DE10236612A1 - Verfahren zur Steuerung der Bewegung eines Ankers eines elektromagnetischen Aktuators - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der Bewegung eines Ankers (4) eines elektromagnetischen Aktuators (1), insbesondere zur Betätigung eines Gaswechsel-Hubventils (3) einer Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug, wobei der Anker (4) oszillierend zwischen Polflächen (12, 13) zweier Elektromagnet-Spulen (8, 9) jeweils gegen die Kraft zumindest einer Rückstellfeder (7, 11) durch alternierende Bestromung der Elektromagnet-Spulen (8, 9) bewegt wird. DOLLAR A Um ein sicheres Schließen des Ventils durch einen elektromagnetischen Aktuator auch bei extremen Temperaturbedingungen mit u. U. eingeschränkter Leistung eines Bordnetzes zu erreichen, wird vorgeschlagen, dass in Vorbereitungsschritten eine Kurve (G¶1¶) des bei einer niedrigsten Auslegungstemperatur T -25 DEG C einer Bordstromversorgung realisierbaren magnetischen Flusses (PHI), eine Kurve (G¶2¶) eines durch Änderung mindestens eines Parameters der Elektromagnet-Spule (8, 9) bewirkte Änderung des magnetischen Flusses (PHI) bei durch die Stromversorgung maximal einstellbarem Stromfluss (I) und einer Kurve (v¶2¶) eines sich bei minimaler Versorgungsspannung in Abhängigkeit der vorstehenden Änderungen einstellender Stromfluss (I) als Kurven (G¶1¶, G¶2¶, v¶2¶) in ein Kennlinienfeld über dem geänderten Parameter aufgenommen werden.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Auslegung einer Vorrichtung zur Steuerung der Bewegung eines Ankers eines elektromagnetischen Aktuators, insbesondere zur Betätigung eines Gaswechsel-Ventils einer Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug, wobei der Anker aus leeren Zwischenpolflächen zweier Elektromagnet-Spulen jeweils gegen die Kraft einer Rückstellfeder durch alternierende Bestromung der Elektromagnet-Spulen bewegt wird.
  • Ein bevorzugter Anwendungsfall für einen elektromagnetischen Aktuator mit Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 ist der elektromagnetisch betätigte Ventiltrieb von Brennkraftmaschinen. In Hubkolben-Brennkraftmaschinen werden Gaswechel-Hubventile durch derartige Aktuatoren in gewünschter Weise betätigt, d. h. oszillierend geöffnet und geschlossen. Ein zu diesem Zweck eingesetzter bekannter Aktuator umfasst als wesentliche Bestandteile einen Anker, der zwischen Polflächen von zwei Elektromagneten axial verschieblich angeordnet ist und durch mindestens ein Federelement in einer Mittellage zwischen den beiden Polflächen gehalten wird. Der Antrieb des als Hubventil ausgebildeten Gaswechsel-Ventils erfolgt über einen Stößel, der starr mit dem Anker des Aktuators verbunden ist. In einer geschlossenen Stellung des Ventils befindet sich der Ventilteller in einem Ventilsitz, und der Anker des Aktuators befindet sich gegen die Rückstellkraft des Federelements in Anlage mit der Polfläche der Schließerspule. Zum Öffnen des Hubventils wird der Anker des Aktuators von der Schließerspule abgelöst und in Richtung auf die Öffnerspule zu bewegt. Hierbei wirkt der Stößel des Aktuators auf einen Ventilschaft des Hubventils zur Kraftübertragung so ein, dass am Ende der Öffnungsbewegung ein vorgegebener Ventilhub und mithin eine bestimmte Ventilöffnung zum Laden oder Entladen eines Brennraums erreicht wird. Beim Schließvorgang wird der Anker des Aktuators von der Öffnerspule abgelöst und auf die Schließerspule zu bewegt, wodurch auch das Hubventil geschlossen wird.
  • Bisher wird der Bereich des Kaltstarts eines Motors, also beim erstmaligen Betreibens des elektro-mechanischen Ventiltriebs bzw. Aktuators bei tiefen Temperaturen, im Rahmen der Auslegung des Aktuators nur unzureichend berücksichtigt. Ankleben des Ankers an einer Polfläche, erhöhte Haft- und Reibwerte etc. können hier zu erheblichen Funktionsstören führen, die im Extremfall auch eine schwerwiegende Beschädigung des Motors bis hin zum Totalschaden verursachen können. Auch ein Hubsensor kann hier nur bedingt Abhilfe schaffen, da ein Ausgangssignal des Hubsensors stets sehr stark verrauscht ist, so dass ein Klebenbleiben des Ankers an einer Polfläche nicht mit letzter Sicherheit detektiert werden kann. Insbesondere ist es sehr unzuverlässig, ein aus dem Hubsignal abgeleitetes Geschwindigkeitssignal auszuwerten, um daran ein Ablösen des Ankers erkennen zu können. Zur Verbesserung der Situation bei einem Anhaften könnte als ein Ansatz eine härtere Öffnerfeder eingesetzt werden, wobei sich diese mechanische Maßnahme ungünstig auf das Verhalten des Gesamtsystems auswirken kann. Um einen sicheren Betrieb des elektro-mechanischen Ventiltriebs bzw. Aktuators bei tiefen Temperaturen garantieren zu können ist daher u.a. der Auslegung der Elektromagnet-Spulen besonderes Augenmerk zu schenken.
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen sicheren Start des durch einen elektromagnetischen Aktuator angetriebenen Ventils unter extremen Bedingungen bei wesentlich vermindertem Aufwand im Entwurfsprozess zu erreichen.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Weiter ist eine Vorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 7 eine Lösung dieser Aufgabe. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den jeweiligen Unteransprüchen gekennzeichnet.
  • Ein erfindungsgemäßes Verfahren zeichnet sich demnach dadurch aus, dass in Vorbereitungsschritten für die Auslegung einer Elektromagnet-Spule die Leistungsgrenzen einer zur Verfügung gestellten Stromversorgung, eine durch Änderung mindestens eines Parameters der Elektromagnet-Spule bewirkte Änderung des magnetischen Flusses und ein sich bei minimaler Versorgungsspannung in Abhängigkeit der vorstehenden Änderungen einstellender Stromfluss in einem Diagramm über dem geänderten Parameter aufgenommen werden.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird als Parameter die Windungszahl der Elektromagnet-Spule gewählt. Durch die Windungszahl ist der Fluss durch geringe Veränderung stark beeinflussbar. Dabei entzieht sich insbesondere die Wahl der verwendeten Windungszahlen nach bisherigen Entwurfsverfahren konkreten quantitativen Untersuchungen. Alternativ könnten auch Materialien zur Beeinflussung der Materialkonstante μr ausgetauscht werden, was jedoch gegenüber einer Änderung der Windungszahl gerade bei einer Serienproduktion oder intern genormten Bauteilen wesentlich aufwändiger ist.
  • In einer Weiterbildung der Erfindung wird ein sich in der Realität bei minimaler Versorgungsspannung in Abhängigkeit einer jeweiligen Wicklungszahl der Spule einstellender Stromfluss durch mindestens eine Kontrollmessung überprüft. An dieses Messergebnis oder eine Mehrzahl vorbestimmter Messpunkte wird ein prinzipiell bekannter Kurvenverlauf angepasst.
  • Ein nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren erstelltes Diagramm kann in der Interpretation als graphische Darstellung eines Ungleichungssystems als Auslegungshilfe für einen Aktuator eines elektromechanischen Ventiltriebs unter gegebenen Randbedingungen benutzt werden. Lösungen dieses Systems konkurrierender Bedingungen, die jeweils durch die Kurven angegeben werden, sind dabei auf den Bereich einer gemeinsamen Schnittfläche begrenzt.
  • Vorzugsweise wird jedoch ein automatisches Verfahren genutzt, durch das auf der Basis des vorstehend beschriebenen Diagramms mögliche Arbeitspunkte ausgegeben werden, die in einem gemeinsamen Schnittbereich dieser Kurven liegen. Alternativ wird mindestens ein Arbeitspunkt in einem iterativen Prozess daraufhin untersucht, ob sie in einem gemeinsamen Schnittbereich dieser Kurven liegen.
  • Durch eine gemäß einem obigen Verfahren mit einem oder mehreren nachgeordneten Merkmalen erfolgte Auslegung kann in einer Vorrichtung oder Ventiltriebeinheit insgesamt erreicht werden, dass der Aktuator in dem angenommenen Systemumfeld auf jeden Fall für den Kaltstart geeignet ist und damit auch unter extremen Temperaturbedingungen mit u.U. eingeschränkter Leistung eines Bordnetzes sicher gesteuert wird.
  • Zur Darstellung weiterer Vorteile wird nachfolgend eine Ausführungsform der Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
  • 1: eine schematische Darstellung eines prinzipiellen Aufbaus eines Gaswechselventils mit elektromagnetischem Aktuator-Antrieb in einer geöffneten Endstellung;
  • 2: der elektromagnetische Ventiltrieb gemäß 1 in einer geschlossenen Endstellung und
  • 3: ein erfindungsgemäßes Kennlinienfeld zur Arbeitspunktbestimmung.
  • In der Abbildung von 1 ist ein Aktuator 1 einer bekannten Bauart skizziert dargestellt. Der Aktuator 1 treibt über einen Ventilschaft 2 ein zugeordnetes Hubventil 3 an. 1 zeigt mit der geöffneten Endlage eine der beiden möglichen Endlagen des Hubventils 3 und des Aktuators 1, die hier durch die Lage eines Ankers 4 eingestellt ist. In dieser Position ist ein Ventilteller 5 von einem Ventilsitz 6 abgehoben, das Hubventil 3 ist also maximal geöffnet. Zum Überführen des Hubventils 3 in eine geschlossene Stellung wird der Ventilteller 5 in Richtung auf seinen Ventilsitz 6 bewegt.
  • Wie üblich greift an diesem Hubventil 3 eine Ventilschließfeder 7 an. Die Ventilschließfeder 7 ist jedoch so dimensioniert, dass sie das Hubventil 3 und mit ihm auch den Aktuator 1 nur in eine Neutrallage zurückbewegen kann. Für die weitere Bewegung des Ventiltellers 5 auf den Ventilsitz 6 zu wird der Antrieb durch den Aktuator 1 benötigt. Der Aktuator 1 umfasst dazu neben zwei Elektromagnet-Spulen 8, 9 einen auf den Ventilschaft 2 des Hubventils 3 einwirkenden Stößel 10, der den Anker 4 trägt und zwischen den Elektromagnet-Spulen 8, 9 oszillierend längsverschiebbar geführt ist. Zum Antreiben des Hubventils 3 drückt der Stößel 10 des Aktuators 1 über den Ventilschaft 2 auf den Ventilschaft 2 des Hubventils 3. An dem Ende des Stößels 10, das dem Ventilschaft 2 des Hubventils 3 abgewandt ist, greift ferner eine Ventil-Öffnungsfeder 11 an, die in der dargestellten geöffneten Endstellung entspannt ist.
  • Bei der dargestellten Anordnung handelt es sich somit um ein schwingungsfähiges Feder-Masse-System, für das die Ventilschließfeder 7 und die Ventilöffnungsfeder 11 eine erste sowie eine zweite Rückstellfeder für die aus Anker 4 und Stößel 10 bestehende Masse bilden. Je nach Federkraft kann eine Feineinstellung über eine Länge Δl vorgenommen werden, die hier im Bereich der Ventilöffnungsfeder 11 angeordnet ist. Hierüber kann auch eine Feder-Vorspannung erhöht werden, um beispielsweise auf mechanischem Wege die Wahrscheinlichkeit eines Anhaftens des Ankers 4 auf der Polfläche 13 zu vermindern. In der dargestellten Endposition dieses schwingungsfähigen Systems ist das Hubventil 3 vollständig geöffnet, und der Anker 4 liegt an der unteren Elektromagnet-Spule 8 an, die im Folgenden auch als Öffner-Spule 8 bezeichnet wird, nachdem diese Spule 8 das Hubventil 3 in seiner geöffneten Position hält. Die Öffnerfeder 11 ist damit vollständig entspannt, sie wird durch eine härtere Einstellung jedoch in einer Schließstellung wesentlichen Einfluss auf die Schwingeigenschaften und eventuell auch auf eine Geräuschentwicklung während des Betriebes ausüben, so dass eine Änderung der Länge Δl der Ventilöffnungsfeder 11 weiterhin nur für eine Feineinstellung vorgenommen wird.
  • In einer in der Abbildung von 2 dargestellten zweiten Endposition des schwingungsfähigen Systems ist das Hubventil 3 gegen eine Rückstellkraft der Feder 11 vollständig geschlossen, und der Anker 4 des Aktuators 1 liegt an einem Pol 13 der oberen Elektromagnet-Spule 9 an, die im folgenden auch als Schließer-Spule 9 bezeichnet wird, weil diese Spule 9 das Hubventil 3 in seiner geschlossenen Position hält.
  • Da in der vorliegenden Ausführungsform des Gaswechsel-Hubventils 3 der Ventilschaft 2 und der Stößel 10 einstückig miteinander verbunden sind, wirkt eine Bewegung des Ankers 4 unmittelbar auf den Ventildeckel 5. Das nachfolgend beschriebene Problem ist mit seiner Lösung auch auf hier nicht weiter dargestellte Bauformen von Aktuatoren 1 übertragbar, so dass Ansätze, die unter dem Begriff des Ventilspielausgleichs laufen, hier nur der Vollständigkeit halber erwähnt werden.
  • Eine zeitlich mit einer jeweiligen Kolbenstellung in der zugehörigen Brennkammer koordinierte Steuerung des elektromagnetisch angetriebenen Hubventils 3 ist für einen Betrieb einer Verbrennungskraftmaschine unerlässlich. In der Planung und Auslegung von Aktuatoren 1 wurde bislang jedoch ein Bereich weitgehend nicht berücksichtigt: der Bereich des Kaltstarts eines Motors. Beim erstmaligen Betreiben des elektro-mechanischen Ventiltriebs 1 bei tiefen Temperaturen können jedoch durch Ankleben des Ankers an einer Polfläche, erhöhte Haft- und Reibwerte etc. erhebliche Funktionsstören innerhalb des Aktuators 1 auftreten, die jeder für sich im Extremfall schwerwiegende Beschädigungen des Motors bis hin zum Totalschaden verursachen können.
  • Auch ein Hubsensor kann hier nur bedingt Abhilfe schaffen, da ein Ausgangssignal des Hubsensors stets sehr stark verrauscht ist, so dass ein Klebenbleiben des Ankers an einer Polfläche nicht mit letzter Sicherheit detektiert werden kann, um Notmaßnahmen einleiten zu können. Um einen sicheren Betrieb des elektromechanischen Ventiltriebs bzw. Aktuators bei tiefen Temperaturen garantieren zu können ist daher u.a. der Auslegung der Elektromagnet-Spulen besonderes Augenmerk zu schenken. Im Rahmen der Auslegung des Aktuators 1 werden diese Probleme jedoch nur unzureichend berücksichtigt.
  • Damit ein zuverlässiges Funktionieren eines Aktuator-betriebenen Gaswechsel-Hubventils 3 und mithin eine einwandfreie Motorfunktion auch bei sehr tiefen Temperaturen sichergestellt werden kann, wird für die Auslegung einer Elektromagnet-Spule 8, 9 ein nachfolgend beschriebenes Verfahren zu durchlaufen:
    • 1. Ein Aktuator 1 benötigt als elektrisch angetriebenes mechanisches System zum Betrieb einen minimalen Fluss Φ, der auch bei einer niedrigsten Auslegungstemperatur von ca. T = –25°C von einer Bordstromversorgung realisiert werden können muss. Es ergibt sich für diese Grenze daher eine Gerade G1, die in der Auslegung nicht unterschritten werden darf, und daher als Leistungsgrenze angesehen werden kann.
    • 2. Ein von der Leistungselektronik des Bordnetzes maximal darstellbarer Strom Imax ergibt über der Windungszahl N aufgetragen eine Ursprungsgerade G2, die mithin die absolute Obergrenze des zur Verfügung stehenden Stroms darstellt.
    • 3. Eine Kurve v1, die – abhängig von der Windungszahl N – den Strom 1 und mithin den Fluss Φ darstellt, der bei einer als Randbedingung angenommenen Minimalspannung Umin des Bordnetzes, über das System durch die Spule 8, 9 fließen kann.
  • Im realen Zustand eines Aktuators 1 sind weitere Widerstandsanteile im Strompfad zu berücksichtigen, so dass sich eine zu v2 verschobene Kurve v2 ergibt. Zu deren Bestimmung wird folgender Ansatz verwendet: Der Widerstand des Systems von der als konstant angenommenen Spannungsquelle zum Aktuator wird als Wert Ro angesetzt. Der Widerstand des Aktuators Ra wird als proportional zum Quadrat der Windungszahl N angenähert:
    Ra = ka·N2.
  • Eine Berechnung von ka ergibt sich aus der Messung des Widerstands eines aktuellen Aktuators bzw. dessen Elektromagnet-Spule und dessen Windungszahl, so dass sich als Formel für die Grenzlinie ergibt:
    Figure 00070001
  • Trägt man diese drei begrenzenden Kurven G1, G2, v2 in die Grafik ein, so ergibt sich über der Windungsanzahl N als Parameter ein Kennlinienfeld, wie es in der Abbildung von 3 wiedergegeben ist.
  • Werden nun die drei Kurven als Grenzkurven eines Systems von Ungleichungen interpretiert, so erhält man einen hier schraffiert dargestellten Bereich D, der einem Dreieck ähnlich ist. In einer graphischen Interpretation gibt dieses Dreieck den Bereich von Windungszahlen N wieder, die alle Lösungen des auf die Anforderungen aufgebauten Ungleichungssystems anzusehen sind. Innerhalb des Dreiecks D kann nun die Windungsanzahl N zur Festlegung eines Arbeitspunktes AP frei gewählt werden. Wird nun ein realer Arbeitspunkt AP eines existierenden Aktuators 1 in dieses Diagramm anhand der bekannten Windungszahl N und das Produkt aus einem für diesen Aktuator 1 notwendigen und experimentell ermittelten Startstrom und der vorhandenen Windungszahl N eingetragen, so ergeben sich durch die Lage dieses Arbeitspunktes AP in dem schraffiert dargestellten Bereich Möglichkeiten zur Optimierung, wie anhand der Doppelpfeile dargestellt. Vorteilhafterweise können Änderungswerte mit signifikanten Größen als N und Φ = 1·N direkt aus dem Diagramm ausgelesen werden.
  • Da die Windungsanzahl N nur als ganzzahlige Angabe zur Festlegung des Arbeitspunktes AP umgesetzt werden kann, wird die Auswertung des Kennlinienfeldes gemäß 3 mit der Bestimmung eines Arbeitspunktes AP und der Ausgabe einer zugehörigen Windungsanzahl N in einer nicht weiter dargestellten Ausführungsform der Erfindung in einem rechnergestützten Verfahren ausgeführt. Dadurch können ohne wesentlichen Mehraufwand noch weitere Anforderungen berücksichtigt werden. Dabei wird dann ein iterativer Ansatz gewählt, in dem über einen minimal zur Verfügung stehenden Strom 1 und die für den gewählten Arbeitspunkt AP festgelegte Windungszahl N ein Fluss Φ und daraus eine an dem Ankers 4 angreifende Kraft F berechnet wird. Materialkenngrößen können dann in diesem Zusammenhang einfach variiert werden.
  • Eine Änderung der Auslegung der Spulen 8, 9 kann auch aus einem anderen Grund sinnvoll sein: Es kann eine andere Bord-Stromversorgung eingesetzt werden, so dass nun in veränderter Konfiguration ein neuer Arbeitspunkt AP gewählt werden kann, der je nach Anwendungsfall günstiger ist. Hierzu ist in der Abbildung von 3 ein realer Arbeitspunkt AP mit der zugehörigen vorhandenen Windungszahl N und einem experimentell ermittelten Startstrom 1 in das Diagramm eingetragen. Es ergeben sich Geraden, auf denen der Arbeitspunkt AP bei Änderung der Windungszahl N in horizontaler und vertikaler Richtung innerhalb des eingezeichneten Dreiecks D zur Anpassung nach neue Gegebenheiten verschoben werden kann.
  • Auch für einen wenigstens probeweise vorgenommenen Austausch eines Aktuators 1 durch ein anderes Modell ergeben sich Veränderungen durch neue mechanische Eigenschaften, die sich beispielsweise durch eine Veränderung in der Masse des Ankers 4 und/oder der Federsteifigkeiten der Federn 7, 11 ergeben. Durch das vorgeschlagene Verfahren sind derartige Variationen leicht in einer Planung durchführbar, wobei die Notwendigkeit von Änderungen insbesondere bei der Anzahl der Wicklungen der Elektromagnet-Spulen sicher festgestellt werden können.
  • 1
    Aktuator
    2
    Ventilschaft
    3
    Hubventil
    4
    Anker
    5
    Ventilteller
    6
    Ventilsitz
    7
    Ventilschließfeder
    8
    Elektromagnet-Spule
    9
    Elektromagnet-Spule
    10
    Stößel
    11
    Ventil-Öffnungsfeder
    12
    Polfläche
    13
    Polfläche
    Φ
    magnetischer Fluss
    AP
    realer Arbeitspunkt
    D
    ungefähr dreieckige Schnittfläche eines Ungleichungssystems
    G1
    Φ-Kurve des bei einer niedrigsten Auslegungstemperatur T < –25°C
    G2
    Φ-Kurve bei einem maximal darstellbarem Strom Imax
    v1
    ideale Φ-Kurve
    v2
    reale Φ-Kurve
    I
    Strom
    ΔI
    Längenänderung zur Federeinstellung
    L
    starre Länge zwischen Anker und Ventilteller
    N
    Windungszahl
    t
    Zeit
    tA
    Schließzeitpunkt des Ventils
    tE
    Aufsetz-Zeitpunkt des Ankers auf der Polfläche
    U
    Spannung
    z
    Wegkoordinate des Ankers 4/Hub

Claims (7)

  1. Verfahren zur Steuerung der Bewegung eines Ankers (4) eines elektromagnetischen Aktuators (1), insbesondere zur Betätigung eines Gaswechsel-Hubventiles (3) einer Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug, wobei der Anker (4) oszillierend zwischen Polflächen (12, 13) zweier Elektromagnet-Spulen (8, 9) jeweils gegen die Kraft zumindest einer Rückstellfeder (7, 11) durch alternierende Bestromung der Elektromagnet-Spulen (8, 9) bewegt wird, dadurch gekennzeichnet, dass in Vorbereitungsschritten für die Auslegung einer Elektromagnet-Spule (8, 9) – eine Kurve (G1) des bei einer niedrigsten Auslegungstemperatur T < –25°C einer Bordstromversorgung realisierbaren magnetischen Flusses (Φ) – eine Kurve (G2) eines durch Änderung mindestens eines Parameters der Elektromagnet-Spule (8,9) bewirkte Änderung des magnetischen Flusses (Φ) bei durch die Stromversorgung maximal einstellbarem Stromfluss (1) und – eine Kurve (v2) eines sich bei minimaler Versorgungsspannung in Abhängigkeit der vorstehenden Änderungen einstellender Stromfluss (1) als Kurven (G1, G2, v2) in ein Kennlinienfeld über dem geänderten Parameter aufgenommen werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Parameter die Windungszahl (N) der Elektromagnet-Spule (8, 9) gewählt und ausgewertet wird.
  3. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein sich in der Realität bei minimaler Versorgungsspannung (U) in Abhängigkeit einer jeweiligen Wicklungszahl (N) der Elektromagnet-Spule (8, 9) einstellender Stromfluss (1) durch mindestens eine Kontrollmessung überprüft und ggf. korrigiert wird.
  4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Basis des vorstehend beschriebenen Kennlinienfelds mögliche Arbeitspunkte (AP) ausgegeben werden, die in einem gemeinsamen Schnittbereich der Kurven (G1, G2, v2) des Kennlinienfelds liegen.
  5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Arbeitspunkt (AP) in einem iterativen Prozess daraufhin untersucht wird, ob er in einem gemeinsamen Schnittbereich der Kurven (G1, G2, v2) des Diagramms liegt.
  6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kennlinienfeld als Diagramm ausgeführt und graphisch ausgewertet wird.
  7. Vorrichtung zur Steuerung der Bewegung eines Ankers (4) in einem elektromagnetischen Aktuator (1), der einen axial zwischen Polflächen (12, 13) von zwei Elektromagneten (8, 9) aufweist, zwischen denen der Anker verschieblich ist, wobei der Aktuator (1) insbesondere zum Antrieb eines Hubventils (3) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19851214C1 (de) * 1998-11-06 1999-11-04 Daimler Chrysler Ag Verfahren zum Betrieb der Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs
DE19830974A1 (de) * 1998-07-10 2000-01-13 Fev Motorentech Gmbh Kaltstartverfahren für eine drosselfreie Mehrzylinder-Kolbenbrennkraftmaschine
DE19922971A1 (de) * 1999-05-19 2000-11-23 Fev Motorentech Gmbh Verfahren zur Inbetriebnahme eines elektromagnetischen Aktuators zur Betätigung eines Gaswechselventils an einer Kolbenbrennkraftmaschine
DE10001872C1 (de) * 2000-01-18 2001-08-30 Siemens Ag Elektromagnetischer Stellantrieb

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19830974A1 (de) * 1998-07-10 2000-01-13 Fev Motorentech Gmbh Kaltstartverfahren für eine drosselfreie Mehrzylinder-Kolbenbrennkraftmaschine
DE19851214C1 (de) * 1998-11-06 1999-11-04 Daimler Chrysler Ag Verfahren zum Betrieb der Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs
DE19922971A1 (de) * 1999-05-19 2000-11-23 Fev Motorentech Gmbh Verfahren zur Inbetriebnahme eines elektromagnetischen Aktuators zur Betätigung eines Gaswechselventils an einer Kolbenbrennkraftmaschine
DE10001872C1 (de) * 2000-01-18 2001-08-30 Siemens Ag Elektromagnetischer Stellantrieb

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