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DE10010756A1 - Method of regulating the movement characteristic of an armature e.g. for electromagnetic actuator of internal combustion (IC) engine gas-exchange valve, involves detecting a detector magnitude - Google Patents

Method of regulating the movement characteristic of an armature e.g. for electromagnetic actuator of internal combustion (IC) engine gas-exchange valve, involves detecting a detector magnitude

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Publication number
DE10010756A1
DE10010756A1 DE10010756A DE10010756A DE10010756A1 DE 10010756 A1 DE10010756 A1 DE 10010756A1 DE 10010756 A DE10010756 A DE 10010756A DE 10010756 A DE10010756 A DE 10010756A DE 10010756 A1 DE10010756 A1 DE 10010756A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
armature
electromagnet
variable
current
course
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE10010756A
Other languages
German (de)
Inventor
Charles Robert Koch
Heiko Moeckel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
DaimlerChrysler AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by DaimlerChrysler AG filed Critical DaimlerChrysler AG
Priority to DE10010756A priority Critical patent/DE10010756A1/en
Priority to FR0102870A priority patent/FR2805847A1/en
Publication of DE10010756A1 publication Critical patent/DE10010756A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01LCYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L9/00Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically
    • F01L9/20Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically by electric means

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Valve Device For Special Equipments (AREA)

Abstract

Control of the armature's speed of movement is important to ensure a controlled approach, i.e. slow speed, of the armature to the capturing electromagnet, following release from the oppositely positioned electromagnet, and thus to avoid noise and interference. The shape of the reference input variable (x0) is specified in dependency of the detector magnitude (d) such that the armature (10) strikes the capturing electromagnet with a specifiable speed.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung des Bewegungsverlaufs eines An­ kers gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a method for regulating the course of movement of an kers according to the preamble of claim 1.

Ein elektromagnetischer Aktuator zur Betätigung eines Gaswechselventils einer Brennkraftmaschine weist üblicherweise zwei einander gegenüberliegende Elektro­ magnete und einen auf das Gaswechselventil wirkenden Anker auf, der durch Ma­ gnetkraft zwischen den Elektromagneten gegen die Kraft zweier gegensinnig wir­ kender Federn hin- und herbewegbar ist und bei nicht bestromten Elektromagneten durch die Federn in einer etwa in der Mitte zwischen den Elektromagneten liegen­ den Ruhelage festgehalten wird und der von jedem Elektromagneten durch Magnet­ kraft in einer am jeweiligen Elektromagneten anliegenden Schaltposition festhaltbar ist. Während des Betriebs wird der Anker durch entsprechende Bestromung der Elektromagnete aus der einen Schaltposition in die andere Schaltposition bewegt, d. h. vom einen Elektromagneten - dem loslassenden Elektromagneten - zum ande­ ren Elektromagneten - dem fangenden Elektromagneten - bewegt. Es ist wün­ schenswert, daß der Anker dabei mit einer geringen Geschwindigkeit - im folgenden Ankerauftreffgeschwindigkeit genannt - auf den fangenden Elektromagneten auf­ trifft, um einerseits zu gewährleisten, daß der Anker den fangenden Elektromagne­ ten erreicht und um andererseits unerwünschte Geräuschentwicklung und Prellvor­ gänge zu vermeiden.An electromagnetic actuator for actuating a gas exchange valve Internal combustion engine usually has two opposing electric magnets and an armature acting on the gas exchange valve, which by Ma gnet force between the electromagnets against the force of two opposite us kender springs can be moved back and forth and when the electromagnet is not energized due to the springs in a roughly middle position between the electromagnets the rest position is held and that of each electromagnet by magnet force can be held in a switching position applied to the respective electromagnet is. During operation, the armature is energized by the appropriate Electromagnets moved from one switching position to the other switching position, d. H. from one electromagnet - the releasing electromagnet - to the other ren electromagnet - the catching electromagnet - moved. It is nice it is worth noting that the anchor does so at a low speed - in the following Called anchor impact speed - on the catching electromagnet meets, on the one hand, to ensure that the anchor catches the electromagnet reached and on the other hand unwanted noise and bouncing to avoid gears.

Aus der EP 0 959 479 A2 ist bekannt, daß die Ankerauftreffgeschwindigkeit bei ei­ nem elektromagnetischen Aktuator der vorstehend bezeichneten Art geregelt wird, indem eine bestimmte Spannung ermittelt wird, die der Spannung an den Klemmen des fangenden Elektromagneten oder der Änderung des magnetischen Flusses in dem den Anker und den fangenden Elektromagneten enthaltenden Magnetkreis entspricht, und indem die bestimmte Spannung als Rückkopplungsvariable zur Steuerung der Energiezufuhr zum fangenden Elektromagneten verwendet wird. Der magnetische Fluß wird dabei mit einem Hallsensor gemessen.From EP 0 959 479 A2 it is known that the anchor impact speed at egg an electromagnetic actuator of the type described above is regulated, by determining a certain voltage, that of the voltage at the terminals of the catching electromagnet or the change in magnetic flux in  the magnetic circuit containing the armature and the capturing electromagnet corresponds, and by using the determined voltage as a feedback variable Control of the energy supply to the capturing electromagnet is used. The magnetic flux is measured with a Hall sensor.

Aus der DE 198 07 875 A1 ist ferner ein Verfahren zur Regelung der Ankerge­ schwindigkeit bekannt, bei dem aus der momentanen Ankerposition und/oder An­ kergeschwindigkeit der Bedarf an Energie ermittelt wird, die dem Aktuator zuzufüh­ ren ist, um den dem Anker bis zum fangenden Elektromagneten zu bewegen. Außer­ dem wird extrapolierend abgeschätzt, wieviel magnetische Energie voraussichtlich zum Aktuator eingekoppelt wird, wenn der Anker von der momentanen Position bis zum fangenden Elektromagneten bewegt wird. Diese Abschätzung ist aufgrund der Kenntnis des Zusammenhangs zwischen der Magnetkraft des fangenden Elektroma­ gneten und der Ankerposition möglich. Der Energiebedarf und die abgeschätzte magnetische Energie werden miteinander verglichen und der fangende Elektroma­ gnet wird in Abhängigkeit des Vergleichergebnisses derart bestromt, daß der Anker mit niedriger Geschwindigkeit auf den Elektromagneten auftrifft.DE 198 07 875 A1 also describes a method for regulating the anchorage speed known, from the current anchor position and / or to speed the energy requirement is determined which is to be fed to the actuator ren is to move the armature to the catching electromagnet. Except this is extrapolated to estimate how much magnetic energy is likely to be is coupled to the actuator when the armature from the current position to is moved to the catching electromagnet. This estimate is based on the Knowledge of the relationship between the magnetic force of the trapping electroma and the anchor position possible. The energy requirement and the estimated magnetic energy are compared with each other and the trapping electroma gnet is energized depending on the comparison result such that the anchor strikes the electromagnet at low speed.

Der wesentliche Nachteil dieser Verfahren, liegt darin, daß sie nicht in der Lage sind, Störgrößen, die die Ankerbewegung beeinflussen, d. h. Änderungen von Betriebspa­ rametern eines Systems, in dem der Aktuator zur Betätigung eines Gaswechselven­ tils eingesetzt wird, ausreichend zu kompensieren. Derartige Störgrößen sind bei­ spielsweise Änderungen der Ruhelage des Ankers, eines ggf. vorhandenen Ventil­ spiels, eines Brennraumgegendrucks, gegen den das Gaswechselventil geöffnet werden soll, der Reibung und der Temperatur.The main disadvantage of these methods is that they are unable to Disturbances that affect the armature movement, d. H. Changes in operating pa parameters of a system in which the actuator for actuating a gas exchange valve tils is used to compensate sufficiently. Such disturbances are at for example, changes in the rest position of the armature, a possibly existing valve game, a combustion chamber back pressure against which the gas exchange valve opens friction and temperature.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für einen elektromagnetischen Aktuator der eingangs genannten Art ein Verfahren zur Regelung des Bewegungsverlaufs des Ankers anzugeben, das eine geringe Störempfindlichkeit aufweist.The invention is based, for an electromagnetic actuator a method for regulating the movement of the Specify anchor that has a low sensitivity to interference.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 ge­ löst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Un­ teransprüchen.The object is achieved by the features of claim 1 ge solves. Advantageous refinements and developments result from the Un claims.

Erfindungsgemäß wird in einem Regelkreis der Bewegungsverlauf des Ankers, der sich in einem elektromagnetischen Aktuator gegen die Kraft zweier gegensinnig wirkender Federn von einem loslassenden Elektromagneten zu einem fangenden Elektromagneten bewegt, geregelt, indem eine vom Bewegungsverlauf des Ankers abhängige Detektorgröße erfaßt wird, aus der Detektorgröße eine von der Ankerpo­ sition oder Zeit abhängige Größe als Regelgröße gebildet wird, die Regelgröße auf eine Führungsgröße geregelt wird durch Steuerung des Sollwerts eines durch den fangenden Elektromagneten fließenden Fangstroms in Abhängigkeit der Abweichung der Regelgröße von der Führungsgröße und indem die Führungsgröße in Abhängig­ keit der Detektorgröße variiert wird. Der Verlauf der Führungsgröße wird dabei der­ art vorgegeben, daß der Anker mit einer vorgebbaren Geschwindigkeit auf den fan­ genden Elektromagneten auftrifft.According to the invention, the movement course of the armature, the in an electromagnetic actuator against the force of two in opposite directions  acting springs from a releasing electromagnet to a catching one Electromagnet moves, regulated by one of the course of movement of the armature dependent detector size is detected, one of the anchor position from the detector size sition or time-dependent variable is formed as a controlled variable, the controlled variable a reference variable is regulated by controlling the setpoint one by the catching electromagnet flowing current depending on the deviation the control variable depending on the reference variable and by the reference variable in speed of the detector size is varied. The course of the reference variable becomes the Art specified that the anchor with a predetermined speed on the fan striking electromagnet.

Die Zusammenhänge zwischen der Ankerposition und dem Sollwert des Fangstroms und zwischen der Ankerposition und der Detektorgröße sind für verschiedene Be­ triebsparameter, beispielsweise für verschiedene Werte der Ruhelage des Ankers, eines ggf. vorhandenen Ventilspiels, eines Brennraumgegendrucks, gegen den das Gaswechselventil geöffnet werden soll, der Reibung, der Temperatur, der Federkon­ stanten der Federn und der Bauteiletoleranzen bekannt. Diese Zusammenhänge lassen sich beispielsweise durch Simulation oder Messungen an einem Referenzak­ tuator ermitteln. Aus dem Verlauf der Detektorgröße ist es daher möglich, Rück­ schlüsse auf die momentanen Betriebsparameter zu ziehen und den Verlauf der Füh­ rungsgröße derart vorzugeben, daß der Anker bei den aktuellen Betriebsbedingun­ gen mit der gewünschten Geschwindigkeit auf den fangenden Elektromagneten auf­ trifft. Somit wird die Führungsgröße adaptiv an die aktuellen Betriebsbedingungen angepaßt, d. h. man erhält eine adaptive Regelung.The relationships between the anchor position and the target value of the catching current and between anchor position and detector size are for different loading drive parameters, for example for different values of the rest position of the armature, a possibly existing valve clearance, a combustion chamber back pressure against which the Gas exchange valve should be opened, the friction, the temperature, the spring cone the springs and component tolerances are known. These relationships can be simulated or measured on a reference ac determine tuator. From the course of the detector size it is therefore possible to return draw conclusions on the current operating parameters and the course of the conduct size to specify that the anchor in the current operating conditions conditions at the desired speed on the capturing electromagnet meets. The reference variable is thus adaptive to the current operating conditions adjusted, d. H. an adaptive control is obtained.

Als Detektorgröße kann beispielsweise eines der folgenden Signale detektiert wer­ den: ein der Ankerposition entsprechendes Positionssignal, ein dem Fangstrom ent­ sprechendes Stromsignal, ein der Spannung an den Klemmen des fangenden Elek­ tromagneten entsprechendes Spannungssignal oder ein Flußänderungssignal, das der Änderung des magnetischen Flusses in dem den Anker und fangenden Elektro­ magneten enthaltenden aktiven Magnetkreis entspricht. Als besonders vorteilhaft erweist es sich, die Detektorgröße mit einer im Magnetkreis vorgesehenen Meß­ spule zu erfassen, die derart angeordnet ist, daß sie vom magnetischen Fluß des fangenden Elektromagneten durchflutet wird. In diesem Fall wird die in der Meß­ spule induzierte Spannung oder der aus dieser Spannung ermittelte magnetische Fluß als Detektorgröße erfaßt. Die Detektorgröße kann aber auch eine vektorielle Größe sein, die mehrere der vorstehend genannten Signale als Komponenten ent­ hält.For example, one of the following signals can be detected as the detector variable den: a position signal corresponding to the anchor position, a ent of the capture current speaking current signal, one of the voltage at the terminals of the catching elec tromagneten corresponding voltage signal or a flux change signal, the the change in magnetic flux in the armature and trapping electro corresponds to active magnetic circuit containing magnets. To be particularly advantageous it turns out, the detector size with a measurement provided in the magnetic circuit Detect coil, which is arranged such that it from the magnetic flux of the catching electromagnet is flooded. In this case, the measurement in the coil induced voltage or the magnetic determined from this voltage Flow recorded as a detector size. The detector size can also be vectorial  Be size, the ent several of the above signals as components holds.

Die Regelgröße ist beispielsweise eine der folgenden Größen: die auf den Anker wirkende Magnetkraft des fangenden Elektromagneten, die im Aktuator gespeicher­ te Energie, die Ankergeschwindigkeit, der Fangsstrom, der magnetische Fluß im aktiven Magnetkreis, die Spannung an den Klemmen des fangenden Elektromagne­ ten, die Ankerposition, die zeitliche Änderung des Fangstroms, die zeitliche Ände­ rung des magnetischen Flusses im aktiven Magnetkreis und das Integral der Span­ nung an den Klemmen des fangenden Elektromagneten. Sie kann aber auch eine vektorielle Größe sein, die mehrere der vorstehend genannten Größen als Kompo­ nenten enthält.The controlled variable is, for example, one of the following variables: the one on the anchor acting magnetic force of the capturing electromagnet, which is stored in the actuator te energy, the armature speed, the capture current, the magnetic flux in the active magnetic circuit, the voltage at the terminals of the catching electromagnet ten, the anchor position, the temporal change in the catching current, the temporal change tion of the magnetic flux in the active magnetic circuit and the integral of the span voltage at the terminals of the catching electromagnet. But it can also be one vectorial size, several of the above sizes as a compo contains.

Vorzugsweise werden aus dem Verlauf der Detektorgröße Störgrößen ermittelt, die den Bewegungsverlauf des Aktuators störend beeinflussen. Die Störgrößen werden bei der Vorgabe des Verlaufs der Führungsgröße berücksichtigt, so daß der Einfluß der Störgrößen auf die Ankerauftreffgeschwindigkeit kompensiert wird.Disturbance variables are preferably determined from the course of the detector variable interfere with the motion of the actuator. The disturbances are taken into account when specifying the course of the command variable, so that the influence the disturbance variables on the anchor impact speed is compensated.

Die Regelung verläuft vorzugsweise in mehreren Phasen, wobei in einer Ablösepha­ se, die unmittelbar nach dem Ablösen des Ankers vom loslassenden Elektromagne­ ten beginnt, der Verlauf des Sollwertes des Fangstroms in Abhängigkeit der Stör­ größen vorgesteuert wird und/oder der Verlauf eines durch den loslassenden Elek­ tromagneten fließenden Stroms in Abhängigkeit der Störgrößen gesteuert wird und somit als Bremsstrom dämpfend auf die Bewegung des Ankers wirkt.The regulation preferably proceeds in several phases, with a separation phase se, immediately after the anchor is detached from the releasing electromagnet ten begins, the course of the setpoint of the catching current depending on the interference sizes is controlled and / or the course of a by the releasing elec tromagnet flowing current is controlled depending on the disturbance variables and thus acts as a braking current to dampen the movement of the armature.

In einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens wird die Detektorgröße in mehre­ ren Bewegungszyklen des Ankers erfaßt. Unter Bewegungszyklus ist dabei ein Zeitin­ tervall zu verstehen, in dem der Anker sich von dem einem Elektromagneten zum anderen bewegt. Aus den sich über mehrere Bewegungszyklen ergebenden Ände­ rungen der Detektorgröße werden langsame Schwankungen der Betriebsparameter ermittelt, insbesondere Temperaturänderungen und durch die Temperaturänderung bedingte Änderungen der elektrischen und mechanischen Eigenschaften des Aktua­ tors, und bei der Bestromung des fangenden Elektromagneten berücksichtigt. Das heißt, der fangende Elektromagnet wird derart bestromt, daß der Einfluß der lang­ samen Schwankungen der Betriebsparameter auf den Bewegungsverlauf des Ankers kompensiert wird. In an advantageous development of the method, the detector size becomes several ren movement cycles of the armature detected. There is a time in the movement cycle tervall to understand, in which the armature extends from one electromagnet to the other moves. From the changes that occur over several movement cycles The size of the detector becomes slow fluctuations in the operating parameters determined, in particular temperature changes and by the temperature change conditional changes in the electrical and mechanical properties of the Aktua tors, and taken into account when energizing the capturing electromagnet. The means that the catching electromagnet is energized in such a way that the influence of the long fluctuations in the operating parameters on the movement of the armature is compensated.  

Vorzugsweise wird hierzu die Führungsgröße in Abhängigkeit der langsamen Schwankungen der Betriebsparameter vorgegeben und/oder der Fangstrom in Ab­ hängigkeit der langsamen Schwankungen der Betriebsparameter vorgesteuert. Zu­ sätzlich oder alternativ dazu kann auch die Übertragungsfunktion des Regelkreises in Abhängigkeit der langsamen Schwankungen der Betriebsparameter vorgegeben werden, d. h. die Regelparameter einer im Regelkreis enthaltenen Regleranordnung, beispielsweise der P-, I- und D-Anteil eines PID-Reglers, werden in Abhängigkeit der langsamen Schwankungen der Betriebsparameter vorgegeben.For this purpose, the command variable is preferably dependent on the slow one Fluctuations in the operating parameters and / or the catch current in Ab dependent on the slow fluctuations in the operating parameters. To Additionally or alternatively, the transfer function of the control loop can also depending on the slow fluctuations in the operating parameters become, d. H. the control parameters of a controller arrangement contained in the control loop, For example, the P, I and D components of a PID controller are dependent on the given slow fluctuations in the operating parameters.

Vorzugsweise wird die Übertragungsfunktion des Regelkreises auch in Abhängigkeit der Detektorgröße vorgegeben, so daß das Regelverhalten der Regelkreises von der Ankerposition abhängig ist. Somit ist es möglich trotz des nichtlinearen Zusammen­ hangs zwischen der Ankerposition und dem Fangstrom oder der aufgrund des Fang­ stroms auf den Anker wirkenden Magnetkraft des fangenden Elektromagneten si­ cherzustellen, daß die Regelung sowohl für große als auch für geringe Abstände des Ankers vom fangenden Elektromagneten erfolgreich durchgeführt wird.The transfer function of the control loop is also preferably dependent the detector size specified so that the control behavior of the control loop from the Anchor position is dependent. So it is possible despite the nonlinear together depends between the anchor position and the catch current or due to the catch current acting on the armature magnetic force of the capturing electromagnet si ensure that the scheme for both large and small distances of the Anchor is successfully carried out by the catching electromagnet.

In einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens wir der Fangstrom in einer Hal­ tephase, die nach dem Auftreffen des Ankers auf den fangenden Elektromagneten beginnt, auf einen Haltewert geregelt. Hierzu werden folgende Verfahrensschritte durchgeführt: der Fangstrom wird schrittweise um einen vorgegeben Betrag redu­ ziert, bis der Anker sich vom fangenden Elektromagneten löst. Das Loslösen des Ankers wird dabei anhand der Detektorgröße detektiert. Daraufhin wird der Fang­ strom derart erhöht, daß der Anker entsprechend einem gewünschten Bewegungs­ verlauf zum fangenden Elektromagneten geregelt zurückbewegt wird. Diese Verfah­ rensschritte werden solange wiederholt, solange der Anker in seiner aktuellen Schaltposition festgehalten werden soll.In an advantageous further development of the method, the catching current is in one hal tephase that occurs after the armature hits the capturing electromagnet starts regulated to a hold value. The following process steps are used for this carried out: The catching current is gradually reduced by a predetermined amount adorns until the armature separates from the catching electromagnet. Detaching the Anchor is detected based on the size of the detector. Thereupon the catch Current increased so that the armature according to a desired movement is moved back to the catching electromagnet regulated. This procedure Steps are repeated as long as the anchor is in its current position Switch position should be held.

Vorzugsweise wird die Führungsgröße und/oder der Fangstrom in Abhängigkeit von Motorsteuerdaten vorgegeben bzw. gesteuert, wobei mit den Motorsteuerdaten eine Brennkraftmaschine gesteuert wird und der Anker auf ein Gaswechselventil der Brennkraftmaschine wirkt. Alternativ oder zusätzlich kann auch die Übertragungs­ funktion des Regelkreises in Abhängigkeit der Motorsteuerdaten vorgegeben wer­ den.The command variable and / or the capture current is preferably dependent on Engine control data specified or controlled, with the engine control data Internal combustion engine is controlled and the anchor on a gas exchange valve Internal combustion engine works. Alternatively or additionally, the transmission can also function of the control loop depending on the engine control data the.

Das erfindungsgemäße Verfahren weist folgende Vorteile auf:
The method according to the invention has the following advantages:

  • - durch die Vorsteuerung des Sollwertes des Fangstroms werden optimale Start­ werte für die Regelung erzeugt und gewährleistet, daß die erforderliche magne­ tischen Energie selbst für extreme Betriebszustände (hohe Gasgegendrücke, tiefe Temperaturen) aufgebaut wird,- by pre-controlling the setpoint of the capture current, optimal start Values generated for the control and ensures that the required magne table energy even for extreme operating conditions (high gas back pressures, low temperatures) is built up,
  • - die Ankerauftreffgeschwindigkeit läßt sich zur Vermeidung von Ankerprellen auf niedrige Werte, beispielsweise auf Werte zwischen 0,05 und 0,5 m/s, regeln,- The anchor impact speed can be avoided to avoid anchor bouncing regulate low values, for example to values between 0.05 and 0.5 m / s,
  • - es wird gewährleistet, daß die auf den Anker wirkende Magnetkraft beim Auf­ treffen des Ankers auf den fangenden Elektromagneten ausreicht, um den An­ ker am fangenden Elektromagneten festzuhalten,- It is ensured that the magnetic force acting on the armature when opening hitting the armature on the catching electromagnet is sufficient to the An to hold onto the catching electromagnet,
  • - der Energiebedarf zum Betreiben des Aktuators ist gering,- the energy required to operate the actuator is low,
  • - der Anker ist innerhalb einer vorgegebenen Zeit zwischen seinen an den Elek­ tromagneten anliegenden Positionen hin- und herbewegbar,- The anchor is within a given time between its to the elec tromagnets can be moved back and forth at adjacent positions,
  • - das Verfahren weist eine geringe Empfindlichkeit gegenüber Variationen von Betriebsparametern und gegenüber von außen einwirkenden Störgrößen auf.- The method has a low sensitivity to variations of Operating parameters and external disturbances.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und Figuren nä­ her erläutert. Es zeigen:The invention is based on exemplary embodiments and figures ago explained. Show it:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines elektromagnetischen Aktuators mit einem Regelkreis, Fig. 1 is a schematic representation of an electromagnetic actuator with a control loop,

Fig. 2 ein Beispiel des zeitlichen Verlauf der Ankerposition und der Anker­ geschwindigkeit während der Bewegung des Ankers vom loslassen­ den Elektromagneten zum fangenden Elektromagneten, Fig. 2 shows an example of the temporal course of the anchor position and the armature speed, during movement of the armature from the release the electromagnet for capturing electromagnet

Fig. 3 ein Prinzipschaltbild eines Teils des Regelkreises aus Fig. 1, der zur Regelung des Stroms durch den loslassenden Elektromagneten vor­ gesehen ist, Fig. 3 is a schematic diagram of a portion of the control circuit of Fig. 1, which is seen to control the current through the electromagnet loslassenden before,

Fig. 4 ein Prinzipschaltbild eines Teils des Regelkreises aus Fig. 1, der zur Regelung des Stroms durch den fangenden Elektromagneten vorge­ sehen ist, Fig. 4 is a schematic diagram of a portion of the control circuit of Fig. 1, which is pre-see for regulating the current through the capturing electromagnet,

Fig. 5 ein weiteres Prinzipschaltbild des Teils des Regelkreises aus Fig. 1, der zur Regelung des Stroms durch den fangenden Elektromagneten vorgesehen ist. FIG. 5 shows a further basic circuit diagram of the part of the control circuit from FIG. 1 which is provided for regulating the current through the capturing electromagnet.

Gemäß Fig. 1 umfaßt der elektromagnetische Aktuator 1 einen Anker 10, einen ersten Elektromagneten 11, einen zweiten Elektromagneten 12, eine erste Feder 13 und eine zweite Feder 14. Die Elektromagnete 11, 12 bestehen jeweils aus einem Joch mit einem Spulenfenster und einer im Spulenfenster vorgesehenen Erreger­ spule. Der Anker 10 wird durch die gegeneinander wirkenden Federn 13, 14 bei stromlosen Elektromagneten 11, 12, d. h. bei unbestromten Erregerspulen, in einer Ruhelage etwa in der Mitte zwischen den Elektromagneten 11, 12 festgehalten und durch abwechselnde Bestromung der Elektromagnete 11, 12 zwischen diesen hin- und herbewegt. Der Anker 10 wirkt auf das Gaswechselventil 15 einer Brennkraft­ maschine, welches somit durch die Bewegung des Ankers 10 betätigt wird. Die Elek­ tromagnete 11, 12 werden über Steuerschaltungen 20, 21 angesteuert, denen Mo­ torsteuerdaten 20 von einem Motorsteuergerät 3 zugeführt werden. Die Motorsteu­ erdaten 20 enthalten dabei Informationen über den mittleren Druck in den Brenn­ kammern der Brennkraftmaschine, sowie über die Temperatur und die Drehzahl der Brennkraftmaschine. Eine Detektoranordnung 16 erzeugt eine Detektorgröße d, die eine Funktion der Zeit t oder der Ankerposition s und somit ein Maß der Ankerposi­ tion s ist. Die Detektorgröße d wird zu den Steuerschaltungen 20, 21 rückgekoppelt, von denen jede eine Regleranordnung enthält, die den Verlauf des Sollwertes eines durch den fangenden Elektromagneten fließenden Stromes, im folgenden Fangstrom genannt, in Abhängigkeit der Detektorgröße d und einer von der Detektorgröße d abhängigen Führungsgröße steuert. Die Steuerschaltungen bilden somit zusammen mit der Detektoranordnung 16 und den Elektromagneten 11, 12 einen Regelkreis zur Regelung des Bewegungsverlaufs des Ankers 10, insbesondere zur Regelung der Ankerauftreffgeschwindigkeit beim Auftreffen des Ankers 10 auf den ersten oder zweiten Elektromagneten 11, 12.Referring to FIG. 1, the electromagnetic actuator 1 comprises an armature 10, a first electromagnet 11, a second electromagnet 12, a first spring 13 and second spring 14. The electromagnets 11 , 12 each consist of a yoke with a coil window and an excitation coil provided in the coil window. The armature 10 is held in place by the mutually acting springs 13 , 14 in electroless electromagnets 11 , 12 , ie in the case of deenergized excitation coils, in a rest position approximately in the middle between the electromagnets 11 , 12 and by alternating energization of the electromagnets 11 , 12 between them - and moved here. The armature 10 acts on the gas exchange valve 15 of an internal combustion engine, which is thus actuated by the movement of the armature 10 . The elec tromagnets 11 , 12 are controlled via control circuits 20 , 21 to which motor control data 20 are supplied by an engine control unit 3 . The engine control data 20 contain information about the average pressure in the combustion chambers of the internal combustion engine, and about the temperature and speed of the internal combustion engine. A detector arrangement 16 generates a detector size d, which is a function of time t or anchor position s and thus a measure of anchor position s. The detector variable d is fed back to the control circuits 20 , 21 , each of which contains a controller arrangement which shows the course of the setpoint value of a current flowing through the capturing electromagnet, hereinafter referred to as the catch current, as a function of the detector variable d and a reference variable dependent on the detector variable d controls. The control circuits, together with the detector arrangement 16 and the electromagnets 11 , 12 , thus form a control circuit for regulating the course of movement of the armature 10 , in particular for regulating the armature impact speed when the armature 10 strikes the first or second electromagnet 11 , 12 .

Während des Betriebs wird der Anker 10 nach dem Prinzip des Feder-Masse- Schwingers zwischen den Elektromagneten 11, 12 hin- und herbewegt und an die­ sen jeweils für eine durch die Motorsteuerdaten 20 vorgegebene Zeit festgehalten. Wenn der Anker 10 aus einer seiner am ersten oder zweiten Elektromagneten 11, 12 anliegenden Schaltpositionen durch Abschaltung des jeweiligen Elektromagneten 11 bzw. 12 losgelassen wird, wird er durch die Federn 13, 14 über seine Ruhelage hinaus zu dem gegenüberliegenden Elektromagneten 12 bzw. 11 beschleunigt, der nunmehr bestromt wird und somit den Anker 10 anzieht und in seiner neuen Schalt­ position festhält.During operation, the armature 10 is moved back and forth between the electromagnets 11 , 12 according to the principle of the spring-mass oscillator and is held on the sen for a time specified by the motor control data 20 . When the armature 10 is released from one of its switching positions on the first or second electromagnet 11 , 12 by switching off the respective electromagnet 11 or 12 , it is accelerated by the springs 13 , 14 beyond its rest position to the opposite electromagnet 12 or 11 , which is now energized and thus attracts the armature 10 and holds it in its new switching position.

Während des Betriebs wirken auf den Anker 10 verschiedene Störgrößen. Darunter versteht man Änderungen von Betriebsparametern beispielsweise der Ruhelage des Ankers, eines ggf. vorhandenen Ventilspiels, des Brennraumgegendrucks, gegen den das Gaswechselventil 15 geöffnet werden soll, falls es als Auslaßventil betrieben wird, der Restgasverwirbelungen beim Öffnen des Gaswechselventils 15, falls es als Einlaßventil betrieben wird, der Reibung, der Temperatur, der Federkonstanten der Federn 13, 14, der Eigenschaften eines ggf. vorhandenen hydraulischen Ventil­ spielausgleichselements, der einen Klebeeffekt bewirkenden Remanenzinduktion des loslassenden Elektromagneten, der Bauteiletoleranzen und der den Schaltungs­ teilen zugeführten Versorgungsspannung. 10 different disturbance variables act on the armature during operation. This refers to changes of operational parameters, for example, the rest position of the armature, a possibly existing valve play, of the combustion chamber back pressure is to be opened against the gas exchange valve 15 if it is operated as an outlet valve, the residual gas turbulences when opening the gas exchange valve 15 if it operates as an inlet valve is, the friction, the temperature, the spring constants of the springs 13 , 14 , the properties of a possibly existing hydraulic valve play compensation element, the remanent induction of the releasing electromagnet, which causes an adhesive effect, the component tolerances and the supply voltage supplied to the circuit parts.

Um den Einfluß der Störgrößen auf die Dynamik des Ankers 10 zu kompensieren wird dessen Bewegungsverlauf geregelt. Das Regelverfahren wird im folgenden nur für den Betriebsfall beschrieben, bei dem das Gaswechselventil 15 geöffnet wird. Die Elektromagneten 11, 12 werden dabei entsprechend ihrer Wirkung als loslas­ sender Elektromagnet 101 bzw. fangender Elektromagnet 102 bezeichnet. Beim Schließen des Gaswechselventils 15 erfolgt die Regelung in analoger Weise mit glei­ chen Schaltungsmitteln.In order to compensate for the influence of the disturbance variables on the dynamics of the armature 10 , the course of its movement is regulated. The control method is described below only for the operating case in which the gas exchange valve 15 is opened. The electromagnets 11 , 12 are referred to according to their effect as loslas transmitter electromagnet 101 or electromagnet 102 . When the gas exchange valve 15 is closed, the control is carried out in an analogous manner with the same circuit means.

Die Regelung erfolgt in mehreren von der Ankerposition abhängigen Phasen. Fig. 2 zeigt den Bewegungsverlauf s(t) und die Geschwindigkeit v(t) des Ankers 10 sowie die verschiedenen Phasen A, B, C, D und E. Zum Zeitpunkt t0 wird der Anker 10 aus seiner am loslassenden Elektromagneten 101 anliegenden Schaltposition s1 losge­ lassen und bewegt sich zu seiner am fangenden Elektromagneten 102 anliegenden Schaltposition s2, die er zum Zeitpunkt t4 - dem Auftreffzeitpunkt - erreicht. Der Weg zwischen den beiden Schaltpositionen s1, s2 wird im folgenden als Hubweg bezeichnet. Die Phase A - im folgenden als Ablösephase bezeichnet - beginnt zum Zeitpunkt t0 und endet zum Zeitpunkt t1, die Phase B - im folgenden als Vorberei­ tungs-/Vorsteuerungsphase bezeichnet - beginnt zum Zeitpunkt t1 und endet zum Zeitpunkt t2, die Phase C - im folgenden als Vorregelungsphase bezeichnet - be­ ginnt zum Zeitpunkt t2 und endet zum Zeitpunkt t3, die Phase D - im folgenden als Endregelungsphase bezeichnet - beginnt zum Zeitpunkt t3 und endet zum Auftreff­ zeitpunkt t4 und die Phase E - im folgenden als Haltephase bezeichnet - beginnt zum Auftreffzeitpunkt t4 und dauert bis zu dem Zeitpunkt, zu dem der Anker 10 los­ gelassen werden soll. Die Zeitpunkte t1, t2, t3 werden wie folgt gewählt: zum Zeit­ punkt t1 beträgt der Abstand des Ankers zum loslassenden Elektromagneten 101 ca. 10% des Hubwegs, zum Zeitpunkt t2 ca. 50% des Hubwegs und zum Zeitpunkt t3 ca. 80% des Hubwegs.The regulation takes place in several phases depending on the anchor position. FIG. 2 shows the course of movement s (t) and the speed v (t) of the armature 10 as well as the different phases A, B, C, D and E. At time t0, the armature 10 becomes from its switching position s1 which is in contact with the releasing electromagnet 101 let go and moves to its switching position s2 on the catching electromagnet 102 , which it reaches at time t4 - the point of impact. The path between the two switching positions s1, s2 is referred to below as the stroke path. Phase A - hereinafter referred to as the replacement phase - begins at time t0 and ends at time t1, phase B - hereinafter referred to as preparation / pilot control phase - begins at time t1 and ends at time t2, phase C - below referred to as the pre-regulation phase - begins at time t2 and ends at time t3, phase D - hereinafter referred to as the final regulation phase - begins at time t3 and ends at the time of impact t4 and phase E - hereinafter referred to as the hold phase - begins at the time of impact t4 and continues until the anchor 10 is to be released. The times t1, t2, t3 are selected as follows: at time t1, the distance of the armature from the releasing electromagnet 101 is approximately 10% of the stroke, at time t2 approximately 50% of the stroke and at time t3 approximately 80% of Stroke.

Die Ablösephase A dient der Beobachtung des Ablöseverhaltens des Ankers 10 vom loslassenden Elektromagneten 101 mit dem Ziel, die Störgrößen zu ermitteln, den zeitlichen Verlauf eines durch den loslassenden Elektromagneten 101 fließenden Bremsstroms in Abhängigkeit der Störgrößen und Motorsteuerdaten 20 zu steuern, den durch den fangenden Elektromagneten 102 fließenden Fangstrom in Abhängig­ keit der Störgrößen und Motorsteuerdaten 20 vorzusteuern und eine am loslassen­ den Elektromagneten 101 anliegende Spannung gezielt umzupolen, um ein schnel­ les Loslösen des Ankers 10 zu gewährleisten.The detachment phase A is used to observe the detachment behavior of the armature 10 from the releasing electromagnet 101 with the aim of determining the disturbance variables, to control the time profile of a braking current flowing through the releasing electromagnet 101 as a function of the disturbance variables and motor control data 20 , that of the catching electromagnet Preventing 102 flowing catch current depending on the disturbance variables and motor control data 20 and reversing the voltage applied to the electromagnet 101 when it is released, in order to ensure a quick release of the armature 10 .

Die Vorbereitungs-/Vorsteuerungsphase B dient der genaueren Abschätzung der Störgrößen und der störgrößenabhängigen Vorsteuerung des Fangstroms mit dem Ziel, die für die anschließende Vorregelungsphase C erforderliche magnetische Energie rechtzeitig aufzubauen. Weiterhin werden Regelparameter der in der jeweili­ gen Steuerschaltung 20 bzw. 21 enthaltenen Regleranordnung für die Vorrege­ lungsphase C und die Endregelungsphase D ermittelt. Die für diese Phasen C und D geltenden Regelparameter unterscheiden sich voneinander, da der Zusammenhang zwischen der Ankerposition s(t) und dem Sollwert des Fangstroms nichtlinear ist und die Regleranordnung daher in diesen Phasen unterschiedliche Übertragungs­ funktionen (Regelstrukturen) aufweisen muß, um zu gewährleisten, daß der Anker 10 entsprechend dem gewünschten Bewegungsverlauf bewegt wird.The preparation / pre-control phase B is used to more precisely estimate the disturbance variables and the disturbance variable-dependent pre-control of the catching current with the aim of building up the magnetic energy required for the subsequent pre-regulation phase C in good time. Furthermore, control parameters of the controller arrangement contained in the respective control circuit 20 or 21 for the pre-regulation phase C and the final control phase D are determined. The control parameters valid for these phases C and D differ from each other, since the relationship between the armature position s (t) and the setpoint of the capture current is non-linear and the controller arrangement must therefore have different transmission functions (control structures) in these phases to ensure that the armature 10 is moved according to the desired course of movement.

In der Vorregelungsphase C und Endregelungsphase D wird der Bewegungsverlauf des Ankers 10 durch Variation des Sollwerts des Fangstrom geregelt. Die Regelpa­ rameter der den Sollwert erzeugenden Regleranordnung werden dabei auf die in der Phase B für die Vorregelungsphase C und für die Endregelungsphase D ermittelten Werte eingestellt.In the pre-regulation phase C and final regulation phase D, the course of movement of the armature 10 is regulated by varying the target value of the catching current. The control parameters of the controller arrangement generating the setpoint are set to the values determined in phase B for the pre-control phase C and for the final control phase D.

In der Haltephase E wird der Fangstrom auf einen zum Festhalten des Ankers 10 erforderlichen Haltewert reduziert mit dem Ziel, den Energiebedarf des Aktuators zu reduzieren. Hierzu wird der Fangstrom um einen vorgegebenen Wert reduziert und anhand der Detektorgröße d geprüft, ob der Anker 10 anschließend weiterhin am fangenden Elektromagneten 102 anliegt. Trifft dies zu, werden diese Schritte noch­ mals wiederholt, ansonsten wird der Fangstrom um einen Betrag erhöht, der ausrei­ chend groß gewählt ist, um den Anker 10 zurück zum fangenden Elektromagneten 102 zu bewegen. Zudem wird der Fangstrom entsprechend der Endregelungsphase D geregelt, um ein sanftes Wiederaufsetzen des Ankers 10 auf den fangenden Elek­ tromagneten 102 zu gewährleisten.In the holding phase E, the capture current is reduced to a holding value required to hold the armature 10 in place with the aim of reducing the energy requirement of the actuator. For this purpose, the capture current is reduced by a predetermined value and the detector size d is used to check whether the armature 10 then continues to be applied to the capturing electromagnet 102 . If this is the case, these steps are repeated again, otherwise the capture current is increased by an amount which is selected to be sufficiently large to move the armature 10 back to the capturing electromagnet 102 . In addition, the capture current is regulated in accordance with the final control phase D in order to ensure a gentle re-placement of the armature 10 on the capturing electromagnet 102 .

Fig. 3 zeigt das Prinzipschaltbild eines Teils des Regelkreises aus Fig. 1, mit dem in der Ablösephase A der durch den loslassenden Elektromagneten 101 des Aktuators 1 fließende Bremsstrom gesteuert wird. Gemäß diesem Prinzipschaltbild enthält die Steuerschaltung 20 eine Sollwertvorgabeeinrichtung 200, eine Meßwert­ auswerteeinrichtung 202 und eine Endstufe 201 mit einem Stromregler zur An­ steuerung des loslassenden Elektromagneten 101. Mit der Detektoranordnung 16, die beispielsweise einen Hallsensor als Positionssensor aufweist, wird der Verlauf der Ankerposition s(t) als Detektorgröße d detektiert. Die Detektorgröße d wird der Meßwertauswerteeinrichtung 202 zugeführt, die aus dem Verlauf der Ankerposition s(t) die Ankergeschwindigkeit v(t) ermittelt und die aus dem Verlauf der Ankerpositi­ on s(t) und der Ankergeschwindigkeit v(t) eine Abschätzung der auf den Bewegungs­ verlauf des Ankers 10 wirkenden Störgrößen vornimmt. Die Störgrößen lassen sich ermitteln, da ihr Einfluß auf die Ankerposition s(t) und die Ankergeschwindigkeit v(t) bekannt ist und aus dem anfänglichen Verlauf der Ankerposition s(t) und Ankerge­ schwindigkeit v(t) der weitere Verlauf der Ankerposition s(t) und Ankergeschwindig­ keit v(t) abgeschätzt werden kann. Die ermittelten Störgrößen werden als Meßgröße 210 der Sollwertvorgabeeinrichtung 200 zugeführt, die aus den Motorsteuerdaten 20 des Motorsteuergeräts 3 und der Meßgröße z10 den Sollwert i10 für den zeitlichen Verlauf des durch den loslassenden Elektromagneten 101 fließenden Bremsstroms erzeugt. Dieser Sollwert i10 wird der Endstufe 201 zugeführt, die dem loslassenden Elektromagneten 101 eine dem Sollwert i10 entsprechende Spannung u101 zuführt, welche bewirkt, daß der loslassende Elektromagnet 101 mit dem durch den Sollwert i10 vorgegebenen Bremsstrom bestromt wird. Durch den Bremsstrom wird der An­ ker 10 während seines Flugs zum fangenden Elektromagneten 102 abgebremst. Die Bremswirkung wird durch den Sollwert i10 derart eingestellt, daß der Anker 10, auch dann, wenn der fangende Elektromagnet 102 zum Auftreffzeitpunkt t4 mit ei­ ner Mindestkraft auf den Anker 10 wirkt, nicht mit einer zu hohen Geschwindigkeit auf den fangenden Elektromagneten 102 auftrifft. Die Mindestkraft ist dabei diejeni­ ge Magnetkraft des fangenden Elektromagneten 102, die erforderlich ist, um den Anker 10 in seiner am fangenden Elektromagneten 102 anliegenden Schaltposition s2 sicher festzuhalten. Als vorteilhaft erweist es sich, auch den Fangstrom als zu­ sätzliche Komponente der Detektorgröße zu erfassen und zu prüfen, inwieweit sich der Fangstrom über mehrere Bewegungszyklen des Ankers ändert. Aus diesen Än­ derungen lassen sich langsame Änderungen von Betriebsparametern als Störgrößen ermitteln und bei der Erzeugung des Sollwerts i10 für den Bremsstrom berücksichti­ gen. FIG. 3 shows the basic circuit diagram of part of the control circuit from FIG. 1, with which the braking current flowing through the releasing electromagnet 101 of the actuator 1 is controlled in the detachment phase A. According to this basic circuit diagram, the control circuit 20 contains a setpoint specification device 200 , a measured value evaluation device 202 and an output stage 201 with a current controller for controlling the releasing electromagnet 101 . With the detector arrangement 16 , which has, for example, a Hall sensor as the position sensor, the course of the armature position s (t) is detected as the detector variable d. The detector variable d is fed to the measured value evaluation device 202 , which determines the armature speed v (t) from the course of the armature position s (t) and which estimates the on the from the course of the armature position s (t) and the armature speed v (t) Movement course of the armature 10 makes disturbing variables. The disturbance variables can be determined since their influence on the anchor position s (t) and the anchor speed v (t) is known and from the initial course of the anchor position s (t) and anchor speed v (t) the further course of the anchor position s ( t) and anchor speed v (t) can be estimated. The ascertained disturbance variables are fed as a measurement variable 210 to the setpoint specification device 200 , which generates the setpoint value i10 for the temporal course of the braking current flowing through the releasing electromagnet 101 from the motor control data 20 of the engine control unit 3 and the measurement variable z10. This setpoint i10 is fed to the output stage 201 , which supplies the releasing electromagnet 101 with a voltage u101 corresponding to the setpoint i10, which causes the releasing electromagnet 101 to be energized with the braking current specified by the setpoint i10. By the braking current, the ker 10 is braked during its flight to the capturing electromagnet 102 . The braking effect is set by the target value i10 such that the armature 10, even if the catching electromagnet 102 acts to impact time t4 with egg ner minimum force on the armature 10 is not incident at an excessively high speed to the capturing electromagnet 102nd The minimum force is the magnetic force of the capturing electromagnet 102 which is required in order to securely hold the armature 10 in its switching position s2 applied to the capturing electromagnet 102 . It proves to be advantageous to also detect the capture current as an additional component of the detector size and to check to what extent the capture current changes over several movement cycles of the armature. From these changes, slow changes in operating parameters can be determined as disturbance variables and taken into account when generating the setpoint i10 for the braking current.

Fig. 4 zeigt ein erstes Prinzipschaltbild eines Teils des Regelkreises aus Fig. 1, mit dem der Bewegungsverlauf des Ankers 10 in den Phasen A bis E der durch Steue­ rung des durch den fangenden Elektromagneten 102 des Aktuators 1 fließenden Fangstroms geregelt wird. Gemäß Fig. 4 umfaßt die Steuerschaltung 21 aus Fig. 1 eine Meßwertauswerteeinrichtung 212, eine Meßeinrichtung 213 zur Ermittlung von langsamen Schwankungen der Betriebsparameter, eine Vorsteuereinrichtung 214, eine Regleranordnung 216, eine Reglersteuereinrichtung 215, eine Endstufe 211 mit einem Stromregler, eine Istwertermittlungseinrichtung 217, eine Sollwertvorgabeein­ richtung 210, eine Vergleichseinrichtung 218 und eine Summationseinrichtung 219. Fig. 4 shows a first block diagram of part of the control circuit of Fig. 1, with which the movement of the armature 10 is regulated in phases A to E by control of the trapping current flowing through the capturing electromagnet 102 of the actuator 1 . According to FIG. 4, the control circuit 21 1 comprises in Fig. A Meßwertauswerteeinrichtung 212, a measuring device 213 for the determination of slow fluctuations in the operating parameter, a pre-control arrangement 214, a regulator assembly 216, a controller control unit 215, an amplifier 211 having a flow controller, a Istwertermittlungseinrichtung 217, a setpoint input device 210 , a comparison device 218 and a summation device 219 .

Mit der Detektoranordnung 16 wird die momentane Ankerposition s(t) als Detektor­ größe d erfaßt. Die Detektorgröße d wird dann der Meßwertauswerteeinrichtung 212 zugeführt, die durch Auswertung des Verlaufs der Detektorgröße d die momen­ tane Ankergeschwindigkeit v(t) ermittelt oder vorausschauend eine Abschätzung des weiteren Verlaufs der Ankergeschwindigkeit v(t) vornimmt. Das Ergebnis der Aus­ wertung wird als Meßgröße z11, die die Ankergeschwindigkeit v(t) und Ankerposition s(t) als Komponenten enthält, am Ausgang der Meßwertauswerteeinrichtung 212 abgegeben. Die Meßgröße z11 enthält als zusätzliche Komponente auch den Fang­ strom i(t), der ebenfalls mit der Detektoranordnung 16 erfaßt wird. With the detector arrangement 16 , the current anchor position s (t) is detected as the detector size d. The detector variable d is then fed to the measured value evaluation device 212 , which determines the instantaneous armature speed v (t) by evaluating the course of the detector size d or anticipates the further course of the armature speed v (t). The result of the evaluation is output as measured variable z11, which contains the armature speed v (t) and armature position s (t) as components, at the output of the measured value evaluation device 212 . The measured variable z11 also contains the catch current i (t) as an additional component, which is also detected by the detector arrangement 16 .

Die Meßgröße z11 wird der Meßeinrichtung 213 zugeführt, welche die sich über mehrere Bewegungszyklen des Ankers 10 ergebenden Änderungen der Meßgröße z11 erfaßt und daraus eine Zustandsgröße z12 als Maß von langsamen Schwankun­ gen der Betriebsparameter - insbesondere der Temperatur und der durch die Tem­ peraturänderung bewirkten Änderungen der elektrischen und mechanischen Eigen­ schaften des Aktuators 1 - erzeugt.The measured variable z11 is fed to the measuring device 213 , which detects the changes in the measured variable z11 which result over several movement cycles of the armature 10 and from this a state variable z12 as a measure of slow fluctuations in the operating parameters - in particular the temperature and the changes caused by the temperature change electrical and mechanical properties of the actuator 1 - generated.

Die Meßgröße z11, die Zustandsgröße z12 und die vom Motorsteuergerät 3 geliefer­ ten Motorsteuerdaten z0 werden der Vorsteuerungseinrichtung 214, der Reglerein­ richtung 215 und der Sollwertvorgabeeinrichtung 210 als Eingangssignale zugeführt.The measured variable z11, the state variable z12 and the engine control data z0 supplied by the engine control unit 3 are supplied to the pilot control device 214 , the controller device 215 and the setpoint input device 210 as input signals.

Die Meßgröße z11 wird ferner der Istwertermittlungseinrichtung 217 zugeführt, die daraus anhand eines Kennfelds eine Regelgröße x bildet, die in einer ersten Ausge­ staltung der Erfindung der Istwert der auf den Anker 10 wirkenden Magnetkraft des fangenden Elektromagneten 102 ist, in einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung der Istwert der im Aktuator 1 gespeicherten Energie ist und in einer dritten Ausge­ staltung der Erfindung eine vektorielle Größe ist, die neben dem Istwert der im Ak­ tuator 1 gespeicherten Energie zusätzlich noch den Istwert des Fangstroms als Komponente enthält. Das zur Ermittlung der Regelgröße erforderliche Kennfeld läßt sich durch Simulation oder durch eine Meßreihe ermitteln.The measured variable z11 is also fed to the actual value determination device 217 , which uses it to form a control variable x based on a map, which in a first embodiment of the invention is the actual value of the magnetic force acting on the armature 10 of the capturing electromagnet 102 , in a second embodiment of the invention the Actual value of the energy stored in the actuator 1 and in a third embodiment of the invention is a vector quantity which, in addition to the actual value of the energy stored in the actuator 1 , also contains the actual value of the catching current as a component. The map required to determine the controlled variable can be determined by simulation or by a series of measurements.

Der Bewegungsverlauf des Ankers 10 wird durch Steuerung des durch den fangen­ den Elektromagneten 102 fließenden Fangstroms geregelt, wobei der Fangstrom derart variiert wird, daß die Regelgröße x einen bestimmten zeitlichen oder positi­ onsabhängigen Verlauf aufweist. Dieser bestimmte Verlauf wird durch eine Füh­ rungsgröße x0 vorgegeben. Die Führungsgröße x0 wird dabei derart vorgegeben, daß der Anker 10 entsprechend dem gewünschten Bewegungsverlauf bewegt wird. Sie wird von der Sollwertvorgabeeinrichtung 210 aus den Motorsteuerdaten 20, der Meßgröße z11 und der Zustandsgröße z12 generiert. Durch die Berücksichtigung der Meßgröße z11 und der Zustandsgröße z12 bei der Generierung der Führungs­ größe x0 wird der Einfluß von Störgrößen oder Änderungen der Betriebsparameter auf den Bewegungsverlauf des Ankers 10 kompensiert. Die Führungsgröße x0 wird somit adaptiv an die momentanen Betriebsparameter angepaßt.The course of movement of the armature 10 is regulated by controlling the catching current flowing through the catching electromagnet 102 , the catching current being varied in such a way that the controlled variable x has a specific temporal or position-dependent course. This particular course is specified by a guide variable x0. The command variable x0 is specified such that the armature 10 is moved in accordance with the desired course of movement. It is generated by the setpoint specification device 210 from the engine control data 20 , the measured variable z11 and the state variable z12. By taking the measured variable z11 and the state variable z12 into account when generating the command variable x0, the influence of disturbance variables or changes in the operating parameters on the course of movement of the armature 10 is compensated for. The command variable x0 is thus adaptively adapted to the current operating parameters.

Die Regelgröße x wird in der Vergleichseinrichtung 218 mit der Führungsgröße x0 verglichen. Das Ergebnis des Vergleichs - die Regelabweichung Δx - wird der Reg­ leranordnung 216 zugeführt, die daraus einen Reglersollwert 10 für den Fangstrom erzeugt.The controlled variable x is compared in the comparison device 218 with the reference variable x0. The result of the comparison - the control deviation .DELTA.x - is fed to the controller arrangement 216 , which generates a controller setpoint 10 for the capture current.

Die Regleranordnung 216 weist in der Vorregelungsphase C und Endregelungsphase D unterschiedliche, von mehreren Regelparametern abhängige Übertragungsfunk­ tionen auf, die das Regelverhalten, d. h. die Übertragungsfunktion des Regelkreises, bestimmen. Für die Vorregelungsphase C wird dabei eine Übertragungsfunktion ge­ fordert, die trotz der geringen Fernwirkung des fangenden Elektromagneten 102 eine Beeinflussung der Ankerposition s durch den Regelkreis ermöglicht und für die Endregelungsphase D wird eine Übertragungsfunktion gefordert, die eine Feinrege­ lung des Bewegungsverlaufs des Ankers 10 ermöglicht.In the pre-control phase C and final control phase D, the controller arrangement 216 has different transmission functions which are dependent on a plurality of control parameters and which determine the control behavior, ie the transfer function of the control loop. For the precontrol phase C, a transfer function is required which, despite the low remote effect of the capturing electromagnet 102, enables the armature position s to be influenced by the control circuit, and for the final control phase D a transfer function is required which enables fine adjustment of the course of movement of the armature 10 .

Die Einstellung der für die Phase C bzw. D erforderlichen Übertragungsfunktion er­ folgt dabei mittels der Reglersteuereinrichtung 215 durch Variation der Regelpara­ meter. Die Regelparameter werden von der Reglersteuereinrichtung 215 in Abhän­ gigkeit der Meßgröße z11, der Zustandsgröße z12 und der Motorsteuerdaten 20 derart vorgegeben, daß der störende Einfluß der Störgrößen und der langsamen Betriebsparameterschwankungen auf das Regelverhalten des Regelkreises kompen­ siert wird.The setting of the transfer function required for phase C or D is carried out by means of the controller control device 215 by varying the control parameters. The control parameters are specified by the controller control device 215 as a function of the measured variable z11, the state variable z12 and the engine control data 20 such that the disruptive influence of the disturbance variables and the slow fluctuations in operating parameters on the control behavior of the control loop is compensated.

Die Vorsteuerungseinrichtung 214 ermittelt in der Ablösephase A und der Vorberei­ tungs-/Vorsteuerungsphase B aus der Meßgröße z11 die auf den Regelkreis wir­ kenden Störgrößen und generiert aus den Werten dieser Störgrößen, aus den Ma­ torsteuerdaten z0 und der Zustandsgröße z12 einen Vorsteuerungssollwert i1, der in der Summationseinrichtung 219 mit dem Reglersollwert i0 zum Sollwert i11 des Fangstroms summiert wird. Der Sollwert i11 wird der Endstufe 211 zugeführt, die dem fangenden Elektromagneten 102 eine dem Sollwert i11 entsprechende Span­ nung u102 zuführt. Aufgrund dieser Spannung u102 fließt dann der Fangstrom durch den fangenden Elektromagneten 102. Ziel der durch die Summation des Reglersollwerts i0 und des Vorsteuerungssollwerts i1 realisierten Vorsteuerung ist es, dem Aktuator 1 rechtzeitig die für die Regelung erforderliche Energie zuzuführen, da ihm während der Vorregelungsphase C und Endregelungsphase D aufgrund der durch die Induktivität des fangenden Elektromagneten 102 begrenzten Anstiegsge­ schwindigkeit des Fangstroms nur eine begrenzte Menge an Energie zugeführt wer­ den kann. The pilot control device 214 determines in the detachment phase A and the preparation / pilot control phase B from the measured variable z11 the disturbance variables acting on the control loop and generates a pilot control setpoint value i1 from the values of these disturbance variables, the master control data z0 and the state variable z12 the summing means 219 is summed with the controller setpoint i0 to the target value i11 of the capture current. The setpoint i11 is supplied to the output stage 211 , which supplies the capturing electromagnet 102 with a voltage u102 corresponding to the setpoint i11. Because of this voltage u102, the capture current then flows through the capturing electromagnet 102 . The aim of the pilot control realized by the summation of the controller setpoint i0 and the pilot control setpoint i1 is to supply the actuator 1 with the energy required for the control in good time, since during the pre-control phase C and the final control phase D, the rate of increase due to the increase in the inductance of the capturing electromagnet 102 limits it of the catch current only a limited amount of energy can be supplied to who.

Das weitere Prinzipschaltbild gemäß Fig. 5 zeigt als weiteres Ausführungsbeispiel ebenfalls denjenigen Teil des Regelkreises aus Fig. 1, mit dem der Bewegungsver­ lauf des Ankers 10 in den Phasen A bis E der durch Steuerung des durch den fan­ genden Elektromagneten 102 fließenden Fangstroms geregelt wird. Dieser Teil un­ terscheidet sich vom entsprechenden Teil aus Fig. 4 dadurch, daß die lstwerter­ mittlung der Regelgröße x in der Meßwertauswerteeinrichtung 212 vorgenommen wird, d. h. die Regelgröße x ist gleichzeitig auch die Meßgröße z11.The further basic circuit diagram of FIG. 5 shows as a further embodiment, also that part of the control loop of FIG. 1, with which the Bewegungsver run of the armature 10 in the phases A to E is the regulated by controlling the current flowing through the fan constricting electromagnet 102 capture current. This part un differs from the corresponding part from FIG. 4 in that the actual value averaging of the controlled variable x is carried out in the measured value evaluation device 212 , ie the controlled variable x is also the measured variable z11.

In einer ersten Ausgestaltung der Schaltungsanordnung aus Fig. 5 wird der Fang­ strom und die Ankerposition s(t) mit der Detektoranordnung 16 erfaßt. Hieraus er­ zeugt die Meßwertauswerteeinrichtung 212 eine den Istwert der Ankergeschwindig­ keit v(t) und des Fangstroms enthaltende Größe als Regelgröße x. In einer zweiten Ausgestaltung dieser Schaltungsanordnung wird mit der Detektoranordnung 16 der Fangstrom und als weitere Komponente die Änderung des magnetischen Flusses im aktiven Magnetkreis als Detektorgröße d erfaßt. Die Änderung des magnetischen Flusses wird dabei mittels einer im aktiven Magnetkreis vorgesehenen, vorteilhaf­ terweise im Spulenfenster des fangenden Elektromagneten angeordneten, Meßspule erfaßt. Mit einer derartigen Meßspule läßt sich auch eine Spannung, die durch die Änderung des magnetischen Flusses in der Meßspule induziert wird, als Detektor­ größe d erfassen. Aus der Detektorgröße d bildet die Meßwertauswerteeinrichtung 212 dann die Regelgröße x, die den Istwert des magnetischen Flusses oder der in der Meßspule induzierten Spannung und den Istwert des Fangstroms als Komponen­ ten enthält.In a first embodiment of the circuit arrangement from FIG. 5, the capture current and the armature position s (t) are detected with the detector arrangement 16 . From this, the measured value evaluation device 212 generates a variable containing the actual value of the armature speed v (t) and the catching current as controlled variable x. In a second embodiment of this circuit arrangement, the capture current 16 and, as a further component, the change in the magnetic flux in the active magnetic circuit are detected as detector variable d with the detector arrangement 16 . The change in the magnetic flux is detected by means of a measuring coil provided in the active magnetic circuit, advantageously arranged in the coil window of the capturing electromagnet. With such a measuring coil, a voltage which is induced by the change in the magnetic flux in the measuring coil can also be detected as the detector size d. From the detector variable d, the measured value evaluation device 212 then forms the controlled variable x, which contains the actual value of the magnetic flux or the voltage induced in the measuring coil and the actual value of the capture current as components.

Claims (15)

1. Verfahren zur Regelung des Bewegungsverlaufs eines Ankers (10), der sich in einem elektromagnetischen Aktuator (1) gegen die Kraft zweier gegensinnig wirken­ der Federn (13, 14) von einem loslassenden Elektromagneten (101) zu einem die­ sem gegenüberliegenden fangenden Elektromagneten (102) bewegt, bei dem in einem Regelkreis (16, 20, 21, 101, 102) eine vom Bewegungsverlauf des Ankers (10) abhängige Detektorgröße (d) erfaßt wird, aus der eine von der Ankerposition (s) oder Zeit (t) abhängige Größe als Regelgröße (x) gebildet wird, die auf eine Füh­ rungsgröße (x0) geregelt wird durch Steuerung des Sollwertes (i11) eines durch den fangenden Elektromagneten (102) fließenden Fangstroms, dadurch gekennzeichnet, daß der Verlauf der Führungsgröße (x0) in Abhängigkeit der Detektorgröße (d) derart vorgegeben wird, daß der Anker (10) mit einer vorgebbaren Geschwindigkeit auf den fangenden Elektromagneten (102) auftrifft.1. A method for regulating the course of movement of an armature ( 10 ) which acts in an electromagnetic actuator ( 1 ) against the force of two oppositely acting springs ( 13 , 14 ) from a releasing electromagnet ( 101 ) to a captive electromagnet (opposite) 102 ), in which in a control loop ( 16 , 20 , 21 , 101 , 102 ) a detector variable (d) dependent on the course of movement of the armature ( 10 ) is detected, from which one depends on the armature position (s) or time (t) dependent variable is formed as a controlled variable (x), which is regulated to a guide variable (x0) by controlling the setpoint (i11) of a trapping current flowing through the catching electromagnet ( 102 ), characterized in that the course of the reference variable (x0) in Dependency of the detector size (d) is predetermined such that the armature ( 10 ) strikes the capturing electromagnet ( 102 ) at a predeterminable speed. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Verlauf der Detektorgröße (d) auf den Regelkreis (16, 20, 21, 101, 102) wirkende Störgrößen ermittelt werden und daß der Verlauf der Führungsgröße (x0) derart vorgegeben wird, daß der Einfluß der Störgrößen auf die Geschwindigkeit des Ankers (10) beim Auftreffen des Ankers (10) auf den fangende Elektromagneten (102) kompensiert wird.2. The method according to claim 1, characterized in that disturbance variables acting on the control loop ( 16 , 20 , 21 , 101 , 102 ) are determined from the course of the detector variable (d) and that the course of the command variable (x0) is predetermined in such a way that the influence of the disturbance variables on the speed of the armature ( 10 ) when the armature ( 10 ) strikes the catching electromagnet ( 102 ) is compensated. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung in mehre­ ren Phasen verläuft, wobei eine unmittelbar nach dem Ablösen des Ankers (10) vom loslassenden Elektromagneten (101) beginnende Phase als Ablösephase (A) defi­ niert wird, in der der Verlauf des Sollwertes (i11) des Fangstroms in Abhängigkeit der Störgrößen vorgesteuert wird und/oder der Verlauf eines durch den loslassen­ den Elektromagneten (101) fließenden Stromes als Bremsstroms in Abhängigkeit der Störgrößen gesteuert wird.3. The method according to claim 2, characterized in that the control takes place in several phases, wherein a phase immediately after the armature ( 10 ) is released from the releasing electromagnet ( 101 ) is defined as the separation phase (A) in which the The setpoint value (i11) of the catching current is precontrolled as a function of the disturbance variables and / or the course of a current flowing through the releasing the electromagnet ( 101 ) is controlled as a braking current as a function of the disturbance variables. 4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektorgröße (d) in mehreren Bewegungszyklen des Ankers (10) erfaßt wird, daß aus der sich über mehrere Bewegungszyklen ergebenden Änderung der Detek­ torgröße (d) langsame Schwankungen von Betriebsparametern ermittelt werden und daß der fangende Elektromagnet (102) in Abhängigkeit der langsamen Schwankun­ gen der Betriebsparameter bestromt wird.4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the detector size (d) is detected in several movement cycles of the armature ( 10 ) that slow fluctuations in operating parameters are determined from the change in the detector size (d) which results over several movement cycles and that the catching electromagnet ( 102 ) is energized depending on the slow fluctuations in the operating parameters. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsgröße (x0) in Abhängigkeit der langsamen Schwankungen der Betriebsparameter vorgegeben wird.5. The method according to claim 4, characterized in that the command variable (x0) depending on the slow fluctuations in the operating parameters becomes. 6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Fangstrom (i(t)) in Abhängigkeit der langsamen Schwankungen der Betriebsparameter vorge­ steuert wird.6. The method according to claim 4 or 5, characterized in that the capture current (i (t)) as a function of the slow fluctuations in the operating parameters is controlled. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungsfunktion des Regelkreises in Abhängigkeit der langsamen Schwankun­ gen der Betriebsparameter vorgegeben wird.7. The method according to any one of claims 4 to 6, characterized in that the Transfer function of the control loop depending on the slow fluctuation the operating parameters are specified. 8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungsfunktion des Regelkreises in Abhängigkeit der Detektorgröße (d) vorgegeben wird.8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the transfer function of the control loop depending on the detector size (d) is specified. 9. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Fangstrom (i(t)) in einer nach dem Auftreffen des Ankers (10) auf den fangenden Elektromagneten (102) beginnenden Haltephase (E) geregelt wird, indem folgende Verfahrensschritte zyklisch wiederholt werden:
  • - der Fangstrom wird um einen vorgegebenen Betrag reduziert,
  • - anhand der Detektorgröße (d) wird geprüft, ob der Anker (10) weiterhin am fan­ genden Elektromagneten (102) anliegt,
  • - der Fangstrom (i(t)) wird, falls der Anker (10) nicht mehr am fangenden Elektroma­ gneten (102) anliegt, erhöht, um den Anker (10) geregelt zurück zum fangenden Elektromagneten (102) zu bewegen.
9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the capture current (i (t)) in a after the impact of the armature ( 10 ) on the capturing electromagnet ( 102 ) beginning holding phase (E) is regulated by the following method steps cyclically be repeated:
  • - the catching current is reduced by a predetermined amount,
  • - On the basis of the detector size (d), it is checked whether the armature ( 10 ) is still applied to the fan-generating electromagnet ( 102 ),
  • - The capture current (i (t)) is increased if the armature ( 10 ) is no longer gneten on the capturing electroma ( 102 ), in order to move the armature ( 10 ) back to the capturing electromagnet ( 102 ) in a controlled manner.
10. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (10) auf ein Gaswechselventil (15) einer Brennkraftmaschine wirkt, die durch Motorsteuerdaten (z0) gesteuert wird.10. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the armature ( 10 ) acts on a gas exchange valve ( 15 ) of an internal combustion engine, which is controlled by engine control data (z0). 11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsgröße (x0) in Abhängigkeit der Motorsteuerdaten (z0) vorgegeben wird.11. The method according to claim 10, characterized in that the command variable (x0) depending on the engine control data (z0). 12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Fang­ strom in Abhängigkeit der Motorsteuerdaten (z0) gesteuert wird.12. The method according to claim 10 or 11, characterized in that the catch current is controlled depending on the motor control data (z0). 13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungsfunktion des Regelkreises in Abhängigkeit der Motorsteuerdaten (z0) vorgegeben wird.13. The method according to any one of claims 9 to 12, characterized in that the Transfer function of the control loop depending on the engine control data (z0) is specified. 14. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektorgröße (d) mit einer Meßspule erfaßt wird, die im Aktuator (1) derart an­ geordnet ist, daß sie vom magnetischen Fluß des fangenden Elektromagneten (102) durchflutet wird.14. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the detector size (d) is detected with a measuring coil which is arranged in the actuator ( 1 ) in such a way that it is flooded by the magnetic flux of the capturing electromagnet ( 102 ). 15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß eine in der Meß­ spule induzierte Spannung oder der aus dieser Spannung ermittelte magnetische Fluß als Detektorgröße (d) erfaßt wird.15. The method according to claim 14, characterized in that one in the measuring coil induced voltage or the magnetic determined from this voltage Flow is detected as the detector size (d).
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