DE19821548A1 - Verfahren und Vorrichtung zur elektromagnetischen Steuerung eines Ventils - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur elektromagnetischen Steuerung eines VentilsInfo
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung eines Ventils mit einem elektromagnetisch betätigbaren Ventilglied, wobei das Ventilglied bei Bestromung eines zugeordneten Elektromagneten mit einem Fangstromimpuls gegen eine elastische Rückstellkraft in eine anschlagdefinierte Endstellung bewegt wird und diese mit einer zugehörigen Auftreffgeschwindigkeit erreicht, die durch variable Einstellung des Fangstromimpulses geregelt wird. DOLLAR A Erfindungsgemäß wird die Auftreffgeschwindigkeit mittels einer Minimalwertregelung geregelt, bei welcher als Einschaltzeitpunkt des Fangstromimpulses für eine nächste Ventilbetätigung derjenige einer vorangegangenen Betätigung zuzüglich eines Regelungsinkrementes gewählt wird, das als eine Minimumzielfunktion des aus vorangegangenen Betätigungszyklen ermittelten Gradienten der Auftreffgeschwindigkeit als Funktion des Einschaltzeitpunktes vorgegegen wird. DOLLAR A Verwendung z. B. zur Steuerung von Gaswechselventilen eines Otto-Motors mit variabler Ventilsteuerung in einem Kraftfahrzeug.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrich
tung zur Steuerung eines Ventils mit einem elektromagnetisch be
tätigbaren Ventilglied, wobei das Ventilglied bei Bestromung ei
nes zugeordneten Elektromagneten mit einem Fangstromimpuls gegen
eine elastische Rückstellkraft in eine anschlagdefinierte End
stellung bewegt wird und diese mit einer zugehörigen Auftreff
geschwindigkeit erreicht, die durch variable Einstellung des
Fangstromimpulses geregelt wird.
Ventile mit elektromagnetisch betätigbarem Ventilglied werden
beispielsweise als Gaswechselventile für Verbrennungsmotoren von
Kraftfahrzeugen eingesetzt. Die Ventile besitzen typischerweise
zwei gegenüberliegend beabstandete, als Schaltmagnete fungieren
de Elektromagnete, von denen der eine einen Öffnungs- und der
andere einen Schließmagnet bildet, zwischen deren Polflächen ein
am Ventilglied vorgesehener Magnetanker bewegbar angeordnet ist.
Eine zugeordnete Federanordnung, meist in Form zweier vorge
spannt er Druckfedern, bildet mit dem Ventilglied einen Feder-
Masse-Schwinger, dessen Ruhelage zwischen den beiden Ventilend
stellungen liegt. Aus dieser wird der Ventilbetrieb dadurch ge
startet, daß der Magnetanker vom Schließ- oder vom Öffnungsma
gnet gegen die elastische Rückstellkraft der Federanordnung in
die zugehörige Endstellung angezogen wird. Anschließend wird das
Ventil abwechselnd dadurch geöffnet und geschlossen, daß die Be
stromung des momentan haltenden Magneten abgeschaltet wird, wo
durch das Ventilglied von der Federanordnung aus der bisherigen
Endstellung heraus zunächst bis zum Erreichen der Ruhelage be
schleunigt wird. Das sich auf diese Weise über die Ruhelage hin
aus bewegende Ventilglied wird dann vom gegenüberliegenden Elek
tromagneten gegen die elastische Rückstellkraft der Federanord
nung gefangen, wozu er mit einem sogenannten Fangstromimpuls be
aufschlagt wird. Das so eingefangene Ventilglied erreicht dann
seine neue, anschlagdefinierte Endstellung mit einer vom Fang
stromimpuls abhängigen Auftreffgeschwindigkeit. Von wachsender
Bedeutung sind diese Ventile für Verbrennungsmotoren mit variab
ler Ventilsteuerung, mit denen ein hoher Wirkungsgrad bei rela
tiv niedrigen Emissionen erreicht werden kann.
Aus den Offenlegungsschriften DE 37 33 704 A1 und DE 195 30 394
A1 sind Steuerungsverfahren für solche Gaswechselventile offen
bart, bei denen individuelle Klebzeiten des Magnetankers am je
weiligen Elektromagnet berücksichtigt werden bzw. durch Erfas
sung des Strom- und/oder Spannungsverlaufs für die Bestromung
des Elektromagneten überwacht wird, ob das Ventilglied an seiner
Polfläche haltend zur Anlage gekommen ist.
Aus der Offenlegungsschrift DE 196 23 698 A1 ist ein Verfahren
zur Steuerung eines solchen Gaswechselventils in Abhängigkeit
von der Erkennung des Auftreffzeitpunktes und/oder der Auftreff
geschwindigkeit des Ventilglied-Fangvorgangs bekannt, wobei
durch den Ventilbetrieb erzeugte Schwingungssignale erfaßt und
das Ventil in Abhängigkeit von der Größe der erfaßten Schwin
gungssignale gesteuert wird. In einer Realisierungsvariante ent
spricht dieses Verfahren demjenigen der eingangs genannten Art,
indem bei ihr eine Regelung der Auftreffgeschwindigkeit vorge
nommen wird, mit dem Ziel, diese so zu optimieren, daß einer
seits ein sicherer Ventilbetrieb gewährleistet ist und anderer
seits die Geräuschentwicklung und der Energieaufwand für den
Ventilbetrieb minimal wird und zudem Fertigungstoleranzen sowie
Verschleiß- und Temperatureinflüsse kompensiert werden. Dazu
wird aus den detektierten Schwingungssignalen auf die Auftreff
geschwindigkeit geschlossen und diese durch variable Wahl des
Einschaltzeitpunktes und ggf. der Stromstärke des Fangstromim
pulses geregelt. Die hierfür vorgeschlagenen Regelungen nach der
Auftreffgeschwindigkeit oder alternativ nach der Stromstärke
oder dem Einschaltzeitpunkt des Fangstromimpulses arbeiten kenn
feldbasiert, indem Sollwerte verwendet werden, die vorab in ei
nem Basiskennfeld einer Motorsteuerung abgelegt sind und im Lau
fe des Betriebs modifiziert werden können. Die modifizierten
Sollwerte werden in einem Adaptionskennfeld abgespeichert, das
aktualisiert werden kann.
Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung
eines Verfahrens und einer Vorrichtung der eingangs genannten
Art zugrunde, mit denen sich ein elektromagnetisch betätigbares
Ventil verschleiß- und geräuscharm unter Gewährleistung eines
sicheren Fangens des Ventilgliedes durch den Elektromagnet steu
ern läßt und die sich insbesondere für eine variable Ventil
steuerung bei Verbrennungsmotoren eignet.
Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung eines
Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie einer Vor
richtung mit den Merkmalen des Anspruchs 4.
Das Ventilsteuerverfahren nach Anspruch 1 sieht eine Minimal
wertregelung der Auftreffgeschwindigkeit vor, bei welcher der
Einschaltzeitpunkt des Fangstromimpulses in einer funktionalen
Abhängigkeit vom Gradienten der Auftreffgeschwindigkeit als
Funktion des Einschaltzeitpunktes im Sinne der Erreichung einer
minimalen Auftreffgeschwindigkeit variabel eingestellt wird.
Diese Vorgehensweise basiert auf der Erkenntnis, daß die Auf
treffgeschwindigkeit, wenn sie als Funktion des Einschaltzeit
punktes des Fangstromimpulses bei ansonsten gleichbleibenden Pa
rametern bestimmt wird, ein Minimum durchläuft. Das vorliegende
Verfahren regelt nun selbsttätig den Ventilbetrieb auf diese mi
nimale Auftreffgeschwindigkeit ein, indem sie den zugehörigen,
nachfolgend als optimal bezeichneten Einschaltzeitpunkt für den
Fangstromimpuls zu erreichen versucht. Dies geschieht in einem
schrittweisen Vorgehen, indem der Einschaltzeitpunkt für ein
nächstes Einfangen des Ventilgliedes aus dem zuvor verwendeten
Einschaltzeitpunkt durch Addition eines Regelungsinkrementes be
stimmt wird, das als Minimumzielfunktion abhängig vom besagten
Geschwindigkeitsgradienten vorgegeben wird. Unter Minimumziel
funktion wird hierbei jede Funktion verstanden, die den Fang
stromimpuls-Einschaltzeitpunkt zum optimalen Zielwert hin verän
dert, der zur minimalen Auftreffgeschwindigkeit führt. Darunter
fallen insbesondere Funktionen mit negativem Nulldurchgang, d. h.
bei denen die Gradientenkurve mit negativer Steigung durch den
Koordinatenursprung geht. Dies gewährleistet, daß die Regelung
unabhängig von möglicherweise variablen Störeinflüssen, wie Rei
bung und Temperatur, über die Lebensdauer des Ventils hinweg
stets den Betriebspunkt minimaler Auftreffgeschwindigkeit auf
findet. Eine Abspeicherung und betriebsabhängige Modifikation
von Kennfeldern für die diversen Parameter der Ventilsteuerung
ist daher für diesen Zweck vorliegend nicht zwingend erforder
lich. Eine Vorrichtung nach Anspruch 4 eignet sich zur Durchfüh
rung dieses Verfahrens.
Bei einem nach Anspruch 2 weitergebildeten Verfahren ist eine
spezielle Wahl der funktionellen Abhängigkeit des Regelungsin
krementes vom Geschwindigkeitsgradienten vorgesehen, die einer
seits mit geringem Aufwand implementiert und ausgeführt werden
kann und andererseits ein schnelles Reagieren der Regelung auf
Abweichungen von der minimalen Auftreffgeschwindigkeit ermög
licht. Eine nach Anspruch 5 weitergebildete Vorrichtung eignet
sich zur Durchführung dieses Verfahrens.
Bei einem nach Anspruch 3 weitergebildeten Verfahren wird die
Auftreffgeschwindigkeit vorteilhafterweise aus einer zeitabhän
gigen Messung des Ventilglied-Betätigungsweges gewonnen, wozu
eine nach Anspruch 6 weitergebildete, zur Durchführung dieses
Verfahrens geeignete Vorrichtung eine entsprechende Ventilglied-
Wegsensorik aufweist. Mit dieser Vorgehensweise läßt sich die
Auftreffgeschwindigkeit recht genau bestimmen.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist in den
Zeichnungen dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Hier
bei zeigen:
Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung zur
Steuerung eines Ventils mit elektromagnetisch betätigba
rem Ventilglied in Form eines Auftreffgeschwindigkeits-
Regelkreises,
Fig. 2 ein Spannungs-Zeit-Diagramm zur Veranschaulichung eines
in der Vorrichtung von Fig. 1 zum Fangen des Ventilglie
des verwendeten Fangstromimpulses,
Fig. 3 ein Geschwindigkeits-Zeit-Diagramm zur Veranschaulichung
des Ventilglied-Geschwindigkeitsverlaufs für unter
schiedliche Fangstromimpulse und
Fig. 4 ein Auftreffgeschwindigkeits-Fangstromeinschaltzeit
punkts-Diagramm zur Veranschaulichung einer von der Vor
richtung von Fig. 1 verwendeten Regelkennlinie.
Die in Fig. 1 schematisch gezeigte Vorrichtung dient zur Steue
rung eines Ventils mit einem elektromagnetisch betätigbaren Ven
tilglied, insbesondere eines Gaswechselventils für einen Otto-
Motor mit variabler Ventilsteuerung. Das Ventil ist von einem
herkömmlichen Aufbau, bei dem das Ventilglied zusammen mit einer
zugeordneten Federanordnung einen Feder-Masse-Schwinger bildet
und über einen Magnetanker von zwei gegenüberliegenden Elektro
magneten zwischen zwei zugehörigen Endstellungen hin und her be
wegt, d. h. umgeschaltet werden kann. Dazu wird das Ventilglied,
das in der jeweiligen Endstellung vom dortigen, mit einem Hal
testrom beaufschlagten Elektromagneten gehalten wird, durch Un
terbrechung dieses Haltestroms von dem Elektromagneten losgelas
sen und durch die Wirkung der Federanordnung in Richtung der an
deren Endstellung bewegt. Sobald das Ventilglied hierbei seine
von der Federanordnung definierte Ruhelage überschritten hat,
wirkt die Federanordnung dieser Bewegung entgegen und mindert so
die Aufprallwirkung. Damit das Ventilglied gegen die Wirkung
dieser elastischen Rückstellkraft dennoch rasch und zuverlässig
die andere Endstellung erreicht, wird der dortige Elektromagnet
zu einem geeigneten Einschaltzeitpunkt mit einem Fangstromimpuls
beaufschlagt. Mit der daraus resultierenden Fangkraft zieht er
das Ventilglied an, bis es auf den dortigen Endanschlag auf
trifft. Um das Ventilglied anschließend dort zu halten, ist nur
noch eine gegenüber der Fangkraft geringere Halte kraft erforder
lich, die dadurch bereitgestellt wird, daß die Bestromung des
Elektromagneten vom Fangstromimpuls höherer Stromstärke auf eine
anschließende Haltestromphase mit niedrigerer Stromstärke umge
stellt wird.
Ausgehend von dieser insoweit herkömmlichen Ventilsteuerung wird
durch die Vorrichtung von Fig. 1 eine Regelung der Geschwindig
keit bewirkt, mit welcher das Ventilglied auf den jeweiligen
Endanschlag auftrifft, wobei die Regelvorrichtung als ein Auf
treffgeschwindigkeits-Minimalwertregelkreis ausgelegt ist, der
durch variable Einstellung des Fangstrom-Einschaltzeitpunktes
auf eine minimale Auftreffgeschwindigkeit regelt.
Zu diesem Zweck beinhaltet der Regelkreis von Fig. 1 einen Auf
treffgeschwindigkeitsregler 1, der an das zu steuernde Ventil 2,
insbesondere an dessen elektromagnetischen Ventilgliedantriebs
teil, ein Stellsignal 3 abgibt, das insbesondere die Einstellin
formationen für den jeweiligen Fangstromimpuls beinhaltet. Hier
bei kann als Fangstromimpuls z. B. eine Folge einzelner Taktim
pulse oder ein einzelner Rechteckimpuls 4 vorgesehen sein, wie
er in seinem Spannungsverlauf schematisch in Fig. 2 wiedergege
ben ist. Im gezeigten Beispielsfall wird dabei die Spannungs
amplitude U0 des Fangstrom-Rechteckimpulses konstant gehalten und
nur sein Einschaltzeitpunkt tE zwecks Auftreffgeschwindigkeitsre
gelung variiert. Der Einschaltzeitpunkt tE ist dabei auf einen
für jeden Ventilschaltvorgang festen Referenzzeitpunkt zu bezie
hen, z. B. auf den Beginn eines Umschaltvorgangs von der öffnen
den in die schließende Endstellung des Ventils 2. Bezogen auf
diesen Referenzzeitpunkt wird der Zeitpunkt tHP des Beginns der
jeweiligen Haltestromphase mit der in Fig. 2 zu erkennenden, re
duzierten Haltespannung konstant gehalten.
Fig. 3 veranschaulicht anhand von Simulationsergebnissen den
Einfluß einer solchen Variation des Einschaltzeitpunktes des
Fangstromimpulses auf den zeitlichen Verlauf der Ventilgliedge
schwindigkeit v während einer Fangphase bei ansonsten konstant
gehaltenen Systemparametern. Eine erste Kennlinie K1 zeigt den
Verlauf der Ventilgliedgeschwindigkeit für den Fall eines gegen
über einem optimalen Einschaltzeitpunkt um 0,05ms zu frühen Ein
schaltzeitpunktes. Durch den frühzeitigen, anziehenden Einfluß
des fangenden Elektromagneten wird die bremsende Wirkung der
elastischen Rückstellfederkraft entsprechend frühzeitig ge
schwächt, und das Ventilglied besitzt noch eine relativ hohe
Auftreffgeschwindigkeit vA,1 zum Zeitpunkt t1 des Auftreffens auf
den zugehörigen Endanschlag. Zudem kommt es unmittelbar an
schließend zu verschleißerhöhenden Rückprallschwingungseffekten,
bis das Ventilglied endgültig in der Halteposition verharrt. Ei
ne zweite Kennlinie K2 illustriert den optimalen Fall, bei dem
der Fangstromimpuls-Einschaltzeitpunkt gerade so gewählt ist,
daß das Ventilglied zu einem Zeitpunkt t2 mit einer minimal er
reichbaren Auftreffgeschwindigkeit vA,2 gegen den Endanschlag auf
trifft. Eine dritte Kennlinie K3 veranschaulicht die Situation
bei Wahl eines gegenüber dem optimalen Einschaltzeitpunkt um
0,06ms verspäteten FangStromimpuls-Einschaltzeitpunktes. Durch
die in diesem Fall erst späte Wirkung des fangenden Elektroma
gneten wird das Ventilglied von der Federanordnung bis zum
Stillstand abgebremst und anschließend in Gegenrichtung be
schleunigt, bis diese Umkehrbewegung durch die Fangkraft des
fangenden Elektromagneten wieder umgekehrt wird. Da sich das
Ventilglied zuvor jedoch bereits wieder von der zugehörigen End
stellung wegbewegt hatte, trifft es schließlich mit einer erhöh
ten Auftreffgeschwindigkeit vA,3 zu einem zugehörigen Zeitpunkt t3
auf den Endstellungsanschlag auf.
Eine vollständige Analyse der in Fig. 3 gezeigten Beispielsitua
tionen zeigt, daß sich die Ventilglied-Auftreffgeschwindigkeit vA
mit variierendem Fangstromimpuls-Einschaltzeitpunkt tE bei sonst
konstant gehaltenen Systemparametern gemäß einer in Fig. 4 dar
bestellten Kennlinie RK ändert. Wie aus Fig. 4 zu erkennen, be
sitzt der durch diese Kennlinie RK gegebene Funktionsverlauf der
Auftreffgeschwindigkeit vA in Abhängigkeit vom Fangstromimpuls
Einschaltzeitpunkt tE ein Minimum vA,min bei einem zugehörigem, op
timalen Einschaltzeitpunkt tEO. Diese Kennlinie RK von Fig. 4
wird vom Auftreffgeschwindigkeits-Regelkreis von Fig. 1 als Re
gelungskennlinie RK für eine Minimalwertregelung herangezogen,
auf die nachfolgend eingegangen wird.
Für Auftreffgeschwindigkeitsregelung beinhaltet der Regelkreis
von Fig. 1 eine Geschwindigkeitsbestimmungsstufe 5, die eine
Wegsensorik umfaßt, mit welcher kontinuierlich der Betätigungs
weg s des Ventilgliedes gemessen wird. Aus dem gemessenen zeit
lichen Ventilglied-Bewegungswegverlauf bestimmt die Geschwindig
keitbestimmungsstufe 5 den zugehörigen Geschwindigkeitsverlauf
des Ventilgliedes und daraus dessen Auftreffgeschwindigkeit vA
für jeden Betätigungszyklus, d. h. Umschaltvorgang. Beispielhaft
veranschaulicht Fig. I den Zeitpunkt, zu welchem die Geschwin
digkeitsbestimmungsstufe 5 die Auftreffgeschwindigkeit vAn für
einen n-ten Betätigungszyklus ermittelt hat und der Auftreffge
schwindigkeitsregler 1 den Fangstromimpuls-Einschaltzeitpunkt
tE(n+1) für den nächsten, (n+1)-ten Betätigungszyklus errechnet,
wobei n eine beliebige ganze Zahl ist.
Im Funktionsblock des Reglers 1 von Fig. 1 ist der hierfür ver
wendete Regelalgorithmus angegeben, der darin besteht, daß der
jeweilige Fangstromimpuls-Einschaltzeitpunkt tE(n+1) als Summe des
für den vorangegangenen Betätigungszyklus gewählten Einschalt
zeitpunktes tEn und eines Regelungsinkrementes δtE bestimmt wird,
das als das negative Produkt eines positiven adaptiven Faktors K
mit dem Quotienten (vAn-vA(n-1))/(tEn-tE(n-1)) der Differenz der Auf
treffgeschwindigkeiten im vorangegangenen, n-ten Betätigungszy
klus und im vorletzten, (n-1)-ten Betätigungszyklus zur Diffe
renz der entsprechenden Fangstromimpuls-Einschaltzeitpunkte tEn,
tE(n-1) festgelegt wird, d. h. es gilt die Beziehung
tE(n+1) = tEn+δtE = tEn-K. (vAnvA(n-1))/(tEn-tE(n-1)).
Mit anderen Worten, das Regelungsinkrement δtE entspricht dem
Produkt des adaptiven Faktors K mit dem Gradienten (dvA/dtE) der
Ventilglied-Auftreffgeschwindigkeit vA als Funktion des Fang
stromimpuls-Einschaltzeitpunktes tE, wie er sich aus den letzten
beiden Ventilgliedbetätigungszyklen ergibt. Ein Verzögerungs
glied 6 dient der Zwischenspeicherung der Information über die
Auftreffgeschwindigkeit vA(n-1) im jeweils vorletzten Betätigungs
zyklus.
Somit wird der Einschaltzeitpunkt tE durch die Regelung gemäß ei
nes Regelungsinkrementes δtE variiert, das als eine Minimalziel
funktion im Sinne der obigen Definition, speziell als Funktion
mit negativem Nulldurchgang, abhängig von diesem Gradienten vor
gegeben wird. Dies gewährleistet die gewünschte Minimalwertrege
lungseigenschaft, d. h. die Regelung findet selbsttätig die in
der jeweiligen Situation minimal mögliche Ventilglied-Auftreff
geschwindigkeit vA,min schrittweise von einem Betätigungszyklus
zum nächsten auf, wie dies in Fig. 4 durch entsprechende Rege
lungschrittpfeile auf der Regelungskennlinie RK beispielhaft an
hand eines anfänglich zu hohen, d. h. zu späten Einschaltzeit
punktes repräsentiert ist. Durch die negative Nulldurchgangsei
genschaft der funktionalen Abhängigkeit des Regelungsinkrementes
δtE vom Gradienten (dvA/dtE) der Regelungskennlinie RK im Sinne
der obigen Definition ist sichergestellt, daß die Regelung um
den gewünschten Sollarbeitspunkt minimaler Auftreffgeschwindig
keit vA,min beim optimalen Fangstromimpuls-Einschaltzeitpunkt tEO
stabil arbeitet, indem sie auf beiderseitige Abweichungen hin
wieder auf diesen Arbeitspunkt zustrebt und dort verbleibt, so
lange keine Störeinflüsse einwirken.
Um die Auftreffgeschwindigkeitsregelung schnell zu machen, d. h.
eine möglichst rasche Ausregelung auftretender Abweichungen zu
erreichen, wird der Faktor K vorzugsweise derart adaptiv festge
legt, daß er abhängig vom Gradienten der Regelungskennlinie RK
mit wachsendem Betrag des Gradienten ansteigt. Andererseits wird
der Faktorwert K nicht zu groß gewählt, um auftretende Regel
schwingungseffekte zu vermeiden.
Es versteht sich, daß der für die vorliegende Regelung maßgebli
che Gradient der Ventilglied-Auftreffgeschwindigkeit als Funkti
on des Fangstromimpuls-Einschaltzeitpunktes nicht nur, wie be
schrieben, anhand der Werte aus den beiden letzten Betätigungs
zyklen, sondern alternativ auf andere Weise ermittelt werden
kann, z. B. unter Verwendung von über mehr als zwei vorangegange
ne Betätigungszyklen gemittelten Werten der Auftreffgeschwindig
keit und/oder des Einschaltzeitpunktes.
Alternativ zu dem oben erwähnten sind auch andere Regelalgorith
men verwendbar, wobei lediglich sicherzustellen ist, daß sie zur
erwünschten Minimalwertregelung führen. So kann der Faktor K
auch als nicht vom Regelkennliniengradienten abhängiger, fester
Faktor vorgegeben werden. Außerdem kann das Regelungsinkrement
als beliebige Minimumzielfunktion abhängig vom Regelungsgradien
ten vorgegeben werden, die gewährleistet, daß ein stabiles Re
gelverhalten mit sicherem Erreichen des Arbeitspunktes minimaler
Auftreffgeschwindigkeit vA,min in einem ausreichend großen Umge
bungsbereich desselben gegeben ist.
Wie die obige Erläuterung eines Ausführungsbeispiels zeigt, er
laubt die erfindungsgemäße Minimalwertregelung die Erzielung ei
ner möglichst niedrigen Auftreffgeschwindigkeit des Ventilglieds
bei gleichzeitig zuverlässigem Erreichen seiner Endstellungen in
selbsttätiger Weise auch bei auftretenden Störgrößen, wie alte
rungsbedingten Änderungen der Reibungsverhältnisse. Die Erfin
dung ist selbstverständlich auch für Ventile anwendbar, deren
Ventilstellglied nur in einer Endstellung in der geschilderten
Weise von einem Elektromagneten gefangen wird.
Claims (6)
1. Verfahren zur Steuerung eines Ventils mit einem elektromagne
tisch betätigbaren Ventilglied, bei dem
- - das Ventilglied bei Bestromung eines zugeordneten Elektroma gneten mit einem Fangstromimpuls gegen eine elastische Rück stellkraft in eine anschlagdefinierte Endstellung bewegt wird und diese mit einer zugehörigen Auftreffgeschwindigkeit (vA) er reicht, wobei
- - eine Regelung der Auftreffgeschwindigkeit durch variable Ein stellung des Fangstromimpulses erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß
- - die Auftreffgeschwindigkeit (vA) mittels einer Minimalwertrege lung geregelt wird, bei welcher als Einschaltzeitpunkt (tE) des Fangstromimpulses für eine nächste Ventilbetätigung derjenige einer vorangegangenen Betätigung zuzüglich eines Regelungsinkre mentes (δtE) gewählt wird, das als eine Minimumzielfunktion des aus vorangegangenen Betätigungszyklen ermittelten Gradienten (dvA/dtE) der Auftreffgeschwindigkeit als Funktion des Einschalt zeitpunktes vorgegeben wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, weiter
dadurch gekennzeichnet, daß
das Regelungsinkrement (δtE) als das Negative des Produktes des
Geschwindigkeitsgradienten (dvA/dtE) multipliziert mit einem po
sitiven Faktor (K) vorgegeben wird, der seinerseits durch eine
mit wachsendem Betrag des Gradienten ansteigende Funktion adap
tiv festgelegt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, weiter
dadurch gekennzeichnet, daß
zur Ermittlung der Ventilglied-Auftreffgeschwindigkeit (vA) der
zeitliche Verlauf des Ventilglied-Betätigungsweges (s) während
eines jeweiligen Betätigungsvorgangs gemessen und daraus die
Auftreffgeschwindigkeit ermittelt wird.
4. Vorrichtung zur Steuerung eines ein elektromagnetisch betä
tigbares Ventilglied aufweisenden Ventils, mit
- - elastischen Rückstellmitteln, die eine von einer anschlagdefi nierten Endstellung beabstandete Ruhelage für das Ventilglied definieren,
- - einem Elektromagneten, der bei Bestromung mit einem Fangstrom impuls das Ventilglied gegen die Wirkung der elastischen Rück stellmittel in die anschlagdefinierte Endstellung bewegt, die es mit einer zugehörigen Auftreffgeschwindigkeit (vA) erreicht, und
- - Regelungsmitteln (1) zur Regelung der Auftreffgeschwindigkeit durch variable Einstellung des Einschaltzeitpunkt (tE) des Fang stromimpulses, dadurch gekennzeichnet, daß
- - die Regelungsmittel (1) für eine Minimalwertregelung einge richtet sind, bei welcher als Einschaltzeitpunkt (tE) des Fang stromimpulses für eine nächste Ventilbetätigung derjenige einer vorangegangenen Betätigung zuzüglich eines Regelungsinkrementes (δtE) gewählt wird, das als eine Minimumzielfunktion des aus vor angegangenen Betätigungszyklen ermittelten Gradienten (dvA/dtE) der Auftreffgeschwindigkeit als Funktion des Einschaltzeitpunk tes vorgegeben wird.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, weiter
dadurch gekennzeichnet, daß
die Regelungsmittel (1) das Regelungsinkrement (δtE) als das Ne
gative des Produktes des Geschwindigkeitsgradienten (dvA/dtEt)
multipliziert mit einem positiven Faktor (K) festlegen, der sei
nerseits durch eine mit wachsendem Betrag des Gradienten anstei
gende Funktion adaptiv festgelegt ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, weiter
dadurch gekennzeichnet, daß
eine Geschwindigkeitsbestimmungsstufe (5) vorgesehen ist, die
eine Ventilglied-Wegsensorik zur Messung des zeitlichen Verlaufs
des Ventilglied-Betätigungsweges beinhaltet und aus der Betäti
gungsweginformation die zugehörige Ventilglied-Auftreffgeschwin
digkeit (vA) ermittelt.
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