EP0870905B1 - Stromsteuerverfahren für ein elektromagnetisch betätigtes Hubventil - Google Patents

Stromsteuerverfahren für ein elektromagnetisch betätigtes Hubventil Download PDF

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EP0870905B1 EP98100651A EP98100651A EP0870905B1 EP 0870905 B1 EP0870905 B1 EP 0870905B1 EP 98100651 A EP98100651 A EP 98100651A EP 98100651 A EP98100651 A EP 98100651A EP 0870905 B1 EP0870905 B1 EP 0870905B1
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magnet coil
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L9/00—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically
    • F01L9/20—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically by electric means

Definitions

  • the invention relates to a current control method for an electromagnetically actuated lift valve of an internal combustion engine, which is oscillatingly moved by an armature plate arranged between alternately energized solenoid coils, against the force of a return spring, starting from the first end position of the armature, in which the armature is at the first is applied with a holding current, the low holding current of the first solenoid is first switched off, and then the second solenoid is first subjected to a high catching current and then the holding current, in order to first attract the armature and then the one connected to the solenoid Hold anchor.
  • a current control method according to the preamble of claim 1 goes for example also from EP-A-662697.
  • EP-A-408963 discloses a method for controlling the armature movement Switching magnet, in which after an increase in the current in the second Magnetic coil to a catch value from a point in time before the impact of the Magnet armature lies on the pole face, the current is regulated linearly to a value, which is lower than the catch value in order to be able to determine the impact of the anchor.
  • the energy consumption or Electricity consumption can be reduced. Noise reduction requirements are not provided here.
  • the object of the present invention is to provide a remedial measure for this problem.
  • the solution to this problem is characterized in that in the second magnet coil, a change is made to a lower landing current level than the catching current level when the armature is still spaced from this second magnet coil, the distance of the armature from the second magnet coil being measured and the switchover from the catching current level to the touch-down current level takes place as a function of the size of this measured distance.
  • the suitably guided armature (and of course the internal combustion engine lift valve mechanically connected to it) starts to move under the influence of the force of the return spring, namely towards the second solenoid.
  • the spring force of the second return spring is effective, so that additional forces have to be applied by the second magnet coil in order to attract the armature.
  • the second solenoid coil is excited with a relatively high current, the so-called capture current.
  • the holding current level is labeled I H and the catching current level is labeled I F.
  • the holding current I H flows in the first magnet coil and is switched off at time t 1 . As described, this causes the armature to move and cover the distance s over time t.
  • the armature is approximately in the middle between the two solenoids, i. h He has covered half the distance s h .
  • the second solenoid coil is initially subjected to the catch current level I F , which is reached only after a delay due to the magnetic conditions.
  • the armature After the armature has covered the full distance s v and is therefore in contact with the second magnet coil, it is possible to transition from the catch current level I F to the holding current level I H in this second magnet coil, which takes place here at time t 6 . Due to the magnetic conditions in the magnet coil, the value I H of the holding current is only reached after a delay. The time t 6 is later than the time t 5 at which the armature first hits the solenoid. This ensures that the armature is held securely on the magnetic coil, even if it bounces off briefly after the first impact or moves back a minimal distance.
  • the respective distance of the armature from the second magnet coil can be measured over time t.
  • the changeover from the catch current level I F to the landing current level I A preferably takes place as a function of the size of this distance, in particular when the armature is still more than 5% of the total distance s v between the two magnet coils away from the magnet coil is.
  • the difference (s v - s a ) is therefore more than 5% of the total distance s v .
  • the touchdown current level I A can be anywhere in the range between the catch current level I F and the holding current level I H , but should achieve the desired effect, namely with regard to a soft impact or touchdown of the armature on the second solenoid are significantly below the catch current level I F.
  • the boost current level I A is preferably in the order of magnitude of the single to double holding current level I H.
  • this point in time t 2 is the distance s h , that is to say when the anchor is approximately halfway; more precisely by 60% of the distance between the two solenoids from the second solenoid.
  • this, as well as a large number of further details, can be designed quite differently from the exemplary embodiment shown, without leaving the content of the claims.

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Description

Die Erfindung betrifft ein Stromsteuerverfahren für ein elektromagnetisch betätigtes Hubventil einer Brennkraftmaschine, welches durch eine zwischen alternierend mit Strom beaufschlagten Magnetspulen angeordnete Ankerplatte jeweils gegen die Kraft einer Rückstellfeder schwingend oszillierend bewegt wird, wobei ausgehend von der ersten Endlage des Ankers, in welcher dieser an der ersten mit einem Haltestrom beaufschlagten Magnetspule anliegt, zunächst der betragsmäßig niedrige Haltestrom der ersten Magnetspule abgeschaltet wird, und wobei anschließend die zweite Magnetspule zunächst mit einem betragsmäßig hohen Fangstrom und danach mit dem Haltestrom beaufschlagt wird, um zunächst den Anker anzuziehen und danach den an der Magnetspule anliegenden Anker zu halten.
Zum technischen Umfeld wird beispielshalber auf die DE 38 26 978 A1 sowie die DE 195 30 394 verwiesen, wobei die erstgenannte Schrift einen möglichen Aufbau einer elektromagnetischen Betätigungsvorrichtung für ein Brennkraftmaschinen-Hubventil zeigt, während die zweitgenannte Schrift Informationen über den sog. Fangstrom sowie den sog. Haltestrom enthält.
Ein Stromsteuerverfahren entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1 geht beispielsweise auch aus der EP-A-662697 hervor.
Aus der EP-A-408963 geht ein Verfahren zur Steuerung der Ankerbewegung von Schaltmagneten hervor, bei dem nach einer Erhöhung des Stroms in der zweiten Magnetspule auf einen Fangwert ab einem Zeitpunkt, der vor dem Auftreffen des Magnetankers auf der Polfläche liegt, der Strom linear auf einen Wert geregelt wird, der niedriger als der Fangwert ist, um das Auftreffen des Ankers ermitteln zu können. Bei diesem bekannten Verfahren soll insbesondere der Energieverbrauch bzw. der Stromverbrauch herabgesetzt werden. Anforderungen an die Geräuschminimierung werden hierbei nicht gestellt.
Grundsätzlich sind elektromagnetische Betätigungsvorrichtungen für Brennkraftmaschinen-Hubventile von immensem Vorteil, da hiermit die sogenannten Ventilsteuerzeiten, d. h. die jeweiligen Öffnungs- und Schließzeitpunkte des Hubventiles den jeweiligen Anforderungen entsprechend frei eingestellt werden können. Nachteilig ist bislang jedoch unter anderem das hohe Geräuschniveau, das sich an einem elektromagnetisch betätigten Brennkraftmaschinen-Hubventil einstellt. Eine wesentliche Geräuschquelle ist dabei unter anderem das Auftreffen des Ankers auf die jeweilige Magnetspule.
Eine Abhilfemaßnahme für diese Problematik aufzuzeigen, ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung.
Die Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, daß in der zweiten Magnetspule bereits dann auf ein gegenüber dem Fangstrom-Niveau niedrigeres Aufsetzstrom-Niveau übergegangen wird, wenn der Anker noch von dieser zweiten Magnetspule beabstandet ist, wobei der Abstand des Ankers von der zweiten Magnetspule gemessen wird und die Umschaltung vom Fangstrom-Niveau auf das Aufsetzstrom-Niveau in Abhängigkeit von der Größe dieses gemessenen Abstandes erfolgt. Insbesondere kann in der zweiten Magnetspule vom höheren Fangstrom-Niveau auf das niedrigere Aufsetzstrom-Niveau umgeschaltet werden, solange der Anker noch mehr als 5% des Abstandes zwischen den beiden Magnetspulen von der zweiten Magnetspule entfernt ist.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind Inhalt der weiteren Unteransprüche.
Näher erläutert wird die Erfindung anhand der beigefügten Diagrammdarstellung, in welcher über der Zeit t sowohl der Weg s des Ankers zwischen den beiden Magnetspulen, als auch der Strom I, mit dem die beiden Magnetspulen beaufschlagt werden, dargestellt ist. Dabei ist der Weg s strichliert und der der Strom I in dicken Linien dargestellt.
Grundsätzlich ist der Aufbau einer elektromagnetischen Betätigungsvorrichtung für ein Brennkraftmaschinen-Hubventil dem Fachmann bekannt, so daß hierauf an dieser Stelle nicht näher eingegangen wird. Stets wird dabei entsprechend den Merkmalen im Oberbegriff des Anspruchs 1 ein Anker zwischen zwei voneinander beabstandeten Magentspulen schwingend oszillierend bewegt, wobei in jeder Bewegungsrichtung jeweils eine Rückstellfeder vorgesehen ist. Nun liege zunächst der Anker an der ersten Magnetspule an, wo er gegen die Kraft der dann wirkenden Rückstellfeder durch Magnetkraft gehalten wird. Hierzu fließt in dieser ersten Magnetspule ein sogenannter Haltestrom.
Wird anschließend dieser Haltestrom abgeschaltet, so setzt sich der geeignet geführte Anker (und selbstverständlich auch das mit diesem mechanisch verbundene Brennkraftmaschinen-Hubventil) unter Einfluß der Kraft der Rückstellfeder in Bewegung, und zwar zur zweiten Magnetspule hin. Nach einer gewissen Wegstrecke wird jedoch die Federkraft der zweiten Rückstellfeder wirksam, so daß durch die zweite Magnetspule zusätzliche Kräfte aufgebracht werden müssen, um den Anker anzuziehen. Hierzu wird die zweite Magnetspule erregt, und zwar mit einem betragsmäßig relativ hohen Strom, dem sogenannten Fangstrom.
Ist der Anker schließlich auf der Magnetspule aufgetroffen, so kann vom betragsmäßig hohen Fangstrom-Niveau auf das bereits im Zusammenhang mit der ersten Magnetspule erläuterte niedrigere Haltestrom-Niveau umgeschaltet werden, da nunmehr der Anker lediglich an der Magnetspule gehalten, nicht jedoch gegen Federkraft zu ihr hin beschleunigt werden muß.
Anschließend erfolgt der Vorgang in der umgekehrten Richtung, d. h. die in der bisherigen Schilderung zweite Magnetspule wird dann die erste Magnetspule, während die eingangs genannte erste Magnetspule die Funktion der zweiten Magnetspule übernimmt.
Im beigefügten Diagramm ist das Haltestrom-Niveau mit IH bezeichnet und das Fangstrom-Niveau mit IF. Zum Zeitpunkt t0 fließt, wie ersichtlich, in der ersten Magnetspule der Haltestrom IH, der zum Zeitpunkt t1 abgeschaltet wird. Hierdurch setzt sich, wie beschrieben, der Anker in Bewegung und legt über der Zeit t den Weg s zurück.
Zum Zeitpunkt t2 befindet sich der Anker in etwa in der Mitte zwischen den beiden Magnetspulen, d. h er hat die halbe Wegstrecke sh zurückgelegt. Nun wird die zweite Magnetspule zunächst mit dem Fangstrom-Niveau IF beaufschlagt, welches aufgrund der magnetischen Verhältnisse erst verzögert erreicht wird.
Nachdem der Anker die volle Wegstrecke sv zurückgelegt hat und somit an der zweiten Magnetspule anliegt, kann in dieser zweiten Magnetspule vom Fangstrom-Niveau IF auf das Haltestrom-Niveau IH übergegangen werden, was hier zum Zeitpunkt t6 erfolgt. Aufgrund der magnetischen Verhältnisse in der Magnetspule wird der Wert IH des Haltestromes jedoch erst verzögert erreicht. Der Zeitpunkt t6 liegt dabei später als der Zeitpunkt t5, zu welchem der Anker erstmalig auf die Magnetspule auftrifft. Hierdurch ist sichergestellt, daß der Anker sicher an der Magnetspule gehalten wird, auch wenn er nach dem erstmaligen Auftreffen kurz abprallt bzw. sich um eine minimale Wegstrecke wieder zurück bewegt.
Um nun ein möglichst sanftes Auftreffen des Ankers auf der zweiten Magnetspule zu erzielen, wird in dieser zweiten Magnetspule bereits dann, - nämlich zum Zeitpunkt t3, - auf ein gegenüber dem Fangstrom-Niveau IF niedrigeres Aufsetzstrom-Niveau IA übergegangen, wenn der Anker noch von dieser zweiten Magnetspule beabstandet ist. Aufgrund der magnetischen Verhältnisse in der Magnetspule wird der tatsächliche Stromwert IA jedoch erst zum Zeitpunkt t4 erreicht, der aber noch deutlich vor dem Auftreffzeitpunkt t5 des Ankers auf der Magnetspule liegt.
Im Umschaltzeitpunkt t3 hat der Anker den Weg sa zurückgelegt. Auf seiner letzten Wegstrecke, die durch den Abstand zwischen sa und sv definiert ist, wird der Anker somit durch die zweite Magnetspule nunmehr deutlich verringert beschleunigt, so daß er dementsprechend sanfter auf die zweite Magnetspule auftrifft.
Um feststellen zu können, wann der jeweils günstigste Zeitpunkt t3 für die Umschaltung vom Fangstrom-Niveau IF auf das Aufsetzstrom-Niveau IA ist, kann über der Zeit t der jeweilige Abstand des Ankers von der zweiten Magnetspule gemessen werden. Bevorzugt erfolgt die Umschaltung vom Fangstrom Niveau IF auf das Aufsetzstrom-Niveau IA in Abhängigkeit von der Größe dieses Abstandes, und zwar insbesondere dann, wenn der Anker noch mehr als 5 % des gesamten Abstandes sv zwischen den beiden Magnetspulen von der Magnetspule entfernt ist. Die Differenz (sv - sa) beträgt somit mehr als 5 % der gesamten Strecke sv.
Das Aufsetzstrom-Niveau IA kann irgendwo im Bereich zwischen dem Fangstrom-Niveau IF und dem Haltestrom-Niveau IH liegen, sollte jedoch zur Erzielung des gewünschten Effektes, nämlich im Hinblick auf ein weiches Auftreffen bzw. Aufsetzen des Ankers auf der zweiten Magnetspule signifikant unterhalb dem Fangstrom-Niveau IF liegen. Bevorzugt liegt das Aufsetzstrom-Niveau IA in der Größenordnung des einfachen bis doppelten Haltestrom-Niveaus IH.
Als weiterhin äußerst vorteilhaft im Hinblick auf die Erzielung eines sanften Auftreffens des Ankers auf der zweiten Magnetspule hat sich erweisen, wenn diese zweite Magnetspule bereits relativ frühzeitig mit dem Fangstrom IF beaufschlagt wird. Unter energetischen Gesichtspunkten wäre es unter Beachtung der magnetischen Effekte günstig, die zweite Magnetspule so spät als möglich mit dem Fangstrom-Niveau IF zu beaufschlagen, jedoch resultiert dies wiederum in einem harten Auftreffen des Ankers auf dieser Magnetspule. Daher wird vorgeschlagen, die zweite Magnetspule bereits dann, nämlich zum Zeitpunkt t2, mit dem Fangstrom IF zu beaufschlagen, wenn der Anker noch um mehr als 40 % des Abstandes sv zwischen den beiden Magnetspulen von der zweiten Magnetspule entfernt ist. Bei der Diagrammdarstellung, die selbstverständlich nur ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel darstellt, liegt dieser Zeitpunkt t2 bei der Wegstrecke sh, d. h. wenn der Anker in etwa um die Hälfte; genauer um 60% des Abstandes der beiden Magnetspulen von der zweiten Magnetspule entfernt ist. Jedoch kann dies, sowie eine Vielzahl weiterer Details durchaus abweichend vom gezeigten Ausführungsbeispiel gestaltet sein, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlassen.

Claims (4)

  1. Stromsteuerverfahren für ein elektromagnetisch betätigtes Hubventil einer Brennkraftmaschine, welches durch eine zwischen alternierend mit Strom beaufschlagten Magnetspulen angeordnete Ankerplatte jeweils gegen die Kraft einer Rückstellfeder schwingend oszilierend bewegt wird,
    wobei ausgehend von der ersten Endlage des Ankers, in welcher dieser an der ersten mit einem Haltestrom (IH) beaufschlagten Magnetspule anliegt, zunächst der betragsmäßig niedrige Haltestrom (IH) der ersten Magnetspule abgeschaltet wird,
    und wobei anschließend die zweite Magnetspule zunächst mit einem betragsmäßig hohen Fangstrom (IF) und danach mit dem Haltestrom (IH) beaufschlagt wird,
    um zunächst den Anker anzuziehen und danach den an der Magnetspule anliegenden Anker zu halten,
    dadurch gekennzeichnet, daß in der zweiten Magnetspule bereits dann auf ein gegenüber dem Fangstromniveau (IF) niedrigeres Aufsetz-Stromniveau (IA) übergegangen wird, wenn der Anker noch von dieser zweiten Magnetspule beabstandet ist, wobei
    der Abstand (sv - sa) des Ankers von der zweiten Magnetspule gemessen wird und die Umschaltung vom Fangstrom-Niveau (IF) auf das Aufsetzstrom-Niveau (IA) in Abhänigkeit von der Größe dieses gemessenen Abstandes (sv - sa) erfolgt.
  2. Stromsteuerverfahren nach Anspruch 1 ,
    dadurch gekennzeichnet; daß die Umschaltung vom höheren Fangstrom-Niveau (IF) auf das niedrigere Aufsetz-Strom-Niveau (IA) in der zweiten Magnetspule erfolgt, solange der Anker noch mehr als 5% des Abstandes (sv) zwischen den beiden Magnetspulen von der zweiten Magnetspule entfernt ist.
  3. Stromsteuerverfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Aufsatz-Stromniveau (IA) in der Größenordnung des einfachen bis doppelten Haltestrom-Niveaus (IH) liegt.
  4. Stromsteuerverfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Magnetspule bereits dann mit dem Fangstrom (IF) beaufschlagt wird, wenn der Anker noch um mehr als 40% des Abstandes (sv) zwischen den beiden Magnetspulen von der zweiten Magnetspule entfernt ist.
EP98100651A 1997-04-08 1998-01-15 Stromsteuerverfahren für ein elektromagnetisch betätigtes Hubventil Expired - Lifetime EP0870905B1 (de)

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