DE19821548A1 - Verfahren und Vorrichtung zur elektromagnetischen Steuerung eines Ventils - Google Patents

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 t_E zwecks Auftreffgeschwindigkeitsre­ gelung variiert. Der Einschaltzeitpunkt t_E 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 t_HP 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 v_A,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 v_A,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 v_A,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 v_A mit variierendem Fangstromimpuls-Einschaltzeitpunkt t_E 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 v_A in Abhängigkeit vom Fangstromimpuls Einschaltzeitpunkt t_E ein Minimum v_A,min bei einem zugehörigem, op­ timalen Einschaltzeitpunkt t_EO. 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 v_A für jeden Betätigungszyklus, d. h. Umschaltvorgang. Beispielhaft veranschaulicht Fig. I den Zeitpunkt, zu welchem die Geschwin­ digkeitsbestimmungsstufe 5 die Auftreffgeschwindigkeit v_An für einen n-ten Betätigungszyklus ermittelt hat und der Auftreffge­ schwindigkeitsregler 1 den Fangstromimpuls-Einschaltzeitpunkt t_E(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 t_E(n+1) als Summe des für den vorangegangenen Betätigungszyklus gewählten Einschalt­ zeitpunktes t_En und eines Regelungsinkrementes δt_E bestimmt wird, das als das negative Produkt eines positiven adaptiven Faktors K mit dem Quotienten (v_An-v_A(n-1))/(t_En-t_E(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 t_En, t_E(n-1) festgelegt wird, d. h. es gilt die Beziehung

t_E(n+1) = t_En+δt_E = t_En-K. (v_Anv_A(n-1))/(t_En-t_E(n-1)).

Mit anderen Worten, das Regelungsinkrement δt_E entspricht dem Produkt des adaptiven Faktors K mit dem Gradienten (dv_A/dt_E) der Ventilglied-Auftreffgeschwindigkeit v_A als Funktion des Fang­ stromimpuls-Einschaltzeitpunktes t_E, wie er sich aus den letzten beiden Ventilgliedbetätigungszyklen ergibt. Ein Verzögerungs­ glied 6 dient der Zwischenspeicherung der Information über die Auftreffgeschwindigkeit v_A(n-1) im jeweils vorletzten Betätigungs­ zyklus.

Somit wird der Einschaltzeitpunkt t_E durch die Regelung gemäß ei­ nes Regelungsinkrementes δt_E 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 v_A,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 δt_E vom Gradienten (dv_A/dt_E) der Regelungskennlinie RK im Sinne der obigen Definition ist sichergestellt, daß die Regelung um den gewünschten Sollarbeitspunkt minimaler Auftreffgeschwindig­ keit v_A,min beim optimalen Fangstromimpuls-Einschaltzeitpunkt t_EO 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 v_A,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 (v_A) er­ reicht, wobei
• - eine Regelung der Auftreffgeschwindigkeit durch variable Ein­ stellung des Fangstromimpulses erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß
• - die Auftreffgeschwindigkeit (v_A) mittels einer Minimalwertrege­ lung geregelt wird, bei welcher als Einschaltzeitpunkt (t_E) des Fangstromimpulses für eine nächste Ventilbetätigung derjenige einer vorangegangenen Betätigung zuzüglich eines Regelungsinkre­ mentes (δt_E) gewählt wird, das als eine Minimumzielfunktion des aus vorangegangenen Betätigungszyklen ermittelten Gradienten (dv_A/dt_E) der Auftreffgeschwindigkeit als Funktion des Einschalt­ zeitpunktes vorgegeben wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, weiter dadurch gekennzeichnet, daß das Regelungsinkrement (δt_E) als das Negative des Produktes des Geschwindigkeitsgradienten (dv_A/dt_E) 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 (v_A) 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 (v_A) erreicht, und
• - Regelungsmitteln (1) zur Regelung der Auftreffgeschwindigkeit durch variable Einstellung des Einschaltzeitpunkt (t_E) des Fang­ stromimpulses, dadurch gekennzeichnet, daß
• - die Regelungsmittel (1) für eine Minimalwertregelung einge­ richtet sind, bei welcher als Einschaltzeitpunkt (t_E) des Fang­ stromimpulses für eine nächste Ventilbetätigung derjenige einer vorangegangenen Betätigung zuzüglich eines Regelungsinkrementes (δt_E) gewählt wird, das als eine Minimumzielfunktion des aus vor­ angegangenen Betätigungszyklen ermittelten Gradienten (dv_A/dt_E) der Auftreffgeschwindigkeit als Funktion des Einschaltzeitpunk­ tes vorgegeben wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, weiter dadurch gekennzeichnet, daß die Regelungsmittel (1) das Regelungsinkrement (δt_E) als das Ne­ gative des Produktes des Geschwindigkeitsgradienten (dv_A/dt_Et) 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 (v_A) ermittelt.