EP1001142B1 - Method of operation for an electromagnetically driven valve actuator - Google Patents

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EP1001142B1
EP1001142B1 EP99121716A EP99121716A EP1001142B1 EP 1001142 B1 EP1001142 B1 EP 1001142B1 EP 99121716 A EP99121716 A EP 99121716A EP 99121716 A EP99121716 A EP 99121716A EP 1001142 B1 EP1001142 B1 EP 1001142B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
electromagnet
armature
accordance
system parameters
dependent
Prior art date
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Application number
EP99121716A
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French (fr)
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EP1001142A2 (en
EP1001142A3 (en
Inventor
Frank Kirschbaum
Kurt Maute
Madhukar Prof. Dr. Pandit
Michael Virnich
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Daimler AG
Original Assignee
DaimlerChrysler AG
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Publication date
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Publication of EP1001142A3 publication Critical patent/EP1001142A3/en
Application granted granted Critical
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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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
    • 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
    • F01L9/40—Methods of operation thereof; Control of valve actuation, e.g. duration or lift
    • F01L2009/409—Determination of valve speed

Definitions

  • the invention relates to a method for operating an electromagnetic actuator according to the preamble of patent claim 1.
  • Electromagnetic actuators are commonly used in internal combustion engines for the actuation of gas exchange valves, with which the inflow and outflow of a working medium in and out of the combustion chambers of the internal combustion engine is controlled.
  • Such an actuator is known for example from DE 196 31 909 A1.
  • This prior art actuator has two electromagnets - a closing magnet and an opening magnet - with opposite pole faces and an axially movable between the pole faces of the electromagnet armature, which acts against the force of two valve springs on the gas exchange valve to be actuated.
  • electromagnets When electromagnets are not energized, the armature is held in an equilibrium position approximately in the middle between the pole faces of the electromagnets by the valve springs working in opposite directions.
  • the equilibrium position of the armature is determined by measuring the inductances of the two electromagnets and by comparing the two measured inductance values and, in the event of a deviation from the desired value, a readjustment of the equilibrium position.
  • the invention has for its object to provide a method according to the preamble of claim 1, which allows safe continuous operation.
  • the invention is based on the finding that the movement of the armature causes a change in the inductance of the electromagnet.
  • the inductance change of the electromagnet is thus a measure of the armature speed and, consequently, a measure of the impact velocity of the armature on the electromagnet or the impact velocity of the gas exchange valve in a valve seat.
  • a controlled variable dependent on the inductance change of the electromagnet is formed as a measure of the impact velocity of the armature on the electromagnet.
  • This controlled variable is controlled by controlling the power supply to the solenoid such that the impact velocity of the armature on the electromagnet a predetermined, d. H. required value and thus limited. This ensures that the armature is supplied with sufficient energy even when changing the system parameters to move it to the electromagnet and hold it there; On the other hand, the energy supply is limited to a required level. This leads to a fault-free operation and low power consumption, low wear, low noise and to avoid rebounding of the armature or gas exchange valve from the electromagnet or valve seat.
  • the controlled variable is formed by measuring the speed of an occurring during the armature movement current decrease of a current flowing through the electromagnet exciter current.
  • the time profile of the inductance of the electromagnet is determined and derived from this Indukt foundedsverlauf the speed of the armature at the time of impact with the electromagnet as a controlled variable.
  • the inductance curve is obtained by detecting the resulting in successive time intervals inductance of the electromagnet.
  • the inductance of the electromagnet is determined from the time profiles of an exciter voltage supplied to the electromagnet and an exciting current flowing through the electromagnet.
  • the controlled variable is compared with a predetermined desired value and predefined a next switch-on of the electromagnet depending on the comparison result.
  • the energy to be supplied to the armature during the next actuation of the gas exchange valve is controlled such that the impact velocity of the armature is regulated to the electromagnet to the predetermined value.
  • the setpoint of the controlled variable corresponds to the predetermined value of the impact velocity of the armature on the electromagnet; it is advantageously given as a function of system parameters, in particular as a function of the friction, the temperature and the pressure prevailing in the combustion chamber when the gas exchange valve is opened.
  • the switch-on of the electromagnet are given as a function of system parameters. It proves to be particularly advantageous, in addition to the switch-on times, to specify the local maximum values of the exciting current flowing through the electromagnet as a function of system parameters.
  • control data which depend on the system parameters in a memory, are formed from the switch-on instants of the electromagnet that are adjusted in the adjusted state at different system parameters or from these switch-on times as well as from the local maximum values of the exciter current resulting from the same system parameters be stored.
  • the next switch-on time of the electromagnet is pre-controlled in accordance with the stored control data corresponding to the instantaneous system parameters, ie predetermined and subsequently readjusted.
  • the actuator comprises a standing with a gas exchange valve 5 in force ram 4, an attached to the plunger 4 transversely to the plunger longitudinal axis anchor 1, acting as a closing magnet electromagnet 2 and acting as an opening magnet further electromagnet 3, the closing magnet.
  • 2 Direction of the plunger longitudinal axis is arranged spaced.
  • the electromagnets 2, 3 are connected to each other by means of a CeHouseteils 7; they each have an excitation coil 20 and 30 and mutually opposite pole faces 21 and 31, between which the armature 1 by alternately energizing the two electromagnets 2, 3, that is, the excitation coils 20 and 30, reciprocated.
  • valve springs 60, 63 which are arranged between the opening magnet 3 and the gas exchange valve 5 and are fastened with two spring plates 61, 62 on the actuator or cylinder head part 8 of the internal combustion engine, cause the armature 1 in the de-energized state of the exciter coils 20, 30 is held in an equilibrium position approximately in the middle between the pole faces 21, 31 of the electromagnets 2, 3.
  • a startup routine by the armature 1 is first caused by alternately energizing the electromagnets 2, 3 in vibration to impinge after a settling time on the pole face 21 of the closing magnet 2 or the pole face 31 of the opening magnet 3.
  • the armature 1 When the gas exchange valve 5 is closed, the armature 1 bears against the pole face 21 of the closing magnet 2 and it is held in this position as long as the closing magnet 2 is energized.
  • the closing magnet 2 In order to open the gas exchange valve 5, the closing magnet 2 is switched off and then the opening magnet 3 is turned on.
  • the valve spring 60 acting in the opening direction accelerates the armature 1 beyond the equilibrium position.
  • the armature 1 is additionally supplied kinetic energy, so that this despite possible friction losses reaches the pole face 31 of the opening magnet 3 and is held there until the opening magnet 3 is switched off.
  • the opening magnet 3 To re-close the gas exchange valve 5, the opening magnet 3 is turned off and the closing magnet 2 subsequent turn on again. As a result, the armature 1 is moved to the pole face 21 of the closing magnet 2 and held there.
  • the distance of the armature 1 to the respective electromagnet 2, 3 sets the inductance of this electromagnet 2 and 3 respectively;
  • the speed of the armature 1 can thus be determined on the basis of the inductance change of the electromagnets 2, 3.
  • the gas exchange valve 5 is until the time t m2 in an open position s o , ie the armature 1 is applied to the pole face 31 of the opening magnet 3 at.
  • the opening magnet 3 is switched off and then the closing magnet 2 is switched on at the time t n .
  • the armature 1 thus releases the opening magnet 3 and moves in the direction of closing magnet 2, whereby the valve lift s decreases.
  • the excitation current I 3 of the opening magnet 3 drops to zero; the exciting current I 2 of the closing magnet 2, however, increases from zero to a local maximum value I 20 , which it reaches at time t n0 , and then drops to a local minimum value I 21 , which he at the time t n1 of impact of the armature reached on the closing magnet 2. Subsequently, the excitation current I 2 rises steeply again and then drops to a holding value I 22 , which is predetermined for example by pulse width modulation of the exciting coil 21 supplied excitation voltage.
  • u (t) stands for the exciter voltage supplied to the closing magnet 2
  • i (t) for the exciter current I 2 of the closing magnet 2 which flows through the exciter coil 20 due to the applied exciter voltage u (t)
  • R Cu for the ohmic resistance of the exciter coil 20
  • d ⁇ / dt for the induced reverse voltage, ie for the time derivative of the concatenated magnetic flux ⁇ (t).
  • the travel of the armature 1 with respect to the closing magnet 2 is denoted by x, ie the distance between the pole face 21 of the closing magnet 2 and the armature 1.
  • a movement of the armature 1 in the direction of the closing magnet 2 thus provides a positive contribution to the induced countervoltage d / dt, which is greater, the greater the amount of change in time dx / dt of the distance x, that is, the anchor speed is.
  • the excitation current i (t) decreases after reaching the local maximum I 20 with a speed dependent on the armature speed dx / dt.
  • the speed of current decrease .DELTA.I of the excitation current I 2 is thus a function of the impact velocity of the armature 1 on the closing magnet 2. It can be determined in various ways: one possibility is to scan the excitation current I 2 , numerically differentiate and the smallest of the so to determine the values obtained; but it can also be determined approximately by detecting the local maximum I 20 and the subsequent local minimum I 21 and by calculating the slope of a line passing through the local maximum I 20 and through the local minimum I 21 .
  • a control variable v is formed which corresponds to the rate of current decrease .DELTA.I of the excitation current I 2, the control variable v with a desired value v soll and the next turn-on of the closing magnet 2 in Dependent on the comparison result given.
  • T n and T n + 1 represent the switch-on of the closing magnet 2 in successive cycles; they are each given in relation to a defined reference time of the respective cycle.
  • n represents a cycle number
  • k a proportionality factor
  • v SOLL -V IST represents the result of the comparison of the controlled variable v IST with the desired value v SOLL .
  • the nominal value v SOLL of the controlled variable v IST is that value of the controlled variable v ACT which is measured at a predetermined value, ie the required value, of the impact velocity of the armature 1 on the closing magnet 2. It can vary depending on various system parameters, in particular depending on the friction of the gas exchange valve 5 and the moving parts of the actuator, the temperature of the lubricant, the pressure in the combustion chamber at the time of opening the gas exchange valve 5 and the switch-on of the electromagnets 2, 3.
  • the desired value v SOLL is therefore advantageously dynamically predetermined as a function of these system parameters, which are determined by means of suitable sensors or by means of characteristic fields.
  • the effect of the inductance change of the electromagnets 2 and 3 on the excitation current I 2 and I 3 is evaluated.
  • the electromagnets 2, 3 is a functional relationship that can be readily determined, for example by means of a series of measurements, the impact velocity of the armature 1 on the electromagnets 2, 3 also be controlled by the inductance curve of the respective electromagnet 2 and 3 respectively is determined from this, the movement history of the armature 1 is determined and determined from this course of motion, the speed of the armature 1 at the time of impingement on the respective electromagnets 2 and 3 and is provided as a controlled variable v actual .
  • the inductance curve L (t) of the closing magnet 2 can thus be calculated from the time profiles of the exciter voltage u (t) and exciter current i (t).
  • the inductance curve L (t) of the closing magnet 2 can also be determined by measuring the resonant frequency of a capacitor and the Closing magnet 2 formed LC resonant circuit determine.
  • the mean resonant frequency is chosen here so high by the choice of the capacity that the movement of the armature 1 is resolved with sufficient accuracy and the armature position changes only minimally during a period of oscillation. For example, in a flight time, ie movement time of the armature 1 of about 3.5 ms and a mean resonant frequency of about 14 kHz 50 oscillation periods and thus 50 values for the armature position, with which the movement of the armature 1 at a valve lift of approx. 7 mm is resolved with sufficient accuracy.
  • the inductance curve of the closing magnet 2 can also be determined by measuring its complex resistance.
  • the excitation voltage u (t) supplied to the closing magnet 2 is superimposed with a high-frequency measuring voltage as a measuring signal and the proportion of the exciter current i (t) caused by the measuring voltage is detected on the basis of its frequency and evaluated according to magnitude and phase position.
  • the ratio of the measuring voltage and the proportion of the excitation current corresponding to the measuring voltage results in a complex numerical value - the complex resistance of the electromagnet consisting of an ohmic and an imaginary component - from whose imaginary component the momentary inductance of the closing magnet 2 is derived.

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines elektromagnetischen Aktuators gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a method for operating an electromagnetic actuator according to the preamble of patent claim 1.

Elektromagnetische Aktuatoren werden üblicherweise in Brennkraftmaschinen zur Betätigung von Gaswechselventilen eingesetzt, mit denen das Ein- und Ausströmen eines Arbeitsmediums in die bzw. aus den Brennkammern der Brennkraftmaschine gesteuert wird.Electromagnetic actuators are commonly used in internal combustion engines for the actuation of gas exchange valves, with which the inflow and outflow of a working medium in and out of the combustion chambers of the internal combustion engine is controlled.

Ein derartiger Aktuator ist beispielsweise aus der DE 196 31 909 A1 bekannt. Dieser vorbekannte Aktuator weist zwei Elektromagnete - einen Schließmagneten und einen öffnungsmagneten - mit sich gegenüberliegenden Polflächen und einen zwischen den Polflächen der Elektromagnete axial bewegbaren Anker auf, der gegen die Kraft zweier Ventilfedern auf das zu betätigende Gaswechselventil wirkt. Bei nicht bestromten Elektromagneten wird der Anker durch die gegensinnig arbeitenden Ventilfedern in einer Gleichgewichtslage etwa in der Mitte zwischen den Polflächen der Elektromagnete festgehalten.Such an actuator is known for example from DE 196 31 909 A1. This prior art actuator has two electromagnets - a closing magnet and an opening magnet - with opposite pole faces and an axially movable between the pole faces of the electromagnet armature, which acts against the force of two valve springs on the gas exchange valve to be actuated. When electromagnets are not energized, the armature is held in an equilibrium position approximately in the middle between the pole faces of the electromagnets by the valve springs working in opposite directions.

Durch abwechselnde Bestromung, d. h. Ein- und Ausschaltung der beiden Elektromagnete wird der Anker und somit auch das Gaswechselventil aus der Gleichgewichtslage vom jeweils bestromten Elektromagneten angezogen und für die Dauer der Strombeaufschlagung an der Polfläche dieses Elektromagneten festgehalten. Das Gaswechselventil befindet sich dabei in einer Schließstellung, wenn der Anker an der Polfläche des als Schließmagnet arbeitenden einen Elektromagneten anliegt und es befindet sich in einer Offensstellung, wenn der Anker an der Polfläche des als öffnungsmagnet arbeitenden anderen Elektromagneten anliegt.By alternately energizing, ie switching on and off of the two electromagnets of the armature and thus the gas exchange valve from the equilibrium position is attracted by each energized electromagnet and held for the duration of the current to the pole face of this electromagnet. The gas exchange valve is in a closed position, when the armature bears against the pole face of the working as a closing magnet an electromagnet and it is located in an off position, when the armature bears against the pole face of the other acting as an opening magnet other electromagnet.

Bei dem vorbekannten Aktuator wird die Gleichgewichtslage des Ankers durch Messung der Induktivitäten der beiden Elektromagnete und durch einen Vergleich der beiden gemessenen Induktivitätswerte ermittelt und im Falle einer Abweichung vom gewünschten Wert eine Nachjustierung der Gleichgewichtslage vorgenommen.In the previously known actuator, the equilibrium position of the armature is determined by measuring the inductances of the two electromagnets and by comparing the two measured inductance values and, in the event of a deviation from the desired value, a readjustment of the equilibrium position.

Aus der US 4 823 825 ist ferner bekannt, daß bei einem Aktuator der eingangs genannten Art das Auftreffen des Ankers auf den bestromten Elektromagneten anhand einer kurzzeitigen Abnahme und einer anschließenden erneuten Zunahme eines durch diesen Elektromagneten fließenden Erregerstromes erkannt wird. Das Fehlen dieser kurzzeitigen Abnahme des Erregerstromes ist ein Hinweis auf eine bereits eingetretene Fehlfunktion; diese läßt sich zwar nicht vermeiden, sie wird jedoch sofort erkannt, so daß Maßnahmen zur Fehlerbehebung eingeleitet werden können.From US 4,823,825 is also known that in an actuator of the type mentioned the impact of the armature is detected on the energized electromagnet based on a brief decrease and a subsequent renewed increase in a current flowing through this electromagnet exciting current. The absence of this short-term decrease in the excitation current is an indication of a malfunction already occurred; Although this can not be avoided, it is immediately recognized, so that measures for troubleshooting can be initiated.

Ungelöst ist jedoch das Problem, den Einfluß betriebsbedingter Systemparameter, insbesondere Schwankungen der Reibung, der Temperatur und des Drucks in den Brennkammern aber auch Viskositätsänderungen des Schmiermittels und Verschleiß oder Verschmutzung des Aktuators oder Gaswechselventils, in der Steuerung zu eliminieren. Dies kann zu einer Fehlfunktion des Aktuators führen, insbesondere zu einem erhöhten Verschleiß des Aktuators, unerwünschter Geräuschentwicklung und überhöhtem Energieverbrauch. Ein sicherer Dauerbetrieb des Aktuators ist damit nicht gewährleistet.Unresolved, however, is the problem of eliminating the influence of operational system parameters, in particular fluctuations in friction, temperature and pressure in the combustion chambers but also changes in viscosity of the lubricant and wear or contamination of the actuator or gas exchange valve in the controller. This can lead to a malfunction of the actuator, in particular to increased wear of the actuator, unwanted noise and excessive energy consumption. A safe continuous operation of the actuator is thus not guaranteed.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 anzugeben, das einen sicheren Dauerbetrieb ermöglicht.The invention has for its object to provide a method according to the preamble of claim 1, which allows safe continuous operation.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.The object is achieved by the characterizing features of claim 1. Advantageous embodiments and further developments emerge from the subclaims.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die Bewegung des Ankers eine Änderung der Induktivität des Elektromagneten bewirkt. Die Induktivitätsänderung des Elektromagneten ist somit ein Maß der Ankergeschwindigkeit und infolgedessen auch ein Maß der Auftreffgeschwindigkeit des Ankers auf den Elektromagneten oder der Auftreffgeschwindigkeit des Gaswechselventils in einen Ventilsitz.The invention is based on the finding that the movement of the armature causes a change in the inductance of the electromagnet. The inductance change of the electromagnet is thus a measure of the armature speed and, consequently, a measure of the impact velocity of the armature on the electromagnet or the impact velocity of the gas exchange valve in a valve seat.

Erfindungsgemäß wird eine von der Induktivitätsänderung des Elektromagneten abhängige Regelgröße als Maß der Auftreffgeschwindigkeit des Ankers auf den Elektromagneten gebildet. Diese Regelgröße wird durch Steuerung der Energiezufuhr zum Elektromagneten derart geregelt, daß die Auftreffgeschwindigkeit des Ankers auf den Elektromagneten einen vorgegebenen, d. h. geforderten Wert annimmt und somit begrenzt wird. Hierdurch wird sichergestellt, daß dem Anker auch bei einer Änderung der Systemparameter ausreichend Energie zugeführt wird, um ihn bis zum Elektromagneten zu bewegen und dort festzuhalten; andererseits wird die Energiezufuhr auf ein erforderliches Maß begrenzt. Dies führt zu einem fehlerfreien Betrieb sowie zu einem geringen Stromverbrauch, einem geringen Verschleiß, einer geringen Geräuschentwicklung und zu einer vermeidung des Abprallens des Ankers oder Gaswechselventils vom Elektromagneten bzw. Ventilsitz.According to the invention, a controlled variable dependent on the inductance change of the electromagnet is formed as a measure of the impact velocity of the armature on the electromagnet. This controlled variable is controlled by controlling the power supply to the solenoid such that the impact velocity of the armature on the electromagnet a predetermined, d. H. required value and thus limited. This ensures that the armature is supplied with sufficient energy even when changing the system parameters to move it to the electromagnet and hold it there; On the other hand, the energy supply is limited to a required level. This leads to a fault-free operation and low power consumption, low wear, low noise and to avoid rebounding of the armature or gas exchange valve from the electromagnet or valve seat.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird die Regelgröße durch Messung der Geschwindigkeit einer während der Ankerbewegung auftretenden Stromabnahme eines durch den Elektromagneten fließenden Erregerstromes gebildet.In an advantageous embodiment of the method, the controlled variable is formed by measuring the speed of an occurring during the armature movement current decrease of a current flowing through the electromagnet exciter current.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird der zeitliche Verlauf der Induktivität des Elektromagneten ermittelt und aus diesem Induktivitätsverlauf die Geschwindigkeit des Ankers zum Zeitpunkt des Auftreffens auf den Elektromagneten als Regelgröße hergeleitet.In a further advantageous embodiment of the method, the time profile of the inductance of the electromagnet is determined and derived from this Induktivitätsverlauf the speed of the armature at the time of impact with the electromagnet as a controlled variable.

Den Induktivitätsverlauf erhält man durch Erfassung der sich in aufeinanderfolgenden Zeitintervallen ergebenden Induktivität des Elektromagneten. vorteilhafterweise wird die Induktivität des Elektromagneten aus den zeitlichen Verläufen einer dem Elektromagneten zugeführten Erregerspannung und eines durch den Elektromagneten fließenden Erregerstromes ermittelt.The inductance curve is obtained by detecting the resulting in successive time intervals inductance of the electromagnet. Advantageously, the inductance of the electromagnet is determined from the time profiles of an exciter voltage supplied to the electromagnet and an exciting current flowing through the electromagnet.

Vorteilhaft ist auch die Erfassung der Resonanzfrequenz eines aus dem Elektromagneten und einer Kapazität gebildeten LC-Schwingkreises oder die Erfassung des komplexen Widerstandes des Elektromagneten mittels eines dem Elektromagneten zugeführten hochfrequenten Meßsignals und die Ermittlung der Induktivität des Elektromagneten aus der Resonanzfrequenz bzw. aus dem komplexen Widerstand.Also advantageous is the detection of the resonance frequency of an LC resonant circuit formed from the electromagnet and a capacitor or the detection of the complex resistance of the electromagnet by means of a high-frequency measuring signal supplied to the electromagnet and the determination of the inductance of the electromagnet from the resonant frequency or from the complex resistor.

Vorzugsweise wird die Regelgröße mit einem vorgegebenen Sollwert verglichen und ein nächster Einschaltzeitpunkt des Elektromagneten in Abhängigkeit des Vergleichsergebnisses vorgegeben. Hierdurch wird die dem Anker während der nächsten Betätigung des Gaswechselventils zuzuführende Energie derart gesteuert, daß die Auftreffgeschwindigkeit des Anker auf den Elektromagneten auf den vorgegebenen Wert geregelt wird.Preferably, the controlled variable is compared with a predetermined desired value and predefined a next switch-on of the electromagnet depending on the comparison result. As a result, the energy to be supplied to the armature during the next actuation of the gas exchange valve is controlled such that the impact velocity of the armature is regulated to the electromagnet to the predetermined value.

Der Sollwert der Regelgröße entspricht dem vorgegebenen Wert der Auftreffgeschwindigkeit des Ankers auf den Elektromagneten; er wird vorteilhafterweise in Abhängigkeit von Systemparametern, insbesondere in Abhängigkeit der Reibung, der Temperatur und des beim Öffnen des Gaswechselventils in des Brennkammer herrschenden Druckes, vorgegeben. vorzugsweise werden auch die Einschaltzeitpunkte des Elektromagneten in Abhängigkeit von Systemparametern vorgegeben. Als besonders vorteilhaft erweist es sich, neben den Einschaltzeitpunkten auch die lokalen Maximalwerte des durch den Elektromagneten fließenden Erregerstromes in Abhängigkeit von Systemparametern vorzugeben.The setpoint of the controlled variable corresponds to the predetermined value of the impact velocity of the armature on the electromagnet; it is advantageously given as a function of system parameters, in particular as a function of the friction, the temperature and the pressure prevailing in the combustion chamber when the gas exchange valve is opened. Preferably, the switch-on of the electromagnet are given as a function of system parameters. It proves to be particularly advantageous, in addition to the switch-on times, to specify the local maximum values of the exciting current flowing through the electromagnet as a function of system parameters.

In einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens werden aus den sich im eingeregelten Zustand bei verschiedenen Systemparametern einstellenden Einschaltzeitpunkten des Elektromagneten oder sowohl aus diesen Einschaltzeitpunkten als auch aus den sich bei den gleichen Systemparametern ergebenden lokalen Maximalwerten des Erregerstromes Steuerdaten gebildet, die in Abhängigkeit der Systemparameter in einem Speicher abgespeichert werden. Bei einer Änderung der Systemparameter wird der nächste Einschaltzeitpunkt des Elektromagneten nach Maßgabe der den momentanen Systemparametern entsprechenden abgespeicherten steuerdaten vorgesteuert, d. h. vorgegeben und anschließend nachgeregelt.In an advantageous development of the method, control data, which depend on the system parameters in a memory, are formed from the switch-on instants of the electromagnet that are adjusted in the adjusted state at different system parameters or from these switch-on times as well as from the local maximum values of the exciter current resulting from the same system parameters be stored. In the event of a change in the system parameters, the next switch-on time of the electromagnet is pre-controlled in accordance with the stored control data corresponding to the instantaneous system parameters, ie predetermined and subsequently readjusted.

Bei einem Aktuator mit zwei einander gegenüberliegenden Elektromagneten, die gegen die Kraft zweier Ventilfedern auf den Anker wirken, ist es ausreichend, die Auftreffgeschwindigkeit des Ankers auf einen der beiden Elektromagnete anhand der Induktivitätsänderung dieses Elektromagneten zu erfassen, da der Anker bei korrekt eingestellter Gleichgewichtslage auf beide Elektromagnete mit im wesentlichen gleicher Geschwindigkeit auftrifft. Vorteilhafterweise wird Auftreffgeschwindigkeit des Ankers auf beide Elektromagnete in gleicher Weise geregelt, da dann eine genaue Einhaltung der Gleichgewichtslage des Ankers nicht mehr erforderlich ist.In an actuator with two opposing electromagnets, which act against the force of two valve springs on the anchor, it is sufficient to detect the impact velocity of the armature on one of the two electromagnets based on the inductance change of this electromagnet, since the anchor at correctly adjusted equilibrium position on both Electromagnet impinges at substantially the same speed. Advantageously, the impact velocity of the armature is controlled in the same way on both electromagnets, since then exact compliance with the equilibrium position of the armature is no longer necessary.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben: Es zeigen:

Figur 1
einen elektromagnetischen Aktuator zur Betätigung eines Gaswechselventils,
Figur 2
ein Zeitdiagramm eines Ventilhubs und zweier durch jeweils einen von zwei Elektromagneten des Aktuators fließenden Erregerströme.
The invention will be described in more detail below with reference to an exemplary embodiment with reference to the figures, in which:
FIG. 1
an electromagnetic actuator for actuating a gas exchange valve,
FIG. 2
a timing diagram of a valve lift and two by each one of two electromagnets of the actuator flowing excitation currents.

Gemäß Figur 1 umfaßt der Aktuator einen mit einem Gaswechselventil 5 in Kraftwirkung stehenden Stößel 4, einen mit dem Stößel 4 quer zur Stößel-Längsachse befestigten Anker 1, einen als Schließmagnet wirkenden Elektromagneten 2 sowie einen als Öffnungsmagnet wirkenden weiteren Elektromagneten 3, der vom Schließmagnet 2 Richtung der Stößel-Längsachse beabstandet angeordnet ist. Die Elektromagnete 2, 3 sind mittels eines Cehäuseteils 7 miteinander verbunden; sie weisen jeweils eine Erregerspule 20 bzw. 30 und einander gegenüberliegende Polflächen 21 bzw. 31 auf, zwischen denen der Anker 1 durch abwechselnde Bestromung der beiden Elektromagnete 2, 3, d. h. der Erregerspulen 20 bzw. 30, hin- und herbewegt wird. zwei gegensinnig wirkende ventilfedern 60, 63, die zwischen dem Öffnungsmagnet 3 und dem Gaswechselventil 5 angeordnet sind und mit zwei Federtellern 61, 62 am Aktuator bzw. Zylinderkopfteil 8 der Brennkraftmaschine befestigt sind, bewirken, daß der Anker 1 im stromlosen Zustand der Erregerspulen 20, 30 in einer Gleichgewichtslage etwa in der Mitte zwischen den Polflächen 21, 31 der Elektromagnete 2, 3 festgehalten wird.According to Figure 1, the actuator comprises a standing with a gas exchange valve 5 in force ram 4, an attached to the plunger 4 transversely to the plunger longitudinal axis anchor 1, acting as a closing magnet electromagnet 2 and acting as an opening magnet further electromagnet 3, the closing magnet. 2 Direction of the plunger longitudinal axis is arranged spaced. The electromagnets 2, 3 are connected to each other by means of a Cehäuseteils 7; they each have an excitation coil 20 and 30 and mutually opposite pole faces 21 and 31, between which the armature 1 by alternately energizing the two electromagnets 2, 3, that is, the excitation coils 20 and 30, reciprocated. two oppositely acting valve springs 60, 63 which are arranged between the opening magnet 3 and the gas exchange valve 5 and are fastened with two spring plates 61, 62 on the actuator or cylinder head part 8 of the internal combustion engine, cause the armature 1 in the de-energized state of the exciter coils 20, 30 is held in an equilibrium position approximately in the middle between the pole faces 21, 31 of the electromagnets 2, 3.

Zum Starten des Aktuators wird einer der Elektromagnete 2, 3 durch Anlegen einer Erregerspannung an die entsprechende Erregerspule 20 bzw. 30 bestromt, d. h. eingeschaltet, oder es wird eine Anschwingroutine initiiert, durch die der Anker 1 zunächst durch wechselweises Bestromen der Elektromagnete 2, 3 in Schwingung versetzt wird, um nach einer Einschwingzeit auf die Polfläche 21 des Schließmagneten 2 oder die Polfläche 31 des Öffnungsmagneten 3 aufzutreffen.To start the actuator of the electromagnets 2, 3 is energized by applying an excitation voltage to the corresponding excitation coil 20 and 30, d. H. switched on, or it is initiated a startup routine by the armature 1 is first caused by alternately energizing the electromagnets 2, 3 in vibration to impinge after a settling time on the pole face 21 of the closing magnet 2 or the pole face 31 of the opening magnet 3.

Bei geschlossenem Gaswechselventil 5 liegt der Anker 1 an der Polfläche 21 des Schließmagneten 2 an und er wird solange in dieser Position festgehalten, solange der Schließmagnet 2 bestromt wird. Um das Gaswechselventil 5 zu öffnen wird der Schließmagnet 2 abgeschaltet und anschließend der Öffnungsmagnet 3 eingeschaltet. Die in Öffnungsrichtung wirkende Ventilfeder 60 beschleunigt den Anker 1 über die Gleichgewichtslage hinaus. Durch den nun bestromten Öffnungsmagneten 3 wird dem Anker 1 zusätzlich kinetische Energie zugeführt, so daß dieser trotz etwaiger Reibungsverluste die Polfläche 31 des Öffnungsmagneten 3 erreicht und dort bis zur Abschaltung des Öffnungsmagneten 3 festgehalten wird. Zum erneuten Schließen des Gaswechselventils 5 wird der Öffnungsmagnet 3 ausgeschaltet und der Schließmagnet 2 anschließende wieder eingeschaltet. Hierdurch wird der Anker 1 zur Polfläche 21 des Schließmagnets 2 bewegt und dort festgehalten.When the gas exchange valve 5 is closed, the armature 1 bears against the pole face 21 of the closing magnet 2 and it is held in this position as long as the closing magnet 2 is energized. In order to open the gas exchange valve 5, the closing magnet 2 is switched off and then the opening magnet 3 is turned on. The valve spring 60 acting in the opening direction accelerates the armature 1 beyond the equilibrium position. By now energized opening magnet 3, the armature 1 is additionally supplied kinetic energy, so that this despite possible friction losses reaches the pole face 31 of the opening magnet 3 and is held there until the opening magnet 3 is switched off. To re-close the gas exchange valve 5, the opening magnet 3 is turned off and the closing magnet 2 subsequent turn on again. As a result, the armature 1 is moved to the pole face 21 of the closing magnet 2 and held there.

Der Abstand des Ankers 1 zum jeweiligen Elektromagnet 2, 3 legt die Induktivität dieses Elektromagneten 2 bzw. 3 fest; die Geschwindigkeit des Ankers 1 läßt sich somit anhand der Induktivitätsänderung der Elektromagnete 2, 3 ermitteln.The distance of the armature 1 to the respective electromagnet 2, 3 sets the inductance of this electromagnet 2 and 3 respectively; The speed of the armature 1 can thus be determined on the basis of the inductance change of the electromagnets 2, 3.

Im folgenden wird lediglich die Regelung der Auftreffgeschwindigkeit des Ankers 1 auf den Schließmagneten 2 beschrieben; die Regelung der Auftreffgeschwindigkeit des Ankers 1 auf den Öffnungsmagneten 3 wird in gleicher Weise vorgenommen.In the following, only the regulation of the impact velocity of the armature 1 is described on the closing magnet 2; the regulation of the impact velocity of the armature 1 on the opening magnet 3 is made in the same way.

Gemäß Figur 2 befindet sich das Gaswechselventil 5 bis zum Zeitpunkt tm2 in einer Offenstellung so, d. h. der Anker 1 liegt an der Polfläche 31 des Öffnungsmagneten 3 an. Zum Zeitpunkt tm2 wird der öffnungsmagnet 3 abgeschaltet und anschließend zum Zeitpunkt tn der Schließmagnet 2 eingeschaltet. Der Anker 1 löst sich somit vom Öffnungsmagneten 3 und bewegt sich in Richtung Schließmagnet 2, wodurch der Ventilhub s abnimmt. Der Erregerstrom I3 des Öffnungsmagneten 3 fällt dabei auf Null ab; der Erregerstrom I2 des Schließmagneten 2 steigt hingegen von Null bis zu einem lokalen Maximalwert I20 an, den er zum Zeitpunkt tn0 erreicht, und fällt daraufhin auf einen lokalen Minimalwert I21 ab, den er zum Zeitpunkt tn1 des Auftreffens des Ankers 1 auf den Schließmagneten 2 erreicht. Anschließend steigt der Erregerstrom I2 nochmals steil an und fällt danach auf einen Haltewert I22 ab, welcher beispielsweise durch Pulsweitenmodulation der der Erregerspule 21 zugeführten Erregerspannung vorgegeben wird.According to Figure 2, the gas exchange valve 5 is until the time t m2 in an open position s o , ie the armature 1 is applied to the pole face 31 of the opening magnet 3 at. At the time t m2 , the opening magnet 3 is switched off and then the closing magnet 2 is switched on at the time t n . The armature 1 thus releases the opening magnet 3 and moves in the direction of closing magnet 2, whereby the valve lift s decreases. The excitation current I 3 of the opening magnet 3 drops to zero; the exciting current I 2 of the closing magnet 2, however, increases from zero to a local maximum value I 20 , which it reaches at time t n0 , and then drops to a local minimum value I 21 , which he at the time t n1 of impact of the armature reached on the closing magnet 2. Subsequently, the excitation current I 2 rises steeply again and then drops to a holding value I 22 , which is predetermined for example by pulse width modulation of the exciting coil 21 supplied excitation voltage.

Die Geschwindigkeit mit der der Erregerstrom I2 im zeitintervall tn0 ... tn1 abnimmt, hängt von der Ankergeschwindigkeit ab, und zwar ist die Stromabnahme ΔI für große Ankergeschwindigkeiten größer als für kleine Ankergeschwindigkeiten. Die Entstehung dieser Stromabnahme ΔI läßt sich anhand folgender Gleichung erklären: u(t) = i(t)·R Cu + dΨ dt . The speed at which the excitation current I 2 decreases in the time interval t n0 ... t n1 depends on the armature speed, namely the current decrease ΔI is greater for large armature speeds than for small armature speeds. The origin of this current decrease ΔI can be explained by the following equation: u (t) = i (t) · R Cu + dΨ dt ,

Dabei steht u(t) für die dem Schließmagneten 2 zugeführte Erregerspannung, i(t) für der Erregerstrom I2 des Schließmagneten 2, der aufgrund der angelegten Erregerspannung u(t) durch die Erregerspule 20 fließt, RCu für den ohmschen Widerstand der Erregerspule 20 und dΨ/dt für die induzierte Gegenspannung, d. h. für die zeitliche Ableitung des verketteten magnetischen Flusses Ψ(t). Für letzteren gilt die Beziehung Ψ(t)=i(t)·L(t), wobei L(t) für die Induktivität des Schließmagneten 2 steht, so daß man für die induzierte Gegenspannung dΨ/dt folgende Gleichung erhält: dΨ dt = di(t) dt ·L(t)+i(t)· dL dx · dx dt . In this case, u (t) stands for the exciter voltage supplied to the closing magnet 2, i (t) for the exciter current I 2 of the closing magnet 2, which flows through the exciter coil 20 due to the applied exciter voltage u (t), R Cu for the ohmic resistance of the exciter coil 20 and dΨ / dt for the induced reverse voltage, ie for the time derivative of the concatenated magnetic flux Ψ (t). For the latter, the relationship Ψ (t) = i (t) · L (t), where L (t) stands for the inductance of the closing magnet 2, so that the following equation is obtained for the induced reverse voltage dΨ / dt: dΨ dt = di (t) dt · L (t) + i (t) · dL dx · dx dt ,

Mit x wird dabei der Hubweg des Ankers 1 bzgl. des Schließmagneten 2 bezeichnet, d. h. der Abstand zwischen der Polfläche 21 des Schließmagneten 2 und dem Anker 1. Eine Bewegung des Ankers 1 in Richtung des Schließmagneten 2 liefert somit einen positiven Beitrag zur induzierten Gegenspannung dΨ/dt, der um so größer ist, je größer der Betrag der zeitlichen Änderung dx/dt des Abstandes x, d. h. die Ankergeschwindigkeit, ist. Aufgrund der während der Bewegungsphase des Ankers 1 konstant gehaltenen Erregerspannung u(t) nimmt der Erregerstrom i(t) nach Erreichung des lokalen Maximums I20 mit einer von der Ankergeschwindigkeit dx/dt abhängigen Geschwindigkeit ab. Die Geschwindigkeit der Stromabnahme ΔI des Erregerstromes I2 ist somit eine Funktion der Auftreffgeschwindigkeit des Ankers 1 auf den Schließmagneten 2. Sie läßt sich auf verschiedene Arten ermitteln: eine Möglichkeit besteht darin, den Erregerstrom I2 abzutasten, numerisch zu differenzieren und den kleinsten der so erhaltenen Werte zu bestimmen; sie läßt sich aber auch näherungsweise durch Detektion des lokalen Maximums I20 und des darauffolgenden lokalen Minimums I21 und durch Berechnung der Steigung einer durch das lokale Maximum I20 und durch das lokale Minimum I21 durchgehenden Geraden ermitteln.The travel of the armature 1 with respect to the closing magnet 2 is denoted by x, ie the distance between the pole face 21 of the closing magnet 2 and the armature 1. A movement of the armature 1 in the direction of the closing magnet 2 thus provides a positive contribution to the induced countervoltage d / dt, which is greater, the greater the amount of change in time dx / dt of the distance x, that is, the anchor speed is. by virtue of the excitation voltage u (t) held constant during the movement phase of the armature 1, the excitation current i (t) decreases after reaching the local maximum I 20 with a speed dependent on the armature speed dx / dt. The speed of current decrease .DELTA.I of the excitation current I 2 is thus a function of the impact velocity of the armature 1 on the closing magnet 2. It can be determined in various ways: one possibility is to scan the excitation current I 2 , numerically differentiate and the smallest of the so to determine the values obtained; but it can also be determined approximately by detecting the local maximum I 20 and the subsequent local minimum I 21 and by calculating the slope of a line passing through the local maximum I 20 and through the local minimum I 21 .

Um die Auftreffgeschwindigkeit des Ankers 1 auf den Schließmagneten 2 zu regeln, wird eine Regelgröße vIST gebildet, die der Geschwindigkeit der Stromabnahme ΔI des Erregerstromes I2 entspricht, die Regelgröße vIST mit einem Sollwert vSOLL verglichen und der nächste Einschaltzeitpunkt des Schließmagneten 2 in Abhängigkeit des Vergleichsergebnisses vorgegeben. Es handelt sich hierbei um eine iterativ lernende Regelung, die nach folgendem Algorithmus abläuft: T n+1 = T n + k · (v SOLL - v IST ). In order to control the impact velocity of the armature 1 on the closing magnet 2, a control variable v is formed which corresponds to the rate of current decrease .DELTA.I of the excitation current I 2, the control variable v with a desired value v soll and the next turn-on of the closing magnet 2 in Dependent on the comparison result given. This is an iterative learning scheme that runs according to the following algorithm: T n + 1 = T n + k · (v SHOULD - v IS ).

Tn und Tn+1 stellen dabei die Einschaltzeitpunkte des Schließmagneten 2 in aufeinanderfolgenden Zyklen dar; sie werden jeweils in Bezug auf einen definierten Referenzzeitpunkt des jeweiligen Zyklus angegeben. Als Zyklus wird dabei der Vorgang zwischen zwei aufeinanderfolgenden Öffnungsoder Schließvorgängen des Gaswechselventils 5 bezeichnet. Ferner stellt n eine Zyklusnummer, k einen Proportionalitätsfaktor und vSOLL - vIST das Ergebnis des Vergleichs der Regelgröße vIST mit dem Sollwert vSOLL dar.T n and T n + 1 represent the switch-on of the closing magnet 2 in successive cycles; they are each given in relation to a defined reference time of the respective cycle. As a cycle, the process between two successive opening or closing operations of the gas exchange valve 5 is referred to. Furthermore, n represents a cycle number, k a proportionality factor, and v SOLL -V IST represents the result of the comparison of the controlled variable v IST with the desired value v SOLL .

Im vorliegenden Beispiel handelt es sich bei den Referenzzeitpunkten der jeweiligen Zyklen um die Abschaltzeitpunkte tm2, tm+1,2 des Öffnungsmagneten 3, so daß mit den Bezeichnungen aus Figur 2 gilt: T n = t n - t m2 T n+1 = t n+1 - t m+1,2. In the present example, the reference times of the respective cycles are the switch-off times t m2 , t m + 1, 2 of the opening magnet 3, so that the following applies with the designations of FIG. 2: T n = t n - t m2 T n + 1 = t n + 1 - t m + 1.2.

Der Sollwert vSOLL der Regelgröße vIST ist derjenige Wert der Regelgröße vIST, der bei einem vorgegebenen, d. h. geforderten Wert der Auftreffgeschwindigkeit des Ankers 1 auf den Schließmagneten 2 gemessen wird. Er kann in Abhängigkeit verschiedener Systemparameter, insbesondere in Abhängigkeit der Reibung des Gaswechselventils 5 und der beweglichen Teile des Aktuators, der Temperatur des Schmiermittels, des Druck in der Brennkammer zum Zeitpunkt des Öffnens des Gaswechselventils 5 und der Einschaltzeitpunkte der Elektromagnete 2, 3, variieren. Der Sollwert vSOLL wird daher vorteilhafterweise in Abhängigkeit dieser Systemparameter, die mittels geeigneter Sensoren oder anhand von Kennlinienfeldern ermittelt werden, dynamisch vorgegeben.The nominal value v SOLL of the controlled variable v IST is that value of the controlled variable v ACT which is measured at a predetermined value, ie the required value, of the impact velocity of the armature 1 on the closing magnet 2. It can vary depending on various system parameters, in particular depending on the friction of the gas exchange valve 5 and the moving parts of the actuator, the temperature of the lubricant, the pressure in the combustion chamber at the time of opening the gas exchange valve 5 and the switch-on of the electromagnets 2, 3. The desired value v SOLL is therefore advantageously dynamically predetermined as a function of these system parameters, which are determined by means of suitable sensors or by means of characteristic fields.

Durch schrittweises Verschieben der Einschaltzeitpunkte Tn, Tn+1 des Schließmagneten 2 wird dem Anker 1 mit jedem Zyklus jeweils mehr oder weniger kinetische Energie zugeführt, wodurch die Auftreffgeschwindigkeit den Ankers 1 auf den Schließmagneten 2 zu- bzw. abnimmt. Dementsprechend ist die Stromabnahme ΔI von Zyklus zu Zyklus stärker bzw. weniger stark ausgeprägt. Somit wird ein Lernen von Zyklus zu Zyklus gewährleistet.By stepwise shifting of the switch-on times T n , T n + 1 of the closing magnet 2 more or less kinetic energy is supplied to the armature 1 with each cycle, whereby the impact speed of the armature 1 on the closing magnet 2 increases or decreases. Accordingly, the current decrease .DELTA.I is stronger or less pronounced from cycle to cycle. Thus, cycle-by-cycle learning is ensured.

Die Anwendung dieses Algorithmus setzt eine zyklische Arbeitsweise mit sich wiederholenden Prozeßabläufen voraus, wobei diese nicht streng periodisch erfolgen müssen. Demnach wird der Algorithmus nur dann eingesetzt, wenn die Systemparameter (Reibung, Temperatur, Druck in der Brennkammer) sich von Zyklus zu Zyklus nicht oder nur wenig ändern. In stark zyklusvarianten Phasen wird vorteilhafterweise vorgesteuert, d. h. die Systemparameter werden ermittelt und die Einschaltzeitpunkte Tn+1 für die jeweils folgenden Zyklen werden zunächst in Abhängigkeit der Systemparameter vorgegeben und anschließend nachgeregelt. Ist die Aufprallgeschwindigkeit in einer zyklusinvarianten Phase auf den vorgegebenen Wert eingeregelt, läßt sich der Einschaltzeitpunkt Tn+1 in Abhängigkeit der systemparameter als Steuerdaten in einer Speichereinheit abspeichern und zur Vorsteuerung bei gleichen Systemparametern verwenden. Hierdurch wird eine adaptive Vorsteuerung realisiert.The application of this algorithm requires a cyclic operation with repetitive processes, which need not be strictly periodic. Accordingly, the algorithm is only used if the system parameters (friction, temperature, pressure in the combustion chamber) do not change or only slightly change from cycle to cycle. In strongly cycle-variant phases is advantageously pre-controlled, ie, the system parameters are determined and the switch-on times T n + 1 for each subsequent cycles are initially specified depending on the system parameters and then readjusted. If the impact velocity is adjusted to the predetermined value in a cycle-invariant phase, the switch-on time T n + 1 can be stored as control data in a memory unit as a function of the system parameters and used for precontrol with the same system parameters. As a result, an adaptive feedforward control is realized.

im vorliegenden Beispiel wird die Wirkung der Induktivitätsänderung der Elektromagnete 2 und 3 auf den Erregerstrom I2 bzw. I3 ausgewertet. Da zwischen dem Bewegungsverlauf des Ankers und dem Induktivitätsverlauf der Elektromagnete 2, 3 ein funktioneller Zusammenhang besteht, der sich ohne weiteres, beispielsweise anhand einer Meßreihe, ermitteln läßt, kann die Auftreffgeschwindigkeit des Ankers 1 auf die Elektromagnete 2, 3 auch dadurch geregelt werden, daß der Induktivitätsverlauf des jeweiligen Elektromagneten 2 bzw. 3 ermittelt wird, hieraus der Bewegungsverlauf des Ankers 1 bestimmt wird und aus diesem Bewegungsverlauf die Geschwindigkeit des Ankers 1 zum Zeitpunkt des Auftreffens auf den jeweiligen Elektromagneten 2 bzw. 3 ermittelt und als Regelgröße vIST bereitstellt wird.In the present example, the effect of the inductance change of the electromagnets 2 and 3 on the excitation current I 2 and I 3 is evaluated. As between the course of movement of the armature and the Induktivitätsverlauf the electromagnets 2, 3 is a functional relationship that can be readily determined, for example by means of a series of measurements, the impact velocity of the armature 1 on the electromagnets 2, 3 also be controlled by the inductance curve of the respective electromagnet 2 and 3 respectively is determined from this, the movement history of the armature 1 is determined and determined from this course of motion, the speed of the armature 1 at the time of impingement on the respective electromagnets 2 and 3 and is provided as a controlled variable v actual .

Im folgenden werden verschiedene Möglichkeiten zur Ermittlung der Induktivität des Schließmagneten 2 aufgezeigt; die Induktivität des Öffnungsmagneten 3 läßt sich selbstverständlich auf die gleiche Weise ermitteln.In the following, various options for determining the inductance of the closing magnet 2 are shown; Of course, the inductance of the opening magnet 3 can be determined in the same way.

Wie bereits ausgeführt gilt für die Erregerspannung u(t) des schließmagneten 2 folgende Gleichung u(t)=i(t)·R Cu + dΨ dt . As already stated, the following equation applies to the exciter voltage u (t) of the closing magnet 2 u (t) = i (t) · R Cu + dΨ dt ,

Hieraus erhält man durch Integration nach der Zeit den verketteten magnetischen Fluß From this we obtain by integration over time the chained magnetic flux

Mit Ψ(t) = I(t) · L(t)und der Randbedingung Ψ(0) = C = 0 ergibt sich für die Induktivität folglich für i(t) ≠ 0. Der Induktivitätsverlauf L(t) des Schließmagneten 2 läßt sich somit aus den zeitlichen Verläufen der Erregerspannung u(t) und Erregerstromes i(t) berechnen.With Ψ (t) = I (t) · L (t) and the boundary condition Ψ (0) = C = 0, the result for the inductance is accordingly for i (t) ≠ 0. The inductance curve L (t) of the closing magnet 2 can thus be calculated from the time profiles of the exciter voltage u (t) and exciter current i (t).

Ferner läßt sich der Induktivitätsverlauf L(t) des Schließmagneten 2 auch durch Messung der Resonanzfrequenz eines mittels einer Kapazität und dem Schließmagneten 2 gebildeten LC-Schwingkreises ermitteln. Die mittlere Resonanzfrequenz wird hierbei durch die Wahl der Kapazität wird so hoch gewählt, daß die Bewegung des Ankers 1 hinreichend genau aufgelöst wird und die Ankerposition sich während einer schwingungsperiode nur minimal ändert. Beispielsweise erhält man bei einer Flugzeit, d. h. Bewegungszeit des Ankers 1 von ca. 3,5 ms und einer mittleren Resonanzfrequenz von etwa 14 kHz 50 Schwingungsperioden und somit 50 Werte für die Ankerposition, mit denen die Bewegung des Ankers 1 bei einem Ventilhub von ca. 7 mm ausreichend genau aufgelöst wird.Furthermore, the inductance curve L (t) of the closing magnet 2 can also be determined by measuring the resonant frequency of a capacitor and the Closing magnet 2 formed LC resonant circuit determine. The mean resonant frequency is chosen here so high by the choice of the capacity that the movement of the armature 1 is resolved with sufficient accuracy and the armature position changes only minimally during a period of oscillation. For example, in a flight time, ie movement time of the armature 1 of about 3.5 ms and a mean resonant frequency of about 14 kHz 50 oscillation periods and thus 50 values for the armature position, with which the movement of the armature 1 at a valve lift of approx. 7 mm is resolved with sufficient accuracy.

Der Induktivitätsverlauf des Schließmagneten 2 läßt sich auch durch Messung von dessen komplexen Widerstandes ermitteln. Hierzu wird der dem Schließmagneten 2 zugeführten Erregerspannung u(t) eine hochfrequente Meßspannung als Meßsignal überlagert und der durch die Meßspannung bewirkte Anteil des Erregerstromes i(t) anhand seiner Frequenz detektiert und nach Betrag und Phasenlage ausgewertet. Das Verhältnis aus der Meßspannung und dem der Meßspannung entsprechenden Anteil des Erregerstromes ergibt einen komplexen Zahlenwert - den aus einem ohmschen und einem imaginären Anteil bestehenden komplexen Widerstand des Elektromagneten - aus dessen imaginärem Anteil die momentane Induktivität des Schließmagneten 2 hergeleitet wird.The inductance curve of the closing magnet 2 can also be determined by measuring its complex resistance. For this purpose, the excitation voltage u (t) supplied to the closing magnet 2 is superimposed with a high-frequency measuring voltage as a measuring signal and the proportion of the exciter current i (t) caused by the measuring voltage is detected on the basis of its frequency and evaluated according to magnitude and phase position. The ratio of the measuring voltage and the proportion of the excitation current corresponding to the measuring voltage results in a complex numerical value - the complex resistance of the electromagnet consisting of an ohmic and an imaginary component - from whose imaginary component the momentary inductance of the closing magnet 2 is derived.

Claims (14)

  1. A process for the operation of an electromagnetic actuator for the actuation of a charge changing valve (5) in which the actuator having at least one electromagnet (2, 3) acts via an armature (1) on the charge changing valve (5) against the force of at least one valve spring (60, 63) and actuates said charge changing valve (5) by moving the armature (1),
    characterised in that
    a controlled variable (vIST) dependent on a change in inductivity of the electromagnet (2, 3) is created as a measure of the speed with which the armature (1) strikes the electromagnet (2, 3) and the controlled variable (vIST) is set by adjusting the supply of energy to the electromagnet (2, 3) to a reference value (vSOLL) which it assumes at a pre-set value of the speed at which the armature (1) strikes the electromagnet (2, 3).
  2. A process in accordance with claim 1,
    characterised in that
    in order to create the controlled variable (vIST), the speed of a decrease in current (ΔI) of an exciting current (I2, I3) flowing through the electromagnet (2, 3) during the armature movement is determined.
  3. A process in accordance with claim I,
    characterised in that
    in order to create the controlled variable (vIST), the time history of the inductivity of the electromagnet (2, 3) is determined.
  4. A process in accordance with claim 3,
    characterised in that
    the time history of the inductivity of the electromagnet (2, 3) is determined from the time history of an exciting voltage (u(t)) supplied to the electromagnet and the time history of an exciting current (i(t)) flowing
    through the electromagnet (2, 3).
  5. A process in accordance with claim 3,
    characterised in that
    the time history of the inductivity of the electromagnet (2, 3) is determined from the course of the resonance frequency of an LC resonant circuit comprising the electromagnet (2, 3) and a capacitor.
  6. A process in accordance with claim 3,
    characterised in that
    the time history of the inductivity of the electromagnet (2, 3) is determined from the course of a complex resistance of the electromagnet (2, 3) recorded by means of a high frequency measuring signal.
  7. A process in accordance with one of the preceding claims,
    characterised in that
    the supply of energy to the electromagnet (2, 3) is regulated by comparing the controlled variable (vIST) with a pre-set reference value (vSOLL) and presetting a next switching-on time (Tn+1) of the electromagnet (2, 3) dependent on the result of the comparison.
  8. A process in accordance with claim 7,
    characterised in that
    the reference value (vSOLL) of the controlled variable (vIST) is pre-set dependent on system parameters,
  9. A process in accordance with claim 7 or 8,
    characterised in that
    the switching-on times (T1, Tn+1) of the electromagnet (2, 3) are pre-set dependent on system parameters.
  10. A process in accordance with claim 9,
    characterised in that
    a next local maximum value (I20) of the exciting current (I2, I3) is pre-set dependent on system parameters.
  11. A process in accordance with one of claims 7 to 10,
    characterised in that
    control data is created from the switching-on times (Tn) of the electromagnet (2, 3) set at various system parameters, said control data being stored dependent on the system parameters, and if the system parameters are changed the next switching-on time (Tn+1) of the electromagnet (2, 3) is pilot controlled dependent on the stored control data corresponding to the system parameters at the time.
  12. A process in accordance with claim 11,
    characterised in that
    the control data is created from the local maximum values (I20) of the exciting current (I2, I3) with various system parameters.
  13. A process in accordance with one of the preceding claims,
    characterised in that
    the actuator acts on the armature (1) with two opposing electromagnets (2, 3) against the force of two valve springs (60, 63).
  14. A process in accordance claim 13,
    characterised in that
    the speeds at which the armature (1) strikes the two electromagnets (2, 3) are controlled in the same manner.
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