück
zugsvorgang bei einem 70 µm-Punkt aktiviert wird, wodurch der Energie
verbrauch steigt. Dies erfordert, die Kapazität eines Antriebselements, wie
etwa eines Feldeffekttransistors, zu erhöhen, was die Kosten der Treiber
schaltung erhöht. Darüber hinaus bewirken ein großer Strom und der durch
den sich wegbewegenden Anker erzeugte Luftspalt, dass in dem Luftspalt
eine große magnetische Energie akkumuliert wird. Diese magnetische
Energie wird in kinetische Energie des Ankers und des Ventils umgewan
delt, wenn der Anker erneut zur Setzposition hingezogen wird. Als Folge
wird die Setzgeschwindigkeit des Ankers groß und erzeugt ein lautes
Kollisionsgeräusch, wenn sich der Anker setzt.
Als ein besonderes Beispiel wird mit Bezug auf Fig. 15 ein Fall eines
wiederholten Aktivierens eines elektromagnetischen Aktuators bei einer
hohen Geschwindigkeit beschrieben, wie etwa im Falle eines Ventilzuges
eines Motors. Die linke vertikale Achse zeigt die Größe einer Verlagerung
des Ankers (mm) und einen dem Elektromagneten zugeführten Strom (A).
Die rechte vertikale Achse zeigt eine Anziehungskraft (N) und eine an dem
Elektromagneten angelegte Spannung (V). Wie in den Figuren gezeigt ist,
beträgt die minimale Anziehungskraft (Abfallgrenze oder Wegbewegungs
grenze), welche verhindert, dass sich der Anker aus der Setzposition weg
bewegt, 485 N.
Fig. 15(a) zeigt einen Fall, in welchem sich der Anker normal setzt und in
welchem ein stabiler Setz-Zustand aufrecht erhalten wird. Zur Zeit 0 wird
der Anker von einem Elektromagneten gelöst und beginnt sich durch die
Wirkung eines Federnpaars zum anderen Elektromagneten hin zu bewegen.
Während der Dauer von der Zeit Te bis Th an den anderen Elektromagneten
angelegt wird eine konstante Spannung von 42 V (Übererregungsbetrieb),
um den Anker an dem anderen Elektromagneten setzen zu lassen. Da die
Anziehungskraft ein wenig größer ist als die Wegbewegungsgrenze, wird
danach ein stabiler Setz-Zustand beibehalten. Nachdem sich der Anker
gesetzt hat, wird eine Schaltungssteuerung/regelung von Spannungen von
0 V und + 12 V durchgeführt, um dem Elektromagneten einen konstanten
Haltestrom zuzuführen.
Fig. 15(b) zeigt einen Fall, bei welchem sich ein gesetzter Anker aus der
Setzposition wegbewegt. Ein Verlagerungssensor erfasst die Wegbewe
gung des Ankers erst, wenn der Anker einen 70 µm-Punkt erreicht, was 1%
des Hubbereichs (Bewegungsbereichs) von 7 mm ist. Sofort wird ein
Rückzugsvorgang eingeleitet. Der Anker erreicht einen 70 µm-Punkt unge
fähr bei der Zeit 6,33 ms. Von dem Zeitpunkt 6,33 ms an wird für 0,5 ms
eine Übererregungsspannung angelegt. Die Spannungsanlegedauer wird
gemäß dem Betrag des Wegbewegens bestimmt (70 µm).
Nachdem ein Anlegen einer Spannung beendet ist, wird ein Haltestromwert
auf einen Wert erneuert, welcher um einen vorbestimmten Wert (z. B.
beträgt der vorbestimmte Wert 10% des normalen Haltestromwerts) größer
als der voreingestellte normale Haltestromwert ist. Eine Schaltungssteue
rung/regelung von Spannungen von ± 12 V wird ausgeführt, bis der Strom
auf den erneuerten Soll-Haltestromwert konvergiert. In dem in der Figur
gezeigten Beispiel wird die Schaltungssteuerung/regelung 0,7 ms lang
ausgeführt. Danach wird die Schaltungssteuerung/regelung von Spannun
gen von +12 V und 0 V durchgeführt, so dass ein dem Elektromagneten
zugeführter Strom den Soll-Haltestromwert beibehält.
In dem in Fig. 15(b) gezeigten Beispiel bewegt sich der Anker um 0,22 mm
aus der Setzposition weg und wird zurückgezogen. Die für das Zurück
ziehen benötigte Energie beträgt etwa 0,12 J. Die Setzgeschwindigkeit
(nicht dargestellt) des Ankers beim Zurückziehen beträgt etwa 0,6 m/s,
was ein Kollisionsgeräusch erzeugt. Somit ruft eine Aktivierung eines
Rückzugsvorgangs in Antwort auf eine Erfassung des sich wegbewegenden
Ankers durch den Verlagerungssensor eine Verzögerung im Rückzugsvor
gang hervor und erfordert eine große Energie für das Zurückziehen. Es
erzeugt eine hohe Setzgeschwindigkeit, welche zu einem Kollisionsge
räusch führt.
Somit besteht Bedarf für eine Steuer-/Regelvorrichtung für einen elektroma
gnetischen Aktuator, welcher eine Erfassung einer genauen Bewegung des
Ankers ermöglicht, der sich aus der Setzposition wegbewegt, und welcher
in Antwort auf eine solche Erfassung einen Rückzugsvorgang ausführt.
Gemäß einem Gesichtspunkt der Erfindung ist eine Steuer-/Regelvorrich
tung vorgesehen, um einen elektromagnetischen Aktuator mit einem in
entgegengesetzte Richtungen wirkenden Federnpaar und einem mit einem
mechanischen Element gekoppelten Anker zu steuern/regeln. Der Anker ist
mit den Federn verbunden und ist dann, wenn der Aktuator nicht aktiviert
ist, in einer von den Federn gegebenen Neutralstellung gehalten. Der Ak
tuator umfasst ein Paar von Elektromagneten, um den Anker zwischen zwei
Endstellungen anzutreiben. Die Steuer-/Regeleinrichtung umfasst ein Strom
zufuhrmittel, um dem Elektromagneten, welcher einer der Endstellungen
entspricht, dann einen Haltestrom zuzuführen, wenn er den Anker in der
einen der Endstellungen hält. Die Steuer-/Regelvorrichtung umfasst ein
Mittel, um dann zu bestimmen, dass sich der Anker aus der gesetzten
Position wegbewegt, wenn der Haltestrom um mehr als einen vorbe
stimmten Wert ansteigt, während der Haltestrom dem der Endstellung
entsprechenden Elektromagneten zugeführt wird.
Erfindungsgemäß wird ein Wegbewegen des Ankers auf Grundlage der
Änderung des Haltestroms erfasst, was eine frühere Erfassung des Wegbe
wegens des Ankers gestattet.
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung umfasst die
Steuer-/Regeleinrichtung ferner ein Rückzugsmittel, welches auf eine Bestimmung
eines Wegbewegens des Ankers anspricht, um an dem der Endstellung ent
sprechenden Elektromagneten eine Spannung anzulegen, wodurch der
Anker zur Endstellung zurückgezogen wird.
Da ein Rückzugsvorgang in Antwort auf eine Erfassung eines Wegbeweg
ens des Ankers als eine Änderung des Haltestroms aktiviert wird, wird ein
schneller Rückzug mit einer verhältnismäßig geringen Energie realisiert.
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung erhöht das Stromzu
fuhrmittel den Haltestrom um einen vorbestimmten Wert. Der Haltestrom
wird, nachdem eine Spannung durch die Rückzugsmittel an dem Elektroma
gneten angelegt worden ist, dem der Endstellung entsprechenden Elek
tromagneten zugeführt.
Da der Haltestrom, nachdem der Anker von einer Wegbewegung zurück
gezogen worden ist, auf einen verhältnismäßig großen Wert eingestellt ist,
wird danach verhindert, dass der Anker sich wegbewegt.
Gemäß einem Gesichtspunkt der Erfindung umfasst die Steuer-/Regelvor
richtung ferner ein Einstellmittel zum Einstellen der Dauer für ein Anlegen
einer Spannung an den Elektromagneten durch das Rückzugsmittel nach
Maßgabe der Differenz zwischen der Zeit, zu dem der Anker die Setzposi
tion verlässt, wie es durch das Bestimmungsmittel bestimmt wird, und
einer geplanten Lösezeit des Ankers. Wenn sich der Anker wegbewegt,
kann die Dauer des Rückzugsvorgangs nach Maßgabe der Zeitsteuerung
der Lösebewegung des Ankers gesteuert/geregelt werden.
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung verkürzt das Einstell
mittel die Dauer eines Anlegens einer Spannung an den Elektromagneten
durch die Rückzugsmittel dann, wenn der Unterschied zwischen der Zeit,
zu der der Anker die Setzposition verlässt, wie es durch das Bestimmungs
mittel bestimmt wird, und einer geplanten Lösezeit des Ankers gleich oder
kleiner als ein vorbestimmter Wert ist. Somit wird eine Verzögerung eines
Lösevorgangs des Ankers vermieden.
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung umfasst die Steuer/-
Regeleinrichtung einen Zähler zum Zählen der Anzahl von Malen, die der
Anker über eine Folge von Zyklen hinweg in der Endstellung gehalten wird,
ohne sich wegzubewegen. Wenn die durch den Zähler angezeigte Anzahl
von Malen größer ist als ein vorbestimmter Wert, senkt das Zufuhrmittel
den Haltestrom, welcher dem der Endstellung entsprechenden Elektroma
gneten zugeführt wird. Somit kann eine Optimierung des Haltestroms für
jeweilige elektromagnetische Aktuatoren realisiert werden.
Fig. 1 ist ein allgemeines Blockdiagramm einer Steuer-/Regelvorrich
tung für einen elektromagnetischen Aktuator gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 2 zeigt eine mechanische Struktur eines elektromagnetischen
Aktuators gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 3 zeigt das Verhalten von verschiedenen Parametern gemäß
einer Ausführungsform der Erfindung, wenn sich der Anker
aus der Setzposition wegbewegt.
Fig. 4 ist ein Funktionsblockdiagramm einer Steuer-/Regelvorrichtung
eines elektromagnetischen Aktuators gemäß einer Ausfüh
rungsform der Erfindung.
Fig. 5 zeigt das Verhalten von verschiedenen Parametern bei einem
Rückzugsbetrieb, wenn sich der Anker aus der Setzposition
wegbewegt.
Fig. 6 zeigt das Verhalten von verschiedenen Parametern in einem
normalen Betrieb des Ankers gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung.
Fig. 7 zeigt das Verhalten verschiedener Parameter, wenn sich der
Anker zur geplanten Lösezeit gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung aus der Setzposition wegbewegt.
Fig. 8 zeigt das Verhalten verschiedener Parameter, wenn der Anker
sich um die geplante Lösezeit herum wegbewegt und ein
Rückzugsvorgang gemäß der Ausführungsform der Erfindung
ausgeführt wurde.
Fig. 9 zeigt eine Beziehung zwischen Tr-Tf und Ty.
Fig. 10 zeigt das Verhalten verschiedener Parameter gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 11 ist ein Flussdiagramm, welches einen allgemeinen Fluss einer
Steuerung/Regelung eines elektromagnetischen Aktuators
gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt.
Fig. 12 ist ein Flussdiagramm, welches einen Übererregungsbetrieb
gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt.
Fig. 13 ist ein Flussdiagramm, welches einen Haltebetrieb gemäß
einer Ausführungsform der Erfindung zeigt.
Fig. 14 ist ein Flussdiagramm, welches eine Nach-Rückzug-Strom
steuerung/-regelung gemäß einer Ausführungsform der Erfin
dung zeigt.
Fig. 15(a) und (b) zeigen ein Verhalten verschiedener Parameter
gemäß einer herkömmlichen Ausführungsform
eines elektromagnetischen Aktuators.
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen werden besondere Ausführungs
formen der Erfindung beschrieben werden. Fig. 1 ist ein Blockdiagramm,
welches eine allgemeine Struktur einer Steuer-/Regelvorrichtung für einen
elektromagnetischen Aktuator zeigt. Eine Steuer-/Regelvorrichtung 1 um
fasst einen Mikrocomputer, welcher eine zentrale Verarbeitungseinheit 2
(CPU 2), einen Nurlesespeicher (ROM) 3 zur Speicherung von computer
ausführbaren Programmen und Daten, einen Zugriffsspeicher (RAM) 4,
welcher einen Arbeitsraum für die CPU 2 bereitstellt und Ergebnisse von
Operationen durch die CPU 2 speichert, aufweist. Die Steuer-/Regelvor
richtung 1 umfasst weiterhin eine Eingabe/Ausgabe-Schnittstelle
(E/A-Schnittstelle) 5.
Die E/A-Schnittstelle 5 empfängt Signale von verschiedenen Sensoren 25,
welche Signale umfassen, die die Motordrehzahl (Ne), die Motorwasser
temperatur (Tw), die Einlasslufttemperatur (Ta), die Batteriespannung (VB)
und einen Zündschalter (IGSW) betreffen. Die E/A-Schnittstelle 5 empfängt
weiterhin ein Signal, welches ein gewünschtes Drehmoment anzeigt sowie
eine Ausgabe von einem Detektor 26 zur Erfassung einer geforderten Last.
Beispielsweise kann der Detektor 26 einen Beschleunigerpedalsensor (Gas
pedalsensor) umfassen, welcher die Größe einer Bewegung eines Beschleu
nigerpedals (Gaspedals) erfasst.
Eine Treiberschaltung 8 liefert elektrische Leistung von einer Konstant
spannungsquelle 6 auf Grundlage eines Steuer-/Regelsignals von der Steu
er/Regelvorrichtung 1 zu einen ersten Elektromagneten 11 und zu einen
zweiten Elektromagneten 13 eines elektromagnetischen Aktuators 100. In
einer Ausführungsform der Erfindung wird elektrische Leistung, um den
Anker anzuziehen, als eine konstante Spannung zugeführt. Weiterhin wird
elektrische Leistung, um den Anker in einer Setzposition zu halten, als ein
konstanter Strom zugeführt. Eine Konstantstromsteuerung/-regelung kann
beispielsweise durch eine Pulsdauer-Modulation der von der Konstantspan
nungsquelle 6 zugeführten Spannung ausgeführt sein.
Mit der Treiberschaltung 8 ist ein Spannungsdetektor 9 verbunden. Der
Spannungsdetektor 9 erfasst die Größe der dem ersten und dem zweiten
Elektromagneten 11 und 13 zugeführten Spannung und meldet die Daten
der Steuer-/Regelvorrichtung 1 zurück. Mit der Treiberschaltung 8 ist ein
Stromdetektor 10 verbunden. Er erfasst die Größe des dem ersten und dem
zweiten Elektromagneten 11 und 13 zugeführten Stroms. Der Stromdetek
tor 10 meldet die Daten an die Steuer-/Regelvorrichtung 1 zurück.
Die Steuer-/Regelvorrichtung 1 bestimmt Parameter wie etwa eine Zeit
steuerung einer Leistungsversorgung, eine Größe einer zuzuführenden
Spannung und eine Dauer einer Spannungsversorgung auf Grundlage von
Eingaben von verschiedenen Sensoren 25 und eines Geforderte-Last-Detek
tors 26 ebenso wie Rückmeldungssignale von der Spannungserfassungs
vorrichtung 9 und der Stromerfassungsvorrichtung 10 sowie nach Maß
gabe des in dem ROM 3 gespeicherten Steuer-/Regelprogramms. Die Steu
er/Regelvorrichtung 1 gibt ein Steuer-/Regelsignal zur Steuerung/Regelung
des elektromagnetischen Aktuators 100 über die E/A-Schnittstelle 5 an die
Treiberschaltung 8 aus. Somit stellt die Treiberschaltung 8 dem ersten und
dem zweiten Elektromagneten 11 und 13 zur Verbesserung der Kilometer
leistung, zur Verringerung von Emission sowie zur Verbesserung der Lei
stungscharakteristik des Motors mit innerer Verbrennung einen optimierten
Strom bereit.
Fig. 2 ist eine Schnittzeichnung, welche die Struktur des elektromagneti
schen Aktuators 100 zeigt. Ein Ventil 20 ist an einer Einlassöffnung bzw.
einer Auslassöffnung (als Einlass/Auslass-Öffnung bezeichnet) vorgesehen,
um die Einlass/Auslass-Öffnung 30 zu öffnen und zu schließen. Das Ventil
20 setzt sich auf einen Ventilsitz 31 und schließt die Einlass/Auslass-Öff
nung 30 dann, wenn es durch den elektromagnetischen Aktuator 100 nach
oben angetrieben wird. Das Ventil 20 bewegt sich von dem Ventilsitz 31
weg und bewegt sich von dem Ventilsitz aus um einen vorbestimmten
Abstand nach unten, um die Einlass/Auslass-Öffnung 30 dann zu öffnen,
wenn es durch den elektromagnetischen Aktuator 100 nach unten angetrie
ben wird.
Das Ventil 20 erstreckt sich zu einem Ventilschaft 21. Der Ventilschaft 21
ist in einer Ventilführung 23 derart aufgenommen, dass er sich in der
Richtung der Achse bewegen kann. Ein scheibenförmiger Anker 22, wel
cher aus einem weichmagnetischen Material hergestellt ist, ist an das obere
Ende des Ventilschafts 21 montiert. Der Anker 22 ist mit einer ersten Feder
16 und mit einer zweiten Feder 17 von oben und unten vorgespannt. Ein
Gehäuse 18 eines elektromagnetischen Aktuators 100 ist aus nichtmagne
tischem Material hergestellt. In dem Gehäuse 18 ist ein erster Elektroma
gnet 11 vom Solenoidtyp oberhalb des Ankers 22 angeordnet vorgesehen
und ein zweiter Elektromagnet 13 vom Solenoidtyp ist unterhalb des An
kers 22 angeordnet vorgesehen. Der erste Elektromagnet 11 ist durch ein
erstes Elektromagnet-Joch 12 umgeben und der zweite Elektromagnet 13
ist durch ein zweites Elektromagnet-Joch 14 umgeben. Die erste Feder 16
und die zweite Feder 17 sind im Gleichgewicht, um den Anker 22 dann in
der Mitte zwischen dem ersten Elektromagneten 11 und dem zweiten
Elektromagneten 13 zu halten, wenn dem ersten Elektromagneten 11 oder
dem zweiten Elektromagneten 13 kein Erregungsstrom zugeführt wird.
Wenn dem ersten Elektromagneten 11 durch die Treiberschaltung 8 ein
Erregerstrom zugeführt wird, werden das erste Elektromagnet-Joch 12 und
der Anker 22 derart magnetisiert, dass sie einander anziehen, wodurch der
Anker 22 hochgezogen wird. Als Folge wird das Ventil 20 durch den
Ventilschaft 21 nach oben angetrieben und setzt sich auf den Ventilsitz 31,
um einen Schließ-Zustand zu bilden.
Ein Unterbrechen des Stroms zum ersten Elektromagneten 11 und ein
Starten einer Stromzufuhr zum zweiten Elektromagneten 13 werden das
zweite Elektromagnet-Joch 14 und den Anker derart magnetisieren lassen,
dass sie eine Kraft erzeugen, welche kombiniert mit der potentiellen Energie
der Federn den Anker 22 nach unten anzieht. Der Anker 22 kontaktiert das
zweite Elektromagnet-Joch 14 und stoppt dort. Als Folge wird das Ventil
20 durch den Ventilschaft 21 nach unten angetrieben, um einen
Öffnungs-Zustand zu bilden.
Fig. 3 zeigt einen Fall, bei welchem eine größere Anziehungskraft benötigt
wird, um den Anker aufgrund einer dauerhaften Veränderung und einer Be
triebsschwankung zu halten. Ein Soll-Haltestrom, welcher voreingestellt
wurde, ist nun nicht groß genug, um den Anker zu halten. Der Anker
bewegt sich aus einer Setzposition weg. Der Anker setzt sich zu einer Zeit
von etwa 3,6 ms. Die Anziehungskraft zu dieser Zeit ist um einen vor
bestimmten Wert größer als die Wegbewegungsgrenze von 485 N. Auf
grund von bestimmten Ursachen versagt jedoch der Elektromagnet darin,
eine Anziehungskraft aufrecht zu erhalten, welche größer ist als die Wegb
ewegungsgrenze und die Anziehungskraft nimmt graduell ab. Die Anzie
hungskraft wird etwa zur Zeit 5 ms niedriger als die Wegbewegungsgrenze.
Der Anker beginnt, sich etwa zur Zeit 5,4 ms aus der gesetzten Position wegzubewegen.
Wenn sich der Anker aus der Setzposition wegbewegt, nimmt der Luftspalt
zwischen dem Anker und dem Elektromagnet-Joch zu, was bewirkt, dass
eine magnetische Reluktanz anzusteigen beginnt. Um eine Schwankung des
gesamten Magnetflusses durch den Magnetweg zu reduzieren, steigt ein
durch die Wicklungen des Elektromagneten fließender Strom an, wie durch
das Bezugszeichen 31 in Fig. 3 gezeigt ist. Wenn ein Halten des Ankers
durch eine Konstantstromsteuerung/regelung durchgeführt wird, nimmt die
Treiberschaltung einen Schwungradbetrieb an und es wird von der Energie
quelle keine Energie zugeführt. Daher wird magnetische Energie des elek
tromagnetischen Aktuators durch einen schnellen Anstieg des Stroms
verbraucht. Als Folge wird magnetische Energie durch Kupferverluste der
Wicklungen und Wirbelstromverluste verbraucht, was eine Reduktion des
Magnetflusses beschleunigt. Als Folge wird eine Wegbewegung des Ankers
gefördert.
Wie in der Zeichnung zu sehen ist, ist eine kleine Zeitspanne nachdem die
Anziehungskraft niedriger als die Wegbewegungsgrenze geworden ist, eine
Schwankung der Ankerverlagerung gering. Ein Wegbewegungsabstand
erreicht 0,2 mm in 1,7 ms. Im Gegensatz dazu ist die Änderung des
Stroms durch die Wicklungen steil, nachdem der Anker sich wegzubewe
gen beginnt. Der Strom nimmt in etwa 0,3 ms nachdem die Anziehungs
kraft unter die Wegbewegungsgrenze gefallen ist, um etwa 10% (0,06 A)
zu. Daher kann auf Grundlage einer Änderung des Stroms durch die Wick
lungen ein Wegbewegen des Ankers im Vorhinein erwartet oder erfasst
werden. Ansprechend auf die frühe Erfassung oder Abschätzung eines
Wegbewegens des Ankers, könnte ein Rückzugsbetrieb in einer frühen
Phase eingeleitet werden, was einen Abschluss des Rückzugsbetriebs mit
geringer Energie ermöglicht.
Fig. 4 ist ein ausführliches Funktionsblockdiagramm der Steuer-/Regelvorrichtung
1 des elektromagnetischen Aktuators. Eine Elektromagnet-Steuer-/Regeleinheit
50 steuert/regelt die Treiberschaltung 8, so dass an Windun
gen des Elektromagneten während eines Übererregungsbetriebs zur Anzie
hung des Ankers eine konstante Spannung angelegt ist. Die Steuer-/Regel
einheit 50 steuert/regelt die Treiberschaltung 8 so, dass den Wicklungen
des Elektromagneten während eines Haltebetriebs zum Halten des Ankers
ein konstanter Strom zugeführt wird.
Eine Ne-, Pb-Erfassungseinheit 51 erfasst die Motordrehzahl Ne auf Grund
lage der Ausgabe von einem Motordrehzahlsensor und erfasst einen Ein
lassrohrdruck Pb auf Grundlage der Ausgabe von einem Einlassrohrdruck
sensor. Pb ist ein Parameter, welcher einen Lastzustand des Motors aus
drückt und Ne ist ein Parameter, welcher eine Rate des Ventils eines Mo
tors bzw. eine Rate des Ankers anzeigt. Ein Ankerverlagerungssensor 53
erfasst eine Verlagerung (Anheben) von einer Jochoberfläche (einer Sitz
fläche) des Ankers.
Eine Spannungsanlegungsdauer-Bestimmungseinheit 52 bestimmt auf
Grundlage von Ne und Pb eine Übererregungsstartzeit Te und eine Über
erregungsabschlusszeit Th. Genauer greift die Bestimmungseinheit 52 auf
die Beziehungen zwischen Ne, Pb und Te zu, welche im Vorhinein vor
bereitet und im ROM 3 gespeichert sind. Sie greift ebenso auf ein Über
erregungs-Zeitsteuerungs-Kennfeld zu, welches die Beziehungen zwischen
Ne, Pb und Th anzeigt. Die Bestimmungseinheit 52 bestimmt die Startzeit
Ne und die Endzeit Th auf Grundlage vorhandener Ne und Pb. Die Startzeit
Te und die Endzeit Th werden als die Zeit von dem Punkt angezeigt, in dem
der Anker von der Sitzfläche gelöst wird und sich 1 mm bewegt hat. Das
Übererregungs-Zeitsteuerungs-Kennfeld ist derart gebildet, dass eine Span
nungsanlegungsdauer länger wird, wenn die Last größer wird.
Bei einer weiteren Ausführungsform zeigt das Übererregungs-Zeitsteue
rungs-Kennfeld Beziehungen zwischen Ne, Pb und einer Anlegungsspan
nung. In diesem Fall ist das Kennfeld derart vorbereitet, dass die Anle
gungsspannung größer wird, wenn die Last zunimmt. Bei noch einer weite
ren Ausführungsform umfasst das Übererregungs-Zeitsteuerungs-Kennfeld
zusätzlich zu Ne und Pb sowohl angelegte bzw. anzulegende Spannung als
auch Anlegungsdauer. Zusätzlich kann das Übererregungs-Zeitsteuerungs-
Kennfeld an Stelle von oder zusätzlich zu dem Einlassrohrdruck Pb und der
Motordrehzahl Ne auf Grundlage von anderen Parametern erstellt sein, wie
etwa Drosselklappenöffnung und die Temperatur der Wicklungen.
Die Elektromagnet-Steuer-/Regeleinheit 50, welche auf das Signal anspricht,
das eine Erfassung einer Verlagerung des Ankers von 1 mm durch den
Verlagerungssensor 53 anzeigt, beginnt den Übererregungsbetrieb. Ge
nauer wird bei einer Spannungsanlegungsstartzeit Te, welche durch die
Anlegungsdauer-Bestimmungseinheit 52 gegeben ist, ein Anlegen einer
Spannung an Wicklungen gestartet. Dieses Anlegen einer Spannung dauert
bis zu einer Anlegungsabschlusszeit Th fort.
Wenn eine Spannungsanlegungsabschlusszeit Th verstrichen ist, greift eine
Haltestrom-Einstelleinheit 55 auf das im ROM 3 gespeicherte Haltestrom-
Kennfeld zu, um einen Soll-Haltestrom Iobj zu bestimmen, welcher zur
Elektromagnet-Steuer-/Regeleinheit 50 weitergeleitet wird. Die Elektroma
gnet-Steuer-/Regeleinheit 50 steuert/regelt eine Stromzufuhr zu den Wick
lungen derart, dass der Strom gleich dem Soll-Haltestrom wird. Das Halte
stromkennfeld ist ein Kennfeld, welches eine Zuordnung von Ne, Pb und
dem Soll-Haltestrom angibt. Je größer die Last wird, desto größer ist nach
Maßgabe des Kennfelds der Soll-Haltestromwert.
Eine Ankerzustand-Beurteilungseinheit 54 überwacht den durch die Wick
lungen fließenden Strom, nachdem die Übererregungsabschlusszeit Th
verstrichen ist. Falls der Strom den Soll-Haltestrom erreicht, wird ein Zähler
für ein erfolgreiches Setzen erhöht, da es anzeigt, dass sich der Anker
erfolgreich gesetzt hat. Der Zähler für ein erfolgreiches Setzen ist ein Zähler,
welcher anzeigt, wie oft der Anker aufeinanderfolgend beim Setzen erfolg
reich war. Ein Zähler für ein erfolgreiches Setzen ist sowohl an einer Seite
eines geschlossenen Ventils als auch an einer Seite eines offenen Ventils
eines einzelnen Ventils vorgesehen.
Bei dem in Fig. 2 gezeigten elektromagnetischen Aktuator 100 ist bei
spielsweise ein Zähler für ein erfolgreiches Setzen an dem ersten Elektro
magneten 11 vorgesehen und ein weiterer Zähler ist an dem zweiten Elek
tromagneten 13 vorgesehen. Der an dem ersten Elektromagneten 11 vor
gesehene Zähler für ein erfolgreiches Setzen wird dann erhöht, wenn sich
der Anker bei einem Ventilschließvorgang von Ventil 20 erfolgreich auf das
Joch 12 des ersten Elektromagneten setzt. Der an dem zweiten Elektroma
gneten 13 vorgesehene Zähler für ein erfolgreiches Setzen wird dann
erhöht, wenn sich der Anker bei einem Ventilöffnungsvorgang von Ventil
20 erfolgreich auf das Joch 14 des zweiten Elektromagneten setzt.
Wenn der Strom durch die Wicklungen bei einem Haltevorgang, nachdem
sich der Anker gesetzt hat, um mehr als einen vorbestimmten Wert über
dem Soll-Haltestrom ansteigt, bestimmt die Ankerzustand-Beurteilungsein
heit 54, dass sich der Anker wegbewegt. In diesem Fall setzt die Ankerzu
stand-Beurteilungseinheit 54 den Zähler für ein erfolgreiches Setzen zurück.
Eine Rückzugsspannung-Anlegedauer-Bestimmungseinheit 58, welche auf
eine Bestimmung eines Wegbewegens des Ankers durch die Ankerzustand-
Beurteilungseinheit 54 anspricht, bestimmt eine Dauer Ty für ein Anlegen
einer Rückzugsspannung an die Wicklungen, um den Anker zur Setzpo
sition zurückzuziehen. In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Dauer
Ty von einer vorbestimmten Länge (z. B. 0,1 ms). In einem anderen Beispiel
wird die Dauer Ty unter Bezugnahme auf ein Rückzugs-Übererregungs-
Kennfeld bestimmt. Dieses Kennfeld zeigt eine Zuordnung der Dauer Ty
und der Differenz zwischen der Zeit, zu der ein sich Wegbewegen des
Ankers bestimmt wird und der vorbestimmten Zeit, die für ein Lösen des
Ankers geplant ist, an. Die Elektromagnet-Steuer-/Regeleinheit 50 steuert/regelt
die Treiberschaltung 8 derart, dass sie eine Rückzugsspannung von
einer vorbestimmten Größe an die Wicklungen während einer Dauer Ty
anlegt, welche durch die Anlegedauer-Bestimmungseinheit 58 gegeben ist.
Eine Haltestrom-Einstelleinheit 55, welche auf eine Bestimmung eines
Wegbewegens des Ankers durch die Ankerzustand-Beurteilungseinheit 54
anspricht, stellt den Soll-Haltestrom auf einen um einen vorbestimmten
Wert höheren Wert ein. In Antwort darauf steuert/regelt die Elektromagnet-
Steuer-/Regeleinheit 50 die Treiberschaltung 8 derart, dass der Strom durch
die Wicklungen gleich dem neu eingestellten Soll-Haltestrom nach der
Rückzugsspannung-Anlegedauer ist.
Wenn die Zählung des Zählers für ein erfolgreiches Setzen gleich einer
vorbestimmten Zählung ist oder diese übersteigt, das heißt, wenn sich der
Anker eine vorbestimmte aufeinanderfolgende Anzahl von Malen erfolgreich
setzt, ohne die Setzposition zu verlassen, setzt die Haltestrom-Einstell
einheit 55 den Soll-Haltestrom auf einen um eine vorbestimmte Größe
niedrigeren Wert und leitet ihn zu der Elektromagnet-Steuer-/Regeleinheit 50
weiter. In Antwort darauf steuert/regelt die Elektromagnet-Steuer-/Regel
einheit 50 die Treiberschaltung 8 derart, dass der Strom durch die Wick
lungen sich dem neuen Soll-Haltestrom annähert.
Wenn, nachdem der Haltestrom kleiner gemacht wurde, ein Wegbewegen
nicht auftritt, wird der Soll-Haltestromwert stückchenweise abgesenkt, bis
ein Wegbewegen des Ankers auftritt. Auf diese Art und Weise wird der
Haltestrom auf einen niedrigst möglichen Wert gemäß einer Änderung und
gemäß dauerhaften Veränderungen des Ankers optimiert und der Energie
verbrauch wird reduziert.
Mit Bezug auf Fig. 5(a) wird ein Rückzugsbetrieb des Ankers gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung beschrieben werden. Zur Zeit 0 ms wird
der Anker vom Joch des Elektromagneten gelöst und beginnt sich zu
verlagern. Wenn die Ankerverlagerung etwa 2 mm erreicht, das heißt zur
Zeit Te, wird ein Übererregungsbetrieb durch Anlegen einer Spannung von
42 V an die Wicklungen gestartet. Das Anlegen der Spannung dauert bis
zur Zeit Th fort, bei welcher der Übererregungsbetrieb endet und der Anker
sich setzt. Wenn aus irgendwelchen Gründen die Anziehungskraft unter die
Wegbewegungsgrenze von 485 N fällt, beginnt der Anker, sich etwa zur
Zeit 5,4 ms wegzubewegen. Wenn sich der Anker wegbewegt, steigt der
durch die Wicklungen des Elektromagneten fließende Strom an, wie durch
Bezugszeichen 71 gezeigt ist. In Antwort auf eine Erfassung dieses Strom
anstiegs beginnt der Rückzugsbetrieb.
Fig. 5(b) ist eine vergrößerte Zeichnung, welche jenen Abschnitt von
Figur (a) zeigt, bei welchem der Anker sich wegzubewegen beginnt und
zurückgezogen wird. Der Anker beginnt etwa zur Zeit 5,4 ms sich wegzu
bewegen, und beginnt sich zu verlagern. In Antwort darauf beginnt der
durch die Elektromagnetwicklungen fließende Strom anzusteigen. Wenn der
Strom um ein bestimmtes Verhältnis über den Soll-Haltestrom hinaus
ansteigt, wird beurteilt, dass sich der Anker wegbewegt. In der Zeichnung
wird diese Beurteilung zur Zeit 5,728 ms getroffen. Das vorbestimmte
Verhältnis kann beispielsweise bei 10% des Soll-Haltestroms eingestellt
sein.
In Antwort auf die Beurteilung eines Wegbewegens, wird ein Übererre
gungsbetrieb zum Zurückziehen des Ankers gestartet. Für eine vorbe
stimmte Dauer (in dieser Ausführungsform 0,1 ms) wird eine Übererre
gungsspannung von 42 V angelegt. Wenn die Übererregungsleistung
zugeführt wird, wird die Anziehungsleistung größer (530,0 N in der Zeich
nung) als die Wegbewegungsgrenze. Wie aus Fig. 5(b) zu sehen ist,
steigt auch der Strom an.
Der Übererregungsbetrieb endet zur Zeit 5,828 ms. Dann wird der Soll-
Haltestromwert auf einen Wert eingestellt, welcher um 10% größer als
zuvor ist, um zu verhindern, dass sich der Anker wegbewegt. Das Erhö
hungsverhältnis kann jeder beliebige geeignete Wert sein. Um den Strom
schnell auf den neuen Soll-Haltestrom konvergieren zu lassen, werden -12 V
angelegt (die Dauer eines Anlegens dieser Spannung wird als Strom-
Schnellregulierungsdauer bezeichnet). Wenn der Strom den neuen Soll-
Haltestromwert zur Zeit 5,995 ms erreicht, wird für eine sehr kurze Zeit
dauer (5,995-6,03 ms) eine Schaltungssteuerung/Regelung von ±12 V
ausgeführt. Dies geschieht, um den durch die Wicklungen fließenden Strom
schnell auf den Soll-Haltestromwert konvergieren zu lassen. Dann schaltet
die Schaltungssteuerung/Regelung zu einem Schalten zwischen + 12 V und
0 V um, um den Strom bei dem Soll-Haltestromwert zu halten. Dieses
Umschalten auf ein Schalten zwischen +12 V und 0 V wird ausgeführt,
um den Energieverbrauch zu verringern. Als eine Alternative kann ein
Schalten zwischen +12 V und -12 V fortgesetzt werden.
Wie aus Fig. 5(b) offensichtlich ist, ist ein Wegbewegen des Ankers auf
einen sehr kurzen Abstand (etwa 3,9 µm) begrenzt. Weiterhin endet das
Wegbewegen nach einer sehr kurzen Dauer (etwa 0,55 ms). Eine Setzge
schwindigkeit des Ankers im Rückzugsvorgang ist mit etwa 0,06 m/s
gering und es wird kein nennenswertes Geräusch erzeugt. Da die Über
erregungsdauer für ein Zurückziehen 0,1 ms beträgt, beträgt eine Zunahme
der genutzten Energie höchstens 0,004 J.
Im Gegensatz zu dem herkömmlichen Schema, welches zuvor mit Bezug
auf Fig. 15 beschrieben wurde, wird somit erfindungsgemäß ein Wegbe
wegen des Ankers in einer frühen Phase erfasst und der Rückzugsvorgang
wird in einer frühen Phase gestartet. Daher ist ein sich Wegbewegen des
Ankers auf einen kurzen Abstand begrenzt und die Energie, welche benö
tigt wird, um ihn zurückzuziehen ist sehr gering.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Dauer
des Rückzugsvorgangs, wie nachfolgend beschrieben wird, nach Maßgabe
der Zeit reguliert, zu der der Anker sich wegzubewegen beginnt.
Fig. 6 zeigt einen normalen Setz- und Lösevorgang des Ankers, bei wel
chem der Anker sich nicht wegbewegt. Zur Zeit 0 ms wird der Anker gelöst
und beginnt sich zu verlagern. Eine Spannung von 42 V wird von der Zeit
Te bis Th an die Wicklungen angelegt und der Anker setzt sich normal. Die
Anziehungskraft ist bis zur Zeit Tr, welche eine geplante Zeit ist, zu der der
Anker gelöst wird, größer als die Wegbewegungsgrenze von 485 N. Die
Zeit Tr ist auf Grundlage einer Ventilzeitsteuerung und einer Motordrehzahl
Ne vorbestimmt. Zur Zeit Tr wird der Anker gelöst. In Fig. 6 verlagert sich
der Anker zur Zeit T1, welche 7,2033 ms beträgt, um 1 mm bzw. hebt um
1 mm an.
Fig. 7 zeigt den Fall, in welchem sich der Anker wegbewegt, bevor er
gelöst wird. Aus irgendwelchen Gründen fällt die Anziehungskraft auf einen
niedrigeren Wert (447,24 N), welcher unterhalb der Wegbewegungsgrenze
liegt. Der Anker beginnt zur Zeit 5,4 ms, sich wegzubewegen bzw. anzuhe
ben. Zur geplanten Lösezeit Tr hat der Anker bereits begonnen, derart
abzufallen bzw. anzuheben, dass er eine Verlagerung bewirkt. Somit be
trägt T1 einer 1 mm-Verlagerung 7,0355 ms im Gegensatz zu 7,2033 ms
in Fall von Fig. 6.
Mit Bezug auf Fig. 8 ist auf den Zustand eines Wegbewegens hin, wie er
in Fig. 7 gezeigt ist, ein Rückzugsvorgang aktiviert. Ansprechend auf eine
Beurteilung eines Wegbewegens des Ankers zur Zeit Tf (5,7283 ms), wird
zum Zurückziehen ein Übererregungsbetrieb aktiviert und an die Wicklung
en wird eine Spannung angelegt. Mit diesem Anlegen einer Spannung
steigt die Anziehungskraft über die Wegbewegungsgrenze, wie durch
Bezugszeichen 81 gezeigt ist. Die Anziehungskraft bleibt bei der geplanten
Lösezeit Tr (6,0 ms) hoch. Somit bleibt die Zeit T1 einer 1 mm-Verlagerung
auf 7,2788 ms im Gegensatz zu 7,2033 ms im Fall von Fig. 6 zurück.
Der unmittelbar vor der geplanten Lösezeit aktivierte Ankerrückzugsvor
gang bewirkt aufgrund einer verhältnismäßig großen Anziehungskraft eine
Verzögerung in dem Ankerlösevorgang. Dies verursacht eine Verzögerung
in der Ventilzeitsteuerung, was möglicherweise nennenswerte nachteilige
Wirkungen auf den Motor hervorruft. Gemäß einer Ausführungsform der
Erfindung wird ein zeitliches Zurückbleiben der Ventilzeitsteuerung im
Rückzugsvorgang durch die folgenden Schritte vermieden.
- 1. Berechnen der Differenz zwischen der geplanten Ankerlösezeit Tr und der Zeit Tf eines beurteilten Wegbewegens des Ankers;
- 2. Wenn die Differenz Tr-Tf gleich oder größer als ein vorbestimmter Wert ist, wird ein vollständiger Rückzugsvorgang durchgeführt, wie in Fig. 5(a) und (b) angezeigt ist;
- 3. Wenn die Differenz Tr-Tf kleiner als der vorbestimmte Wert ist, wird eine Spannung zum Zurückziehen für eine verkürzte Dauer Ty angelegt. Da die Spannungsanlegedauer verkürzt ist, ist auch die Strom-Schnellregulierungsdauer danach entsprechend verkürzt, da eine Zunahme des Stroms aufgrund des Anlegens einer Spannung niedriger ist.
Der vorbestimmte Wert kann auf Grundlage der Schätzung der zum Zurück
ziehen erforderlichen Spannungsanlegedauer und der Strom-Schnellregulie
rungsdauer bestimmt werden. Mit Bezug auf Fig. 5 ist die Spannungs
anlegedauer zum Zurückziehen beispielsweise auf 0,1 ms eingestellt. Die
Dauer für eine Strom-Schnellregulierung wird als 0,167 ms geschätzt (eine
derartige Schätzung kann beispielsweise aufgrund aktueller Daten vor
genommen werden). Der vorbestimmte Wert kann auf 0,28 ms eingestellt
sein, dies ist die Summe der Spannungsanlegedauer von 1 mm und der
Stromschnellregulierungsdauer von 0,167 ms, plus einer Toleranz.
Fig. 9 zeigt ein Beispiel eines Rückzugs-Übererregungs-Kennfelds, welches
die Beziehung zwischen der Differenz Tr-Tf und der Rückzugsspannungs
anlegedauer Ty angibt. Wenn Tr-Tf niedriger als der vorbestimmte Wert
ist, nimmt die Dauer Ty ab, wenn die Differenz Tr-Tf abnimmt. Wenn
Tr-Tf gleich oder größer als der vorbestimmte Wert ist, ist die Dauer Ty
konstant, was einen vollständigen Rückzugsvorgang ermöglicht.
Mit Bezug auf Fig. 10 wird ein Schema zur Vermeidung einer Verzögerung
in der Ventilzeitsteuerung beschrieben. Zur Zeit Tf (5,7283 ms) wird beur
teilt, dass sich der Anker wegbewegt. Die Zeit Tr ist die geplante Ankerlö
sezeit. Dabei gilt Tr-Tf = 6,000-5,7283 = 0,2717 ms. Angenommen,
der oben genannte vorbestimmte Wert sei auf beispielsweise 0,28 ms
eingestellt. Dann ist der Wert Tr-Tf niedriger als der vorbestimmte Wert.
Mit Bezug auf das Kennfeld, wie es in Fig. 9 gezeigt ist, wird die Dauer Ty
entsprechend dem Wert Tr-Tf extrahiert. Als Folge wird ein Rückzugs
betrieb über eine kürzere Dauer hinweg durchgeführt. Die Anziehungskraft
zur Zeit Tr ist im Wesentlichen die gleiche wie die Anziehungskraft zur Zeit
Tr in Fig. 6. Die Zeit T1 einer 1 mm-Verlagerung beträgt 7,2033 ms, was
die gleiche Zeitsteuerung ist wie ein normales Lösen des Ankers in Fig. 6.
Somit kann ein zeitliches Zurückbleiben des Ankerlösevorgangs vermieden
werden, indem die Dauer des Rückzugsbetriebs nach Maßgabe des Zeit
ablaufs eingestellt wird, in welchem sich der Anker wegbewegt.
Fig. 11 ist ein Flussdiagramm, welches den Prozess einer Steuerung/Regelung
des elektromagnetischen Aktuators nach Maßgabe einer Aus
führungsform der Erfindung zeigt. Dieser Prozess wird mit einem konstan
ten Intervall wiederholt ausgeführt. In Schritt 101 wird ein Anfangsein
stellungsflag überprüft, um zu sehen, ob es "1" ist. Dieses Flag wird ge
setzt, wenn die Anfangseinstellung erledigt ist. Wenn zum ersten Mal in
diesen Prozess eingetreten wird, ist die Anfangseinstellung nicht erledigt
worden. Somit fährt der Prozess fort zu Schritt 102, um die Anfangsein
stellungen durchzuführen. Das heißt, der Zähler K eines erfolgreichen
Setzens wird auf "0" gesetzt. Dann wird der Wert 1 in dem Anfangsein
stellungs-Abschlussflag gesetzt, und ein Wert 1 wird an dem Übererre
gungsbetrieb-Erlaubnisflag gesetzt, welcher anzeigt, dass der nächste Über
erregungsbetrieb gestattet ist.
Das nächste Mal, wenn in diese Routine eingetreten wird, schreitet der
Prozess zu Schritt 103 voran, da der Wert des Anfangseinstellungs-Ab
schlussflag "1" ist. Die Übererregungsbetrieb-Routine wird ausgeführt, um
den Anker in einen gesetzten Zustand zu bringen. Nach einem Abschluss
der Übererregungsbetrieb-Routine, schreitet der Prozess voran zu Schritt
104, um eine Haltebetrieb-Routine auszuführen, welche den gesetzten
Zustand des Ankers beibehält. In Schritt 105 beginnt zur geplanten Löse
zeit des Ankers eine Ankerlösebetrieb-Routine.
Fig. 12 ist ein Flussdiagramm des Prozesses der in Schritt 103 von Fig.
11 ausgeführten Übererregungsbetrieb-Routine. In Schritt 151 wird be
stimmt, ob der Wert 1 in dem Übererregungsbetrieb-Erlaubnisflag gesetzt
ist, welcher anzeigt, dass die Anfangseinstellung abgeschlossen ist. Wenn
er "1" ist, schreitet der Prozess voran zu Schritt 152, um zu bestimmen, ob
eine 1 mm-Verlagerung erfasst wurde. Wenn sie nicht erfasst wurde,
verlässt der Prozess diese Routine. Wenn sie erfasst wurde, wird in dem
vorab gespeicherten Übererregungszeitsteuerung-Kennfeld nachgesehen,
um eine Übererregungsstartzeit Te und eine Übererregungsabschlusszeit Th
zu extrahieren, welche auf Grundlage der Zeit einer 1 mm-Verlagerung
gesetzt werden (153). In Schritt 154 wird ein auf 0 gesetzter Übererre
gungszeitgeber gestartet. Der Zeitgeber zählt hoch.
In Schritt 155 verlässt der Prozess dann die Routine, wenn der Übererre
gungszeitgeber die Übererregungsstartzeit Te nicht erreicht hat. Wenn er
Te erreicht hat, schreitet der Prozess voran zu Schritt 156. Wenn die Zeit
zum ersten Mal ab einem Punkt einer Erfassung einer 1 mm-Verlagerung
die Übererregungsstartzeit Te erreicht hat, schreitet der Prozess voran zu
Schritt 157, um eine Übererregungsspannung anzulegen, da eine Entschei
dung von Schritt 156 nein lautet. In Schritt 156 wird ein Anlegen einer
Übererregungsspannung ausgeführt, bis der Übererregungszeitgeber die
Übererregungsabschlusszeit Th erreicht.
Wenn der Übererregungszeitgeber in Schritt 156 die Übererregungsab
schlusszeit Th erreicht, endet ein Anlegen einer Spannung. Die Schritte
161 bis 167 werden durchgeführt, um den Anker in einen Setz-Zustand zu
bringen. In Schritt 161 wird auf ein vorab gespeichertes Haltestrom-Kenn
feld zurückgegriffen, um einen Soll-Haltestrom Iobj auf Grundlage aktueller
Ne und Pb zu extrahieren. In Schritt 162 wird für eine vorbestimmte Dauer
0 V angelegt. Dies geschieht, da der durch die Wicklungen fließende Strom
in Bezug auf den Soll-Haltestrom groß ist, wenn eine Übererregung beendet
ist.
In Schritt 163 wird beurteilt, ob der Strom durch die Wicklungen über die
vorbestimmte Dauer hinweg deutlich abnimmt. Diese deutliche Abnahme
des Stroms zeigt ein erfolgreiches Setzen an. Wenn sich der Anker zu einer
Setzposition bewegt, wobei der Abstand zu der Setzposition abnimmt, wird
die in dem Spalt zwischen dem Anker und dem Joch des Elektromagneten
gespeicherte Energie in mechanische Arbeit umgewandelt und ein magneti
scher Weg schließt sich. Dementsprechend nimmt der Strom deutlich ab.
Wenn der Anker sich bereits gesetzt hat, wird magnetische Energie in
Kupferverluste und Wirbelstromverluste umgewandelt und der Strom nimmt
deutlich ab. Eine deutliche Abnahme des Stroms kann durch Prüfen der
Änderung des Stroms pro Zeiteinheit bestimmt werden. Falls die Änderung
eine Abnahme zeigt, welche größer als ein vorbestimmter Wert ist, kann
bestimmt werden, dass der Strom deutlich abnimmt.
Falls der Strom nicht deutlich abnimmt, zeigt dies in Schritt 163 an, dass
sich der Anker durch das in Schritt 157 durchgeführte Anlegen einer Span
nung nicht in normaler Weise gesetzt hat. Ein Übererregungsbetrieb wird
erneut (167) über eine vorbestimmte Dauer, etwa 1 ms, hinweg ausge
führt.
Wenn in diese Routine nach der erneuten Übererregung eingetreten wird
und in Schritt 163 bestimmt wird, dass der Strom deutlich abgenommen
hat, wird der durch die Wicklungen fließende Strom geprüft, um zu bestim
men, ob er den in Schritt 161 extrahierten Soll-Haltestrom erreicht hat
(Schritt 164). Falls er den Soll-Haltestrom nicht erreicht hat, verlässt der
Prozess diese Routine. Falls er den Soll-Haltestrom erreicht hat, was an
zeigt, dass sich der Anker erfolgreich gesetzt hat, wird ein Zähler für ein
erfolgreiches Setzen inkrementiert (165). Wenn der Übererregungsbetrieb
in normaler Weise geendet hat, wird der Übererregungs-Erlaubnisflag auf
null gesetzt und der Haltebetrieb-Erlaubnisflag wird auf "1" gesetzt, um
den Haltebetrieb durchzuführen (166).
Fig. 13 ist ein Flussdiagramm, welches die in Schritt 104 von Fig. 11
ausgeführte Halteroutine zeigt. In Schritt 171 wird der Haltebetrieb-Erlaub
nisflag geprüft, um zu bestimmen, ob er "1" ist, was anzeigt, dass die
Übererregungsbetrieb-Routine abgeschlossen ist. Falls er nicht "1" ist,
verlässt der Prozess diese Routine. Falls er "1" ist, schreitet der Prozess
voran zu Schritt 172, um zu bestimmen, ob die Haltebetriebsdauer zu Ende
ist. Diese Dauer ist eine Dauer, welche nach Maßgabe der geplanten Löse
zeit des Ankers voreingestellt ist. Wenn zum ersten Mal in diese Routine
eingetreten wird, schreitet der Prozess voran zu Schritt 173, da die Halte
betriebsdauer nicht zu Ende ist. In Schritt 173 wird ein Nach-Rückzug-
Stromsteuer/regelflag geprüft, um zu bestimmen, ob er "1" ist, was an
zeigt, dass gerade eine Nach-Rückzug-Stromsteuerung/regelung ausgeführt
wird (Schritt 182, welcher mit Bezug auf Fig. 14 erklärt wird). Wenn zum
ersten Mal in diese Routine eingetreten wird, wurde die Nach-Rückzug-
Stromsteuerung/regelung nicht durchgeführt und der gerade beschriebene
Flag ist "0". Der Prozess schreitet voran zu Schritt 174.
In Schritt 174 wird eine Leistungsversorgung zu den Wicklungen derart
gesteuert/geregelt, dass der Strom durch die Wicklungen bei dem Soll-
Haltestrom Iobj gehalten wird, welcher in Schritt 161 von Fig. 12 extrahiert
wird. Dies geschieht beispielsweise durch Ausführen einer Schaltungs
steuerung/-regelung, bei welcher die Spannung zwischen 0 V und +12 V
geschaltet wird. Somit wird der Anker bei der Setzposition gehalten.
Wenn sich der Anker aus der Setzposition wegbewegt, während gerade
eine Steuerung/Regelung ausgeführt wird, um den Strom bei dem Soll-
Haltestrom zu halten, nimmt der Strom durch die Wicklungen automatisch
zu. Falls der Strom um mehr als 10% über den Soll-Haltestrom hinaus
zunimmt, wird in Schritt 175 beurteilt, dass sich der Anker aus der Setzpo
sition wegbewegt und der Zähler für ein erfolgreiches Setzen wird zurück
gesetzt (176). Der Soll-Haltestrom wird auf einen Wert erneuert, welcher
um 10% höher ist als zuvor (177).
Wie zuvor mit Bezug auf Fig. 10 beschrieben wurde, wird eine Span
nungsanlegedauer Ty aus dem vorabgespeicherten Rückzug-Über
erregungskennfeld extrahiert (178). Die Dauer Ty ist nach Maßgabe der
Differenz zwischen der Zeit Tf und der Zeit Tr vorbestimmt. Die Dauer Ty
wird in einem Rückzug-Übererregungszeitgeber eingestellt (ein Abwärts-
Zeitgeber) und der Zeitgeber wird gestartet. In den Schritten 179 und 180
wird an die Wicklungen eine Spannung angelegt, bis die Dauer Ty endet.
Wenn in diese Routine erneut eingetreten wird, schreitet der Prozess voran
zu Schritt 182, falls der Rückzug-Übererregungszeitgeber null erreicht hat.
Eine Nach-Rückzug-Stromsteuerungs-/regelungsroutine (Fig. 14) wird
durchgeführt, um den Anker sich setzen zu lassen.
In Schritt 175 schreitet der Prozess voran zu Schritt 186, wenn der Strom
durch die Wicklungen einen Wert nicht erreicht hat, welcher um 10%
größer als der Soll-Haltestrom ist. In 186 wird bestimmt, ob der Zähler für
ein erfolgreiches Setzen einen Wert aufweist, welcher größer als ein vorbe
stimmter Wert ist (etwa 10.000) und ob die Motordrehzahl niedriger als ein
vorbestimmter Wert (etwa 1.000 U/min) ist. Falls die Bestimmung positiv
ist, wird der aktuelle. Soll-Haltestromwert auf einen Wert gesetzt, welcher
um 5% niedriger als zuvor ist (187). Dies geschieht, um den Haltestrom
wert auf einem niedrigst möglichen Wert zu korrigieren, welcher für ein
Beibehalten eines gesetzten Zustands notwendig ist. Somit wird der Soll-
Haltestrom allmählich abgesenkt, wenn ein Wegbewegen des Ankers nicht
stattfindet, bis es dazu führt, dass ein Wegbewegen des Ankers stattfin
det. Auf diese Art und Weise wird der Soll-Haltestrom auf einen optimalen
Wert für den elektromagnetischen Aktuator korrigiert.
Die Drehzahl Ne ist in den Bedingungen für ein Korrigieren des Soll-Halte
stromwerts enthalten, da es nicht angemessen ist, den Haltestrom zu
ändern, wenn sich der Anker mit einer hohen Geschwindigkeit bewegt.
Abhängig von den Anwendungen könnte die Drehzahl nicht in den Bedin
gungen enthalten sein. Der vorbestimmte Wert des Zählers für ein erfolgrei
ches Setzen und der vorbestimmte Wert für die Drehzahl könnten auf
beliebige wünschenswerte Werte gesetzt sein.
Wenn Zeit verstreicht und die voreingestellte Haltebetriebsdauer endet,
wird der Entscheidungsschritt 172 zu Ja. Der Prozess schreitet voran zu
Schritt 185 und der Haltebetrieb-Erlaubnisflag wird auf null gesetzt. Der
Prozess verlässt diese Routine.
Fig. 14 ist ein Flussdiagramm der Nach-Rückzug-Stromsteuer/regelroutine,
welche in Schritt 182 von Fig. 13 ausgeführt werden soll. In Schritt 191
wird der Nach-Rückzug-Stromsteuer/regelflag auf "1" gesetzt, was anzeigt,
dass die Nach-Rückzug-Stromsteuer/regelroutine gerade ausgeführt wird.
Wenn dieser Flag auf "1" gesetzt ist, werden Aktivitäten, wie etwa eine
Stromsteuerung/-regelung und eine Rückzugsübererregung, nicht durch
geführt, wie sie mit Bezug auf Schritt 173 von Fig. 13 beschrieben wur
den.
In Schritt 192 wird für eine vorbestimmte Dauer 0 V angelegt. Dies ge
schieht, da der Strom durch die Wicklungen hindurch größer ist als der
Soll-Haltestrom, wenn ein Übererregungsbetrieb für ein Zurückziehen
endet. Der Prozess schreitet voran zu Schritt 193, um zu beurteilen, ob der
Strom für die vorbestimmte Dauer deutlich abnimmt. Eine deutliche Ab
nahme des Stroms zeigt, wie oben beschrieben, einen erfolgreichen Setz-
Zustand an.
Wenn der Strom nicht deutlich abnimmt, wurde der Anker noch nicht zur
Setzposition zurückgezogen. Der gleiche Übererregungsbetrieb, wie der in
Schritt 180 ausgeführte wird erneut ausgeführt (196). Das heißt, für die
Dauer Ty wird eine Spannung an die Wicklungen des Elektromagneten
angelegt.
Nach einem erneuten Übererregungsbetrieb für die Dauer Ty wird dann,
wenn der Prozess erneut in diese Routine eintritt und eine deutliche Ab
nahme des Stroms erfasst wird, der Strom geprüft, um zu sehen, ob er den
Soll-Haltestrom Iobj erreicht hat (Schritt 194). Falls der Strom den Soll-Halte
strom nicht erreicht hat, verlässt der Prozess diese Routine. Falls er den
Soll-Haltestrom erreicht hat, wird der Nach-Rückzug-Stromsteuer/regelflag
auf null gesetzt, was anzeigt, dass ein Zurückziehen des Ankers zu einer
Setzposition erfolgreich war.
Eine Ausführungsform der Erfindung wurde beschrieben. Der Wert der
angelegten Spannung (42 V) und der Spannungswert bei einer Schaltungs
steuerung/regelung (±12 V) sind lediglich Beispiele und sind nicht dazu ge
dacht, die Erfindung einzuschränken. Es können ebenso andere Spannun
gen verwendet werden. Beispielsweise kann ein Haltebetrieb mit einer
42 V-Stromquelle ausgeführt werden.
Während die Erfindung mit Bezug auf besondere Ausführungsformen be
schrieben wurde, sind derartige Ausführungsformen nicht dazu gedacht,
den Rahmen der Erfindung zu beschränken.
Es ist eine Steuer-/Regelvorrichtung für einen elektromagnetischen Aktuator
vorgesehen, welche eine Erfassung einer genauen Bewegung des Ankers,
der sich aus der Sitzposition wegbewegt, ermöglicht und in Antwort auf
eine derartige Erfassung einen Rückzugsbetrieb ausführt. Der elektroma
gnetische Aktuator weist ein Paar von Federn auf, welche in entgegen
gesetzte Richtungen wirken, sowie einen mit einem mechanischen Element,
wie etwa einem Auslass-/Einlassventil eines Automobilmotors, gekoppelten
Anker. Der Anker wird dann, wenn der Aktuator nicht aktiviert ist, in einer
durch die Federn gegebenen neutralen Position gehalten. Der Aktuator
umfasst ein Paar von Elektromagneten, um den Anker zwischen zwei
Endstellungen anzutreiben. Die Steuer-/Regelvorrichtung umfasst ein Strom
zufuhrmittel, um dem Elektromagneten, welcher einer der Endstellungen
entspricht, dann einen Haltestrom zuzuführen, wenn der Anker in der einen
der Endstellungen gehalten ist. Die Steuer-/Regelvorrichtung umfasst ein
Mittel zur Bestimmung, dass sich der Anker aus der gesetzten Position
wegbewegt (abfällt oder sich anhebt), wenn der Haltestrom um mehr als
einen vorbestimmten Wert ansteigt, während der Haltestrom dem der
Endposition entsprechenden Elektromagneten zugeführt wird. Ein sich
wegbewegender Anker wird auf Grundlage der Änderung des Haltestroms
erfasst, was eine einfachere Erfassung des sich wegbewegenden Ankers
gestattet.
Claims (18)
1. Steuer-/Regeleinrichtung zur Steuerung/Regelung eines elektroma
gnetischen Aktuators (100) mit einem Paar von Federn (16, 17),
welche in entgegengesetzten Richtungen wirken, mit einem mit
einem mechanischen Element (20) gekoppelten Anker (22), wobei
der Anker (22) mit den Federn (16, 17) verbunden ist, um dann in
einer durch die Federn (16, 17) gegebenen Neutralstellung gehalten
zu sein, wenn der Anker (22) nicht aktiviert ist, sowie mit einem
Paar von Elektromagneten (11, 13), um den Anker (22) zwischen
zwei Endstellungen anzutreiben, wobei die Steuer-/Regelvorrichtung
umfasst:
ein Stromzufuhrmittel (6, 50, 8) zum Zuführen eines Haltestroms zu dem einer der Endstellungen entsprechenden Elektromagneten (11, 13) dann, wenn er den Anker (22) in der einen der Endstellungen hält; sowie
ein Bestimmungsmittel (54, 50), um dann zu bestimmen, dass sich der Anker (22) aus der Endstellung wegbewegt, wenn der Halte strom um mehr als einen vorbestimmten Wert zunimmt, während der Haltestrom dem der einen Endstellung entsprechenden Elektroma gneten (11, 13) zugeführt wird.
ein Stromzufuhrmittel (6, 50, 8) zum Zuführen eines Haltestroms zu dem einer der Endstellungen entsprechenden Elektromagneten (11, 13) dann, wenn er den Anker (22) in der einen der Endstellungen hält; sowie
ein Bestimmungsmittel (54, 50), um dann zu bestimmen, dass sich der Anker (22) aus der Endstellung wegbewegt, wenn der Halte strom um mehr als einen vorbestimmten Wert zunimmt, während der Haltestrom dem der einen Endstellung entsprechenden Elektroma gneten (11, 13) zugeführt wird.
2. Steuer-/Regelvorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend ein
Rückzugsmittel (55, 50, 8), welches auf eine Bestimmung eines
Wegbewegens des Ankers (22) durch das Bestimmungsmittel (54)
anspricht, zum Anlegen einer Spannung an den der Endstellung
entsprechenden Elektromagneten (11, 13), um den Anker (22) zu
der Endstellung zurückzuziehen.
3. Steuer-/Regelvorrichtung nach Anspruch 2, wobei das Stromzufuhr
mittel (6, 50, 8), nachdem durch das Rückzugsmittel (55, 50, 8)
eine Spannung an den Elektromagneten (11, 13) angelegt worden
ist, den Haltestrom um einen vorbestimmten Wert erhöht, um ihn
dem der Endstellung entsprechenden Elektromagneten (11, 13)
zuzuführen.
4. Steuer-/Regelvorrichtung nach Anspruch 2, ferner umfassend ein
Einstellmittel (58, 50, 8), um die Dauer (Ty) für ein Anlegen einer
Spannung an den Elektromagneten (11, 13) durch das Rückzugs
mittel (55, 50, 8) nach Maßgabe der Differenz zwischen der Zeit
(Tf), zu der sich der Anker (22) aus der Endposition wegbewegt, wie
es durch das Bestimmungsmittel (54, 50) bestimmt wird, und einer
geplanten Lösezeit (Tr) des Ankers (22) einzustellen.
5. Steuer-/Regelvorrichtung nach Anspruch 4, wobei das Einstellmittel
(58, 50, 8) die Dauer (Ty) eines Anlegens einer Spannung an den
Elektromagneten (11, 13) durch das Rückzugsmittel (55, 50, 8)
dann verkürzt, wenn die Differenz zwischen der Zeit (Tf), zu der sich
der Anker (22) aus der Endposition wegbewegt, wie es durch das
Bestimmungsmittel (54, 50) bestimmt wird, und einer geplanten
Lösezeit (Tr) des Ankers (22) gleich oder kleiner als eine vorbe
stimmte Dauer ist.
6. Steuer-/Regelvorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend einen
Zähler (K), um über eine Folge von Zyklen hinweg die Anzahl von
Malen zu zählen, die der Anker (22) in der Endstellung ohne sich
wegzubewegen gehalten wird, wobei dann, wenn die durch den
Zähler (K) gezeigte Anzahl von Malen größer als ein vorbestimmter
Wert ist, das Zufuhrmittel (6, 50, 8) den Haltestrom zu dem der
Endstellung entsprechenden Elektromagneten (11, 13) verringert.
7. Durch einen Computer ausführbares Programm zur Steuerung/Rege
lung eines elektromagnetischen Aktuators (100) mit einem Paar von
Federn (16, 17), welche in entgegengesetzten Richtungen wirken,
mit einem mit einem mechanischen Element (20) gekoppelten Anker
(22), wobei der Anker (22) mit den Federn (16, 17) verbunden ist,
um dann in einer durch die Federn (16, 17) gegebenen Neutralstel
lung gehalten zu sein, wenn der Anker (22) nicht aktiviert ist, sowie
mit einem Paar von Elektromagneten (11, 13), um den Anker (22)
zwischen zwei Endstellungen anzutreiben, wobei das Programm
derart strukturiert ist, dass es:
dem Elektromagneten (11, 13), welcher einer der Endstellungen entspricht, dann einen Haltestrom zuführt, wenn der Anker (22) in der einen der Endstellungen gehalten ist; und
dann bestimmt, dass sich der Anker (22) aus der Endstellung weg bewegt, wenn der Haltestrom, während er dem der einen Endstel lung entsprechenden Elektromagneten (11, 13) zugeführt wird, um mehr als einen vorbestimmten Wert ansteigt.
dem Elektromagneten (11, 13), welcher einer der Endstellungen entspricht, dann einen Haltestrom zuführt, wenn der Anker (22) in der einen der Endstellungen gehalten ist; und
dann bestimmt, dass sich der Anker (22) aus der Endstellung weg bewegt, wenn der Haltestrom, während er dem der einen Endstel lung entsprechenden Elektromagneten (11, 13) zugeführt wird, um mehr als einen vorbestimmten Wert ansteigt.
8. Programm nach Anspruch 7, welches ferner derart strukturiert ist,
dass es, auf eine Bestimmung eines Wegbewegens des Ankers (22)
ansprechend, eine Spannung an den der Endstellung entsprechenden
Elektromagneten (11, 13) anlegt, um den Anker (22) zu der End
stellung zurückzuziehen.
9. Programm nach Anspruch 8, wobei der Haltestrom, nachdem eine
Spannung an den Elektromagneten (11, 13) angelegt wurde, um
einen vorbestimmten Wert erhöht wird, um ihn dem der Endstellung
entsprechenden Elektromagneten (11, 13) zuzuführen.
10. Programm nach Anspruch 8, welches ferner derart strukturiert ist,
dass es die Dauer (Ty) eines Anlegens einer Spannung an den Elek
tromagneten (11, 13) nach Maßgabe der Differenz zwischen der Zeit
(Tf), zu der sich der Anker aus der Endstellung wegbewegt, und
einer geplanten Lösezeit (Tr) des Ankers einstellt.
11. Programm nach Anspruch 10, wobei die Dauer (Ty) eines Anlegens
einer Spannung an den Elektromagneten dann verkürzt wird, wenn
die Differenz zwischen der Zeit (Tf), zu der sich der Anker (22) aus
der Endstellung wegbewegt, und einer geplanten Lösezeit (Tr) des
Ankers (22) gleich oder kleiner als eine vorbestimmte Dauer ist.
12. Programm nach Anspruch 7, welches ferner derart strukturiert ist,
dass es über eine Folge von Zyklen hinweg die Anzahl von Malen
zählt, die der Anker (22) in der Endstellung ohne sich wegzubewe
gen gehalten wird, und dass es den Haltestrom zu dem der End
stellung entsprechenden Elektromagneten (11, 13) dann verringert,
wenn die Anzahl von Malen größer als ein vorbestimmter Wert ist.
13. Verfahren zum Steuern/Regeln eines elektromagnetischen Aktuators
(100) mit einem Paar von Federn (16, 17), welche in entgegenge
setzten Richtungen wirken, mit einem mit einem mechanischen
Element (20) gekoppelten Anker (22), wobei der Anker (22) mit den
Federn (16, 17) verbunden ist, um dann in einer durch die Federn
(16, 17) gegebenen Neutralstellung gehalten zu sein, wenn der
Anker (22) nicht aktiviert ist, sowie mit einem Paar von Elektroma
gneten (11, 13), um den Anker (22) zwischen zwei Endstellungen
anzutreiben, wobei das Verfahren umfasst:
Zuführen eines Haltestroms zu dem Elektromagneten (11, 13), wel cher einer der Endstellungen entspricht, wenn der Anker (22) in der einen der Endstellungen gehalten wird (174); und
Bestimmen, dass sich der Anker (22) aus der Endstellung wegbe wegt, wenn der Haltestrom, während er dem der Endstellung ent sprechenden Elektromagneten (11, 13) zugeführt wird, um mehr als einen vorbestimmten Wert ansteigt (175).
Zuführen eines Haltestroms zu dem Elektromagneten (11, 13), wel cher einer der Endstellungen entspricht, wenn der Anker (22) in der einen der Endstellungen gehalten wird (174); und
Bestimmen, dass sich der Anker (22) aus der Endstellung wegbe wegt, wenn der Haltestrom, während er dem der Endstellung ent sprechenden Elektromagneten (11, 13) zugeführt wird, um mehr als einen vorbestimmten Wert ansteigt (175).
14. Verfahren nach Anspruch 13, welches ferner umfasst:
Anlegen einer Spannung an den der Endstellung entsprechenden Elektromagneten (11, 13) in Antwort auf eine Bestimmung eines Wegbewegens des Ankers (22), um den Anker (22) zu der Endstel lung zurückzuziehen (180).
Anlegen einer Spannung an den der Endstellung entsprechenden Elektromagneten (11, 13) in Antwort auf eine Bestimmung eines Wegbewegens des Ankers (22), um den Anker (22) zu der Endstel lung zurückzuziehen (180).
15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei der Haltestrom, nachdem eine
Spannung an den Elektromagneten (11, 13) angelegt worden ist, um
einen vorbestimmten Wert erhöht wird, um ihn dem der Endstellung
entsprechenden Elektromagneten zuzuführen (177).
16. Verfahren nach Anspruch 14, welches ferner umfasst:
Einstellen der Dauer (Ty) eines Anlegens einer Spannung an den Elektromagneten (11, 13) nach Maßgabe der Differenz zwischen der Zeit (Tf), zu der sich der Anker (22) aus der Endstellung wegbe wegt, und einer geplanten Lösezeit (Tr) des Ankers (22) (178).
Einstellen der Dauer (Ty) eines Anlegens einer Spannung an den Elektromagneten (11, 13) nach Maßgabe der Differenz zwischen der Zeit (Tf), zu der sich der Anker (22) aus der Endstellung wegbe wegt, und einer geplanten Lösezeit (Tr) des Ankers (22) (178).
17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei die Dauer (Ty) eines Anlegens
einer Spannung an den Elektromagneten (11, 13) dann verkürzt
wird, wenn die Differenz zwischen der Zeit (Tf), zu der sich der
Anker (22) aus der Endstellung wegbewegt, und einer geplanten
Lösezeit (Tr) des Ankers (22) gleich oder kleiner als eine vorbe
stimmte Dauer ist.
18. Verfahren nach Anspruch 13, welches ferner umfasst:
Zählen der Anzahl von Malen, die der Anker (22) ohne sich wegzu bewegen in der Endstellung gehalten wird, über eine Folge von Zyklen hinweg (163, 164, 165);
Verringern des Haltestroms zu dem der Endstellung entsprechenden Elektromagneten (11, 13) dann, wenn die Anzahl von Malen größer als ein vorbestimmter Wert ist (186, 187).
Zählen der Anzahl von Malen, die der Anker (22) ohne sich wegzu bewegen in der Endstellung gehalten wird, über eine Folge von Zyklen hinweg (163, 164, 165);
Verringern des Haltestroms zu dem der Endstellung entsprechenden Elektromagneten (11, 13) dann, wenn die Anzahl von Malen größer als ein vorbestimmter Wert ist (186, 187).
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