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EP1108120A1 - Einrichtung zum steuern eines stellgeräts - Google Patents

Einrichtung zum steuern eines stellgeräts

Info

Publication number
EP1108120A1
EP1108120A1 EP99945923A EP99945923A EP1108120A1 EP 1108120 A1 EP1108120 A1 EP 1108120A1 EP 99945923 A EP99945923 A EP 99945923A EP 99945923 A EP99945923 A EP 99945923A EP 1108120 A1 EP1108120 A1 EP 1108120A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
coil
output stage
power output
operating state
bzl
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.)
Granted
Application number
EP99945923A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1108120B1 (de
Inventor
Joachim Melbert
Stefan Butzmann
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.)
Siemens AG
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
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 Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Publication of EP1108120A1 publication Critical patent/EP1108120A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1108120B1 publication Critical patent/EP1108120B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/20—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils
    • 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
    • F01L2201/00—Electronic control systems; Apparatus or methods therefor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F02D13/00—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing
    • F02D13/02—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing during engine operation
    • F02D13/0253—Fully variable control of valve lift and timing using camless actuation systems such as hydraulic, pneumatic or electromagnetic actuators, e.g. solenoid valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02D41/0002—Controlling intake air
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02D2041/2006—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils using means for creating a boost voltage, i.e. generation or use of a voltage higher than the battery voltage, e.g. to speed up injector opening by using a boost capacitor
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02D2041/2068—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils characterised by the circuit design or special circuit elements
    • F02D2041/2075—Type of transistors or particular use thereof
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    • F02D2041/2068—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils characterised by the circuit design or special circuit elements
    • F02D2041/2079—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils characterised by the circuit design or special circuit elements the circuit having several coils acting on the same anchor

Definitions

  • the invention relates to a device for controlling a
  • Actuator which is provided in particular for controlling an internal combustion engine.
  • a known actuator (DE 195 26 683 AI) has an actuator, which is designed as a gas exchange valve, and one
  • the actuator has two electromagnets, between which an armature plate can be moved against the force of a resetting means by switching off the coil current on the holding electromagnets and switching on the coil current on the capturing electromagnet.
  • the coil current of the respective capturing electromagnet is regulated to a predetermined catch value, specifically for a predetermined period of time which is dimensioned such that the armature plate strikes a contact surface on the capturing electromagnet within the period.
  • the coil current of the capturing electromagnet is then regulated to a holding value.
  • the force that acts on the armature plate essentially depends on the position of the armature plate and the excitation of the coil of the electromagnet in question.
  • the excitation of the coil in turn depends on the current through the coil.
  • the steepness of the current increase in the current through the coil is given by the voltage drop across the coil.
  • Motor vehicles usually have a voltage supply which provides a predetermined operating voltage to the electrical consumers of the motor vehicle. With the usual operating voltages from 12 to a maximum of 42 volts, the anchor plate may drop undesirably into a rest position. The time can also be changed if necessary
  • a device for controlling an electromagnetic consumer which comprises a half-bridge and an energy-storing element which is arranged between the half-bridge and a voltage source.
  • the object of the invention is to provide a device for controlling an actuator which is simple and which ensures safe and reliable operation of the actuator.
  • Figure 1 an arrangement of an actuator and a control device in an internal combustion engine
  • Figure 2a a power output stage of the control device in an operating state of normal energization
  • Figure 2b the power output stage in the operating state of the freewheel
  • Figure 2c the power output stage in the operating state fast current withdrawal
  • Figure 2d the power stage in the operating state of the • fast current
  • FIG. 2e a table of the operating states of a first power output stage
  • FIG. 2e a table of the operating states of a second power output stage
  • FIG. 3 the first power output stage and a second power output stage
  • FIG. 4 a flow chart for controlling the first coil
  • Figure 5 is a flowchart of a diagram for controlling the second coil
  • Figure 6 Waveforms of the current and voltages.
  • An actuator 1 (FIG. 1) comprises an actuator 11 and an actuator 12, which is preferably designed as a gas exchange valve and has a shaft 121 and a plate 122.
  • the actuator 11 has a housing 111 in which a first and a second electromagnet are arranged.
  • the first electromagnet has a first core 112, in which a first coil 113 is embedded in an annular groove.
  • the second electromagnet has a second core 114, in which a second coil 115 is embedded in a further annular groove.
  • An armature is provided, the armature plate 116 of which is movably arranged in the housing 111 between a first contact surface 115a of the first electromagnet and a second contact surface 115b of the second electromagnet.
  • the armature further comprises an armature shaft 117 which is guided through recesses in the first and second core 112, 114 and which can be mechanically coupled to the shaft 121 of the actuator 12.
  • a first reset means 118a and a second reset means 118b bias the anchor plate 116 into a predetermined rest position N.
  • Actuator 1 is rigidly connected to a cylinder head 21.
  • An intake port 22 and a cylinder 23 with a piston 24 are assigned to the cylinder head 21.
  • the piston 24 is coupled to a crankshaft 26 via a connecting rod 25.
  • a control device 3 which detects signals from sensors and / or detects signals from a higher-level control device (not shown) for engine operating functions and generates actuating signals, depending on which the first and second coils 113, 115 of the actuating device 1 are controlled.
  • the sensors which are assigned to the control device 3 are designed as a first ammeter 34, which detects an actual value I_AV1 of the current through the first coil, or its second ammeter 35, which detects an actual value I_AV2 of the current through the second coil 115. In addition to the sensors mentioned, other sensors can also be present.
  • the control device further comprises a control unit 31 and a first power output stage 32 and a second power output stage 33.
  • the control unit 31 generates depending on control commands from the higher-level control device and depending on the actual values I_AV1, I_AV2 of the current through the first and second coils 113, 115 Control signals for the control lines L1, L2, L3, via which the control unit 31 is electrically conductively connected to the first output stage 32, and control signals for the control lines L1 ', L2', L3 ', via which the control unit 31 is electrically conductive to the second output stage 33 is connected.
  • the first and second power output stages 32, 33 differ only in that the first power output stage 32 are provided for driving the first coil 113 and the second power output stage for driving the second coil 115.
  • the circuit arrangement and functioning of its components is equivalent.
  • the first power output stage 32 is described below as an example.
  • the first power output stage 32 (FIG. 2a) has a first transistor T1, the gate connection of which is electrically conductively connected to the control line L1, a second transistor T2, the gate connection of which is electrically conductively connected to the control line L2, and a third Transistor T3, the gate terminal of which is electrically connected to a control line L3.
  • the first line Stungsendch 32 also includes diodes Dl, D3, D4, a free-wheeling diode D2, an electrical energy store designed as a capacitor C, and a resistor R, which is provided as a measuring resistor for the ammeter 34.
  • the first power output stage can be controlled in five different operating states BZl, each of which is characterized by the respective switching state of the transistors T1, T2, T3. If there is a high voltage potential at the gate connections of the transistors T1, T2, T3, which are preferably designed as MOS transistors, the respective transistor T1,
  • the five operating states BZl are plotted in FIG. 2e with the associated switching states of the transistors Tl, T2, T2.
  • the five operating states BZl are an idle state RZ, normal energization NB, freewheeling FL, rapid current withdrawal SSR and rapid energization SB.
  • the operating states BZl of the power output stage 32 are explained in more detail below with reference to FIGS. 2a to 2d.
  • the transistors T1, T2, T3 are all non-conductive.
  • the actual value I_AV1 of the current through the first coil is zero and the voltage drop U L at the first coil is also zero.
  • the transistors T1 and T2 are operated in a conductive (ON) and transistor T3 are operated in a non-conductive (OFF) manner.
  • Current then flows from a voltage source with the potential of the supply voltage U B through the transistor T1, the diode D1, the connection ALI of the first coil 113, through the first coil 113 to the connection AL2 of the first coil 113, through the transistor T2 and the resistance R to a ground connection that is at a reference potential.
  • the current increases in accordance with the ratio of the voltage drop UL across the first coil 113 and the inductance of the first coil 113.
  • the transistor T2 In the operating state of the freewheeling device FL, the transistor T2 is operated in a conductive state (ON), while the transistors Tl, T3 are not operated in a conductive state (OFF).
  • a current flows from the connection ALI through the first coil 113 to the connection
  • the freewheeling diode D2 becomes conductive and the current through the first coil 113 decreases depending on the losses in the coil 113, in the transistor T2, the resistor R and the freewheeling diode D2.
  • the voltage drop U L at the first coil 113 is then given by the forward voltages of the freewheeling diode and the transistor T2 and the voltage drop across the resistor R (a total of, for example, 2 volts).
  • the transistors T1, T2 and T3 are operated in a non-conductive manner. If a current flows through the first coil 113 during the transition to the operating state BZl of the rapid current reduction SSR, the freewheeling diode D2 and the diode D3 become conductive. The current then flows from the reference potential via the freewheeling diode D2 to the connection ALI of the first coil 113 and then through the first coil 113 to the connection AL2. From there, the current flows through the diode D3 to the capacitor C and charges it.
  • the current through the first coil decreases significantly faster in the operating state of the rapid current reduction SSR than in the operating state BZl of the freewheel FL, since the negative supply voltage U B at the first coil 113 is reduced by the voltage drop U c at the capacitor C and the forward voltages of the freewheeling diode D2 and the diode D3 drops.
  • the first coil 113 and the capacitor C form a first resonant circuit.
  • the first transistor T1 is operated in a non-conductive manner (OFF) and the transistors T2 ' and T3 are operated in a conductive manner (ON).
  • the voltage drop U L at the first coil 113 is equal to the sum of the supply voltage U B and the voltage drop U c at the capacitor C reduced by the forward voltages of the transistors T2 and T3 and the voltage drop across the resistor R.
  • the voltage drop U L at the first coil 113 is then, for example, approximately 80 V at a supply voltage U v of approximately 42 V.
  • the increase in the current through the first coil 113 is then approximately twice as high as if only the supply voltage U B drops at the first coil 113.
  • a diode D4 is connected in parallel with the capacitor C, this ensures that the voltage potential at the drain terminal of the transistor T3 does not fall below the supply voltage U B by more than the forward voltage of the diode D4.
  • FIG. 3 shows the first and second power output stages 32, 33 in an embodiment in which a common capacitor C is assigned to both power output stages 32, 33.
  • This embodiment has the advantage that only one capacitor is provided, as a result of which the power output stages are generally inexpensive, and the capacitor C can be charged in an operating state ZI of the first power output stage 32 of the fast current recovery SSR, and subsequently in an operating state BZ2 of the fast Energizing SB of the second power stage 34 can be discharged again. The reverse is also possible.
  • the reference numerals of the Most power output stage 32 corresponding elements of the second power output stage 33 are each provided with a "'".
  • FIG. 4 shows a flow diagram of a first program that is processed in the control unit 31.
  • the program is started in a step S1.
  • the current target position of the anchor plate 116 is read, which is specified by the higher-level control device.
  • a step S2 it is checked whether the target position of the anchor plate 116 has changed to the open position 0 since the last call to the closed position S. If this is the case, then in a step S3 the first power output stage 32 is controlled in the operating state BZl rapid current reduction SSR.
  • the first power output stage 32 changes to the operating state BZl of the idle state RZ as soon as the current through the first coil 113 becomes zero.
  • the first program is then ended in step S5.
  • step S7 checks whether the target position of the anchor plate 116 has changed from the open position 0 to the closed position S since the last call of the first program. If this is the case, a first controller R1 is activated in a step S8.
  • the controlled variable of the first regulator R1 is the current through the first coil 113.
  • a catch value I_F is assigned to I_SP1 of the current through the first coil 113.
  • a control difference RD is calculated from the difference between the setpoint I_SP1 and the actual value I_AV1 of the current through the first coil 113.
  • the first controller R1 is preferably designed as a two-point controller.
  • the first controller Rl controls the first output stage 32 depending on the control difference RD either in the operating state BZl of the normal current NB or the freewheeling FL.
  • the controller R1 remains activated until a predetermined condition is met, which is an indication of the anchor plate 116 hitting the first contact surface 115a.
  • the predefined condition can be, for example, that the anchor plate has a predefined position. sition has reached or exceeded. This predetermined position is chosen so that it is very close to the closed position S.
  • step S9 in which the first controller is reactivated, the setpoint I_SP1 of the current through the first coil 113 being an increased hold value I_HE.
  • the first controller Rl controls the first power output stage 32 depending on the control difference RD either in the operating state BZl of the fast energization SB or in the operating state BZl of the freewheeling FL or, if the capacitor C is discharged, in the operating state BZl of the normal - Current NB.
  • the first controller in step S9 controls the first power output stage 32 first into the operating state of the fast energization SB until the actual value I_AV1 of the current through the first coil is greater than the increased holding value I_HE, and / or in the operating state of the normal current supply, as soon as the capacitor C is discharged, namely until the actual value I_AV1 of the current through the first coil is greater than the increased holding value I_HE.
  • the actual position of the armature plate 116 is very close or at the closed position S.
  • the armature plate rests reliably on the first contact surface and neither bounces off nor falls into the rest position N before the closing position S is reached.
  • the actual value I_AV1 of the current through the first coil 113 can be set very quickly to the increased holding value I_HE. This has the advantage that the first controller R1 in step S9 immediately before the anchor plate 116 strikes the first
  • Contact surface 115a can be activated so that the speed of the anchor plate is no longer increased significantly so that the impact noise of the anchor plate on the first contact surface 115a is low. After a predetermined period of time, which is preferably determined by tests, the processing is continued in a step S10.
  • step S10 the first controller R1 is activated, the setpoint I_SP1 of the current through the first coil 113 is the hold value I_H and the controller controls the first power output stage 32 either in the state of the operating state BZl of the normal current NB depending on the control difference RD or the freewheeling FL until the target position of the anchor plate changes from the closed position S to the open position 0.
  • the processing of the program is then ended in step S5.
  • step S11 in which it is checked whether the target position of the armature plate 116 is the closed position S or whether the capacitor C is charged to a predetermined value. Checking whether the capacitor C is charged to the predetermined value can be carried out particularly simply by evaluating a counter which is incremented each time step S13 is processed and which is reset in step S8. It is advantageous if a sensor is provided which detects the voltage drop U c across the capacitor C and the charge on the capacitor C is determined from the detected voltage drop U c . If the condition of step S11 is met, the first controller Rl remains active as in step S10 if the target position of the anchor plate 116 is the closed position S, and the first program is in the step
  • step S11 If the condition of step S11 is not fulfilled, however, processing is continued in a step S13, in which the first power output stage 32 is controlled into an operating state BZl of the normal current supply NB, ' ' either for a predetermined period of time or until the actual value I_AV1 of the current through the first coil 113 has reached a predetermined value. Then in a step S14, the power output stage 32 is controlled in the operating state BZl of the rapid current reduction SSR. The capacitor C can thus simply be charged while the first coil 113 is not energized to catch or hold the armature plate 116. The processing of the program is then ended in step S5.
  • the first program is called up cyclically, either at predetermined time intervals or after a predetermined change in the crankshaft angle. While the target position of the armature plate 116 is the open position 0, the first power output stage 32 is thus controlled once in step S3 into the operating state BZl of the rapid current withdrawal SSR and several times in the step S14 the operating state BZl of the rapid current withdrawal and thus the Capacitor C charged to the predetermined value within a predetermined period of time.
  • the first coil 113 is controlled in the operating state of the freewheel in step S8 as soon as the energy required to reach the closed position S has been supplied to the armature plate.
  • the coil first 113 is then freewheeling FL when the predetermined condition is met, which is an indication of the anchor plate 116 hitting the first contact surface 115a.
  • FIG. 5 A flow chart of a second program for controlling the second coil 115 is shown in FIG. 5, which is processed in the control unit 31.
  • the second program has the same structure as the first program ( Figure 4). Only the differences from the first program are described below.
  • step S2 is checked whether the target position of the anchor plate 116 has changed since the last call of the first program from the open position 0 to the closed position S. If this is the case, then in a step S3 ' second power output stage 34 controlled in the operating state BZ2 rapid current withdrawal SSR. The second power output stage 34 changes to the operating state BZ2 of the idle state RZ as soon as the current through the second coil 115 becomes zero.
  • step S7' checks whether the target position of the anchor plate 116 has changed from the closed position S to the open position 0 since the last call to the second program.
  • a second controller R2 is activated, the controlled variable of which is the current through the second coil 115.
  • a control difference RD ' is calculated from the difference between the setpoint I_SP2 and the actual value I_AV2 of the current through the second coil 115.
  • the second controller R2 is preferably designed as a two-point controller.
  • the second controller R2 controls the second output stage 33 depending on the control difference RD 'in accordance with how the first controller R1 controls the first output stage.
  • the controller R2 remains activated in step S8 'until a predetermined condition is met, which is an indication of the anchor plate 116 hitting the second contact surface 115b.
  • step S9 ' the actual position of the armature plate 116 is very close or at the open position 0.
  • the armature plate on the second contact surface is reliable is present and neither rebounds nor falls into the rest position N before reaching the open position 0.
  • step S7 ' If the condition of step S7 'is not fulfilled, the processing is continued in a step Sll', in which it is checked whether the target position of the anchor plate 116 is the open position. fenposition 0 or whether the capacitor C is charged to a predetermined value.
  • step S11 ' If the condition of step S11 'is not met, the processing is continued in a step S13', in which the second power output stage 33 is controlled into an operating state BZl of the normal current supply NB, either for the predetermined period of time or until Actual value I_AV2 of the current through the second coil 115 has reached a predetermined value. Then, in a step S14 ', the second power output stage 33 is controlled into the operating state BZ2 of the rapid current reduction SSR.
  • FIGS. 6a to 6e signal profiles are plotted over time t.
  • the time course of the actual value I_AV1 of the current through the first coil 113 is plotted in FIG. 6a.
  • FIG. 6b shows the time profile of the voltage difference UGS ⁇ between the gate and the source connection of the transistor T1.
  • FIG. 6c shows the time profile of the voltage difference UGS T2 between the gate connection and the source connection of the transistor T2.
  • FIG. 6d shows the time profile of the voltage difference UGS T3 between the gate connection and the source connection on the transistor T3.
  • the target position of the armature plate 116 is the open position 0.
  • the actual value I_AV1 of the current through the coil is zero.
  • the first power output stage 32 is controlled into an operating state of the normal current NB up to the point in time t 2 .
  • the first power output stage 32 is controlled in the operating state BZl of the rapid current reduction SSR.
  • the voltage drop U c across the capacitor C has increased to a value U C ⁇ .
  • the first power output stage 32 is then controlled again into the operating state BZl of the normal current supply NB, namely up to a time t 4 .
  • the first power output stage 32 is then controlled again into the operating state BZl of the rapid current reduction SSR, so that at the point in time ts the voltage drop U c across the capacitor C has the value U c2 .
  • the first power output stage 32 is then controlled again into the operating state BZl of the normal current supply, namely up to a time t 6 , in which it is then again controlled into the operating state BZl of the fast current reduction SSR until the time t.
  • the setpoint I_SP1 of the current through the first coil is the catch value I_F and the first controller Rl is activated as in step S8 (FIG. 4), namely up to a time tio the position of the armature plate 116 a predetermined one Value has reached close to or directly at the first contact surface 115a.
  • the first power output stage 32 is controlled in the operating state of the fast current supply SB in order to very quickly bring the actual value I_AV1 of the current through the first coil to the new setpoint I_SP1, namely the increased holding value I_HE, and thus possibly an imminent drop of the anchor in the rest position N or a strong one To prevent bouncing of the anchor plate 116.
  • the capacitor C is discharged and the voltage drop across the capacitor U c correspondingly decreases to the value zero at the time tu.
  • the first coil 113 is then energized with the increased holding current I_HE until time t i2 .
  • the hold value I_H is specified as the setpoint I_SP1 of the current through the first coil, and from the time t ⁇ 4 , the open position 0 is set as the setpoint position. Accordingly, the first power output stage 32 is in the operating state BZl of rapid current reduction from the time ti 4
  • the energy stored in the first coil 113 is supplied to the capacitor C, the voltage drop of which is increased to a value U C * * up to a time t i5 .
  • T I between the time and tig and the points in time tig, t o 2 the charging is performed again of the capacitor C until the capacitor at time t 2 o a voltage drop with the value U has c3.
  • the capacitor then has the predetermined charge and is only charged again when the charge on the capacitor C has decreased.

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  • Control Of Linear Motors (AREA)

Abstract

Ein Stellgerät umfasst ein Gaswechselventil und einen elektromagnetischen Stellantrieb (11) mit mindestens einem Elektromagneten, der eine Spule (113) hat, mit einem Anker, dessen Ankerplatte (116) zwischen einer ersten Anlagefläche (115a) an dem Elektromagneten und einer zweiten Anlagefläche (115b) beweglich ist. Eine Einrichtung zum Steuern des Stellgeräts umfasst eine Leistungsendstufe (32), die zum Ansteuern der Spule (113) vorgesehen ist. Die Leistungsendstufe (32) hat einen elektrischen Energiespeicher, der von der Spule (113) in einem vorgegebenen Betriebszustand geladen wird. Die Steuereinheit (31) steuert die Leistungsendstufe (32) in einen Betriebszustand (BZ1) des Schnell-Bestromens (SB), wenn eine vorgegebene Bedingung erfüllt ist, die ein Anzeichen für ein Auftreffen der Ankerplatte (116) auf die erste Anlagefläche (115a) ist oder einen drohenden Abfall der Ankerplatte (116) in eine Ruheposition (R) ist, wobei in dem Betriebszustand (BZ1) des Schnell-Bestromens (SB) die in dem elektrischen Energiespeicher gespeicherte Energie der Spule (113) zugeführt wird.

Description

Beschreibung
Einrichtung zum Steuern eines Stellgeräts
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Steuern eines
Stellgeräts, das insbesondere zum Steuern einer Brennkraftmaschine vorgesehen ist.
Ein bekanntes Stellgerät (DE 195 26 683 AI) hat ein Stell- glied, das als Gaswechselventil ausgebildet ist, und einen
Stellantrieb. Der Stellantrieb weist zwei Elektromagnete auf, zwischen denen jeweils gegen die Kraft eines Rückstellmittels eine Ankerplatte durch Abschalten des Spulenstroms an den haltenden Elektromagneten und Einschalten des Spulenstroms am fangenden Elektromagneten bewegt werden kann. Der Spulenstrom des jeweils fangenden Elektromagneten wird auf einen vorgegebenen Fangwert geregelt und zwar während einer vorgegebenen Zeitdauer, die so bemessen ist, daß die Ankerplatte innerhalb der Zeitdauer auf eine Anlagefläche am fangenden Elektroma- gneten trifft. Anschließend wird der Spulenstrom des fangenden Elektromagneten auf einen Haltewert geregelt.
Die Kraft, die auf die Ankerplatte wirkt, hängt wesentlich von der Position der Ankerplatte und der Erregung der Spule des jeweils fangenden Elektromagneten ab. Die Erregung der Spule hängt wiederum ab von dem Strom durch die Spule. Die Steilheit des Stromanstieg des Stroms durch die Spule ist gegeben durch den Spannungsabfall an der Spule.
Kraftfahrzeuge weisen üblicherweise eine Spannungsversorgung auf, die eine vorgegebene Betriebsspannung den elektrischen Verbrauchern des Kraftfahrzeugs zur Verfügung stellt. Bei den üblichen Betriebsspannungen von 12 bis maximal 42 Volt kann es so zu einem unerwünschten Abfall der Ankerplatte in eine Ruheposition kommen. Ebenso kann ggf. der Zeitpunkt
"Gaswechselventil offen" oder "Gaswechselventil geschlossen" nicht ausreichend genau eingestellt werden. Aus der DE 197 01 471 AI ist eine Vorrichtung zur Ansteuerung eines elektromagnetischen Verbrauchers bekannt mit einem Kondensator, der jeweils zu Beginn der Ansteuerung des Verbrau- chers entladen wird. Dies führt zu einem hohen Stromanstieg in dem elektromagnetischen Verbraucher.
Aus der DE 44 13 240 AI ist ferner eine Vorrichtung zur Ansteuerung eines elektromagnetischen Verbrauchers bekannt, die eine Halbbrücke und ein energiespeicherndes Element umfaßt, das zwischen der Halbbrücke und einer Spannungsquelle angeordnet ist.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung zum Steu- ern eines Stellgeräts zu schaffen, die einfach ist und einen sicheren und zuverlässigen Betrieb des Stellgeräts gewährleistet .
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Pa- tentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind anhand der schematischen Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1: eine Anordnung eines Stellgeräts und einer Steuereinrichtung in einer Brennkraftmaschine, Figur 2a: eine Leistungsendstufe der Steuereinrichtung in einem Betriebszustand des Normal-Bestromens, Figur 2b: die Leistungsendstufe in dem Betriebszustand des Freilaufs, Figur 2c: die Leistungsendstufe in dem Betriebszustand schnelle Stromrücknahme, Figur 2d: die Leistungsendstufe in dem Betriebszustand des • Schnellbestromens,
Figur 2e: eine Tabelle der Betriebszustände einer ersten Leistungsendstufe, Figur 2e: eine Tabelle der Betriebszustände einer zweiten - Leistungsendstufe,
Figur 3: die erste Leistungsendstufe und eine zweite Leistungsendstufe, Figur 4: ein Ablaufdiagramm zum Steuern der ersten Spule,
Figur 5: ein Ablaufdiagramm eines Diagramms zum Steuern der zweiten Spule, und
Figur 6: Signalverläufe des Stroms und der Spannungen.
Elemente gleicher Konstruktion und Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Ein Stellgerät 1 (Figur 1) umfaßt einen Stellantrieb 11 und ein Stellglied 12, das bevorzugt als Gaswechselventil ausge- bildet ist und einen Schaft 121 und einen Teller 122 hat. Der Stellantrieb 11 hat ein Gehäuse 111, in dem ein erster und ein zweiter Elektromagnet angeordnet sind. Der erste Elektromagnet hat einen ersten Kern 112, in den in einer ringförmigen Nut eine erste Spule 113 eingebettet ist. Der zweite Elektromagnet hat einen zweiten Kern 114, in den in einer weiteren ringförmigen Nut eine zweite Spule 115 eingebettet ist. Ein Anker ist vorgesehen, dessen Ankerplatte 116 in dem Gehäuse 111 beweglich zwischen einer ersten Anlagefläche 115a des ersten Elektromagneten und einer zweiten Anlagefläche 115b des zweiten Elektromagneten angeordnet ist. Der Anker umfaßt desweiteren einen Ankerschaft 117, der durch Ausnehmungen des ersten und zweiten Kerns 112, 114 geführt ist und der mit dem Schaft 121 des Stellglieds 12 mechanisch koppelbar ist. Ein erstes Rückstellmittel 118a und ein zweites Rückstellmittel 118b spannen die Ankerplatte 116 in eine vorgegebene Ruheposition N vor. Das Stellgerät 1 ist mit einem Zylinderkopf 21 starr verbunden. Dem Zylinderkopf 21 ist ein Ansaugkanal 22 und ein Zylinder 23 mit einem Kolben 24 zugeordnet. Der Kolben 24 ist über eine Pleuelstange 25 mit einer Kurbelwelle 26 gekoppelt. Eine Steuereinrichtung 3 ist vorgesehen, die Signale von Sensoren erfaßt und/ oder Signale von einer nicht dargestellten übergeordneten Steuereinrichtung für Motorbetriebsfunktionen erfaßt und Stellsignale erzeugt, in deren Abhängigkeit die erste und zweite Spule 113, 115 des Stellgeräts 1 gesteuert werden. Die Sensoren, die der Steuereinrichtung 3 zugeordnet sind, sind ausgebildet als ein erster Strommesser 34, der einen Istwert I_AV1 des Stroms durch die erste Spule erfaßt, oder sein zweiter Strommesser 35, der einen Istwert I_AV2 des Stroms durch die zweite Spule 115 erfaßt. Neben den erwähnten Sensoren können auch noch weitere Sensoren vorhanden sein.
Die Steuereinrichtung umfaßt ferner eine Steuereinheit 31 und eine erste Leistungsendstufe 32 und eine zweite Leistungsend- stufe 33. Die Steuereinheit 31 erzeugt abhängig von Steuerbefehlen der übergeordneten Steuereinrichtung und abhängig von den Istwerten I_AV1, I_AV2 des Stroms durch die erste und die zweite Spule 113, 115 Steuersignale für die Steuerleitungen Ll, L2, L3, über die die Steuereinheit 31 elektrisch leitend mit der ersten Endstufe 32 verbunden ist, und Steuersignale für die Steuerleitungen Ll', L2', L3' , über die die Steuereinheit 31 elektrisch leitend mit der zweiten Endstufe 33 verbunden ist. Die erste und zweite Leistungsendstufe 32, 33 unterscheiden sich lediglich dadurch, daß die erste Lei- stungsendstufe 32 zum Ansteuern der ersten Spule 113 und die zweite Leistungsendstufe zum Ansteuern der zweiten Spule 115 vorgesehen sind. Die Schaltungsanordnung und Funktionsweise ihrer Bauelemente ist äquivalent.
Im folgenden wird beispielhaft die erste Leistungsendstufe 32 beschrieben. Die erste Leistungsendstufe 32 (Figur 2a) hat einen ersten Transistor Tl, dessen Gate-Anschluß mit der Steuerleitung Ll elektrisch leitend verbunden ist, einen zweiten Transistor T2, dessen Gate-Anschluß elektrisch lei- tend mit der Steuerleitung L2 verbunden ist, und einen dritten Transistor T3, dessen Gate-Anschluß elektrisch leitend mit einer Steuerleitung L3 verbunden ist. Die erste Lei- stungsendstufe 32 umfaßt ferner Dioden Dl, D3, D4 , eine Freilaufdiode D2 einen als Kondensator C ausgebildeten elektrischen Energiespeicher und einen Widerstand R, der als Meßwiderstand für den Strommesser 34 vorgesehen ist. Die erste Leistungsendstufe kann in fünf verschiedene Betriebszustände BZl gesteuert werden, die jeweils charakterisiert sind durch den jeweiligen Schaltzustand der Transistoren Tl, T2, T3. Liegt an den Gate-Anschlüssen der vorzugsweise als MOS- Transistor ausgebildeten Transistoren Tl, T2, T3 ein hohes Spannungspotential an, so ist der jeweilige Transistor Tl,
T2, T3 von seinem Drain-Anschluß hin zum Source-Anschluß leitend (ON) . Liegt hingegen an dem jeweiligen Transistor Tl, T2, T3 an dessen Gate-Anchluß ein niedriges Spannungspotential an, so sperrt der Transistor von seinem Drain-Anschluß zu seinem Source-Anschluß (OFF) . Die fünf Betriebszustände BZl sind in Figur 2e mit den zugehörigen Schaltzuständen der Transistoren Tl, T2, T2 aufgetragen. Die fünf Betriebszustände BZl sind ein Ruhezustand RZ, Normal-Bestromen NB, Freilauf FL, schnelle Stromrücknahme SSR und Schnell-Bestromen SB. Die Betriebszustände BZl der Leistungsendstufe 32 werden im folgenden anhand der Figuren 2a bis 2d näher erläutert.
In dem Betriebszustand BZl des Ruhezustandes RZ sind die Transistoren Tl, T2, T3 alle nicht leitend. Der Istwert I_AV1 des Stroms durch die erste Spule ist Null und der Spannungsabfall UL an der ersten Spule ist ebenfalls Null.
In dem Betriebszustand BZl des Normal-Bestromens NB werden die Transistoren Tl und T2 leitend (ON) betrieben und der Transistor T3 nicht leitend betrieben (OFF) . Strom fließt dann von einer Spannungsquelle mit dem Potential der Versorgungsspannung UB durch den Transistor Tl die Diode Dl den Anschluß ALI der ersten Spule 113, durch die erste Spule 113 hin zu dem Anschluß AL2 der ersten Spule 113, durch den Tran- sistor T2 und den Widerstand R hin zu einem Masseanschluß, der auf einem Bezugspotential ist. Solange die Spule nicht in Sättigung betrieben wird, fällt nahezu die gesamte Versor- gungsspannung UB an der ersten Spule 113 ab. Der Strom steigt entsprechend des Verhältnisses des Spannungsabfalls UL an der ersten Spule 113 und der Induktivität der ersten Spule 113 an.
In dem Betriebszustand des Freilaufs FL wird der Transistor T2 leitend betrieben (ON) , die Transistoren Tl, T3 hingegen nicht leitend betrieben (OFF) . Fließt im Zeitpunkt des Übergangs in den Betriebszustand des Freilaufs FL ein Strom von dem Anschluß ALI durch die erste Spule 113 hin zum Anschluß
AL2, so wird die Freilaufdiode D2 leitend und der Strom durch die erste Spule 113 nimmt abhängig von den Verlusten in der Spule 113, in dem Transistor T2, dem Widerstand R und der Freilaufdiode D2 ab. Der Spannungsabfall UL an der ersten Spule 113 ist dann gegeben durch die Durchlaßspannungen der Freilaufdiode und des Transistors T2 und den Spannungsabfall an dem Widerstand R (insgesamt beispielsweise 2 Volt) .
In einem Betriebszustand BZl der schnellen Stromrücknahme SSR (Figur 2c) der ersten Leistungsendstufe 32 werden die Transistoren Tl, T2 und T3 nicht leitend betrieben. Fließt bei dem Übergang in den Betriebszustand BZl der schnellen Stromrücknahme SSR ein Strom durch die erste Spule 113, so werden die Freilaufdiode D2 und die Diode D3 leitend. Der Strom fließt dann von dem Bezugspotential über die Freilaufdiode D2 hin zum Anschluß ALI der ersten Spule 113 und dann durch die erste Spule 113 hin zum Anschluß AL2. Von dort fließt der Strom über die Diode D3 hin zum Kondensator C und lädt diesen auf. Der Strom durch die erste Spule verringert sich in dem Be- triebszustand der schnellen Stromrücknahme SSR wesentlich schneller als in dem Betriebszustand BZl des Freilaufs FL, da an der ersten Spule 113 die negative Versorgungsspannung UB verringert um den Spannungsabfall Uc an dem Kondensator C und den Durchlaßspannungen der Freilaufdiode D2 und der Diode D3 abfällt. In dem Betriebszustand der schnellen Stromrücknahme SSR bilden die erste Spule 113 und der Kondensator C einen ersten Schwingkreis. In dem Betriebszustand des schnellen Bestromens SB (Figur 2d) wird der erste Transistor Tl nicht leitend betrieben (OFF) und die Transistoren T2 ' und T3 leitend betrieben (ON) . Strom fließt von der Spannungsquelle über den Kondensator C, der dabei entladen wird, den Transistor T3 hin zu dem Anschluß ALI der ersten Spule durch die erste Spule hin zu dem Anschluß AL2 der ersten Spule 113 durch den Transistor T2 und den Widerstand R zu dem Bezugspotential. In dem Betriebszu- stand des Schnellbestromens SB ist der Spannungsabfall UL an der ersten Spule 113 gleich der Summe aus der Versorgungsspannung UB und dem Spannungsabfall Uc an dem Kondensator C verringert um die Durchlaßspannungen des Transistors T2 und T3 und den Spannungsabfall an dem Widerstand R.
Der Spannungsabfall UL an der ersten Spule 113 beträgt dann bei einer Versorgungsspannung Uv von etwa 42 V beispielsweise etwa 80 V. Der Anstieg des Stromes durch die erste Spule 113 ist dann in etwa doppelt so hoch, als wenn lediglich die Ver- sorgungsspannung UB an der ersten Spule 113 abfällt.
Eine Diode D4 ist dem Kondensator C parallel geschaltet, dadurch ist sichergestellt, daß das Spannungspotential am Drain Anschluß des Transistors T3 nicht um mehr als die Durchlaß- Spannung der Diode D4 unter die Versorgungsspannung UB fallt.
Figur 3 zeigt die erste und zweite Leistungsendstufe 32, 33 in einer Ausführungsform, in der beiden Leistungsendstufen 32, 33 ein gemeinsamer Kondensator C zugeordnet ist. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, daß lediglich ein Kondensator vorgesehen ist, wodurch die Leistungsendstufen insgesamt kostengünstig sind, und der Kondensator C in einem Betriebs- zustand ZI der ersten Leistungsendstufe 32 der schnellen Stromrücknahme SSR geladen werden kann, und anschließend in einem Betriebszustand BZ2 des schnell Bestromens SB der zweiten Leistungsendstufe 34 wieder entladen werden kann. Dies ist ebenso umgekehrt möglich. Die Bezugszeichen der der er- sten Leistungsendstufe 32 entsprechenden Elemente der zweiten Leistungsendstufe 33 sind jeweils mit einem "'" versehen.
In Figur 4 ist ein Ablaufdiagramm eines ersten Programms dar- gestellt, das in der Steuereinheit 31 abgearbeitet wird. In einem Schritt Sl wird das Programm gestartet. Es wird die aktuelle Soll-Position der Ankerplatte 116 eingelesen, die von der übergeordneten Steuereinrichtung vorgegeben wird. In einem Schritt S2 wird geprüft, ob sich die Soll-Position der Ankerplatte 116 seit dem letzten Aufruf des ersten Programmes der Schließposition S zu der Offenposition 0 verändert hat. Ist dies der Fall, so wird in einem Schritt S3 die erste Leistungsendstufe 32 in den Betriebszustand BZl schnellen Stromrücknahme SSR gesteuert. Die erste Leistungsendstufe 32 geht in den Betriebszustand BZl des Ruhezustands RZ über, sobald der Strom durch die erste Spule 113 null wird. Das erste Programm wird dann im Schritt S5 beendet.
Ist die Bedingung des Schrittes S2 nicht erfüllt, so wird in einem Schritt S7 geprüft, ob seit dem letzten Aufruf des ersten Programms ein Übergang der Soll-Position der Ankerplatte 116 von der Offenposition 0 in die Schließposition S erfolgt ist. Ist dies der Fall, so wird in einem Schritt S8 ein erster Regler Rl aktiviert. Die Regelgröße des ersten Reglers Rl ist der Strom durch die erste Spule 113. Einem Sollwert
I_SP1 des Stroms durch die erste Spule 113 wird ein Fangwert I_F zugeordnet. Eine Regeldifferenz RD wird berechnet aus der Differenz des Sollwertes I_SP1 und des Istwertes I_AV1 des Stroms durch die erste Spule 113. Der erste Regler Rl ist vorzugsweise als Zweipunktregler ausgebildet. Der erste Regler Rl steuert die erste Endstufe 32 abhängig von der Regeldifferenz RD entweder in den Betriebszustand BZl des Normal- Bestromens NB oder des Freilaufs FL. Der Regler Rl bleibt aktiviert bis eine vorgegebene Bedingung erfüllt ist, die ein Anzeichen für ein Auftreffen der Ankerplatte 116 auf die erste Anlagefläche 115a ist. Die vorgegebene Bedingung kann beispielsweise sein, daß die Ankerplatte eine vorgegebene Po- sition erreicht hat oder überschreitet. Diese vorgegebene Position ist dabei so gewählt, daß sie sehr nahe an der Schließposition S liegt.
Sobald die vorgegebene Bedingung erfüllt ist, wird die Bearbeitung in einem Schritt S9 fortgesetzt, in dem der erste Regler wieder aktiviert wird, wobei der Sollwert I_SP1 des Stroms durch die erste Spule 113 ein erhöhter Haltewert I_HE ist. Der erste Regler Rl steuert in dem Schritt S9 die erste Leistungsendstufe 32 abhängig von der Regeldifferenz RD entweder in den Betriebszustand BZl des Schnell-Bestromens SB oder in den Betriebszustand BZl des Freilaufs FL oder falls der Kondensator C entladen ist, in den Betriebszustand BZl des Normal-Bestromens NB. Da der erhöhte Haltewert I_HE vor- zugsweise größer ist als der Fangwert I_F, steuert der erste Regler in dem Schritt S9 die erste Leistungsendstufe 32 zuerst in den Betriebszustand des Schnell-Bestromens SB, bis der Istwert I_AV1 des Stroms durch die erste Spule größer ist als der erhöhte Haltewert I_HE, und/oder in den Betriebszu- stand des Normal-Bestromens, sobald der Kondensator C entladen ist und zwar bis der Istwert I_AV1 des Stroms durch die erste Spule größer ist als der erhöhte Haltewert I_HE.
Zum Zeitpunkt des Aktivierens des ersten Reglers Rl in dem Schritt S9 ist die Ist-Position der Ankerplatte 116 sehr nahe oder an der Schließposition S. Es muß für einen sicheren und zuverlässigen Betrieb des Stellgeräts gewährleistet sein, daß die Ankerplatte an der ersten Anlagefläche zuverlässig anliegt und weder abprallt noch vor Erreichen der Schließposi- tion S in die Ruheposition N abfällt. Durch das Steuern des
Betriebszustandes BZl des Schnell-Bestromens SB kann der Istwert I_AV1 des Stroms durch die erste Spule 113 sehr schnell auf den erhöhten Haltewert I_HE eingestellt werden. Dies hat den Vorteil, daß der erste Regler Rl in dem Schritt S9 unmit- telbar vor dem Auftreffen der Ankerplatte 116 auf die erste
Anlagefläche 115a aktiviert werden kann, so daß die Geschwindigkeit der Ankerplatte nicht mehr wesentlich erhöht wird und damit das Auftreffgeräusch der Ankerplatte auf die erste Anlagefläche 115a gering ist. Nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitdauer, die vorzugsweise durch Versuche ermittelt ist, wird die Bearbeitung in einem Schritt S10 fortgesetzt.
In dem Schritt S10 wird der erste Regler Rl aktiviert, der Sollwert I_SP1 des Stroms durch die erste Spule 113 ist der Haltewert I_H und der Regler steuert die erste Leistungsendstufe 32 abhängig von der Regeldifferenz RD entweder in den Zustand des Betriebszustand BZl des Normal-Bestromens NB oder den Freilauf FL bis ein Übergang der Soll-Position der Ankerplatte von der Schließposition S in die Offenposition 0 erfolgt. Anschließend wird die Bearbeitung des Programms in dem Schritt S5 beendet.
Ist die Bedingung des Schrittes S7 nicht erfüllt, so wird die Bearbeitung in einem Schritt Sll fortgesetzt, in dem geprüft wird, ob die Soll-Position der Ankerplatte 116 die Schließposition S ist oder ob der Kondensator C auf einen vorgegebenen Wert geladen ist. Das Prüfen, ob der Kondensator C auf den vorgegebenen Wert geladen ist, kann besonders einfach erfolgen durch Auswerten eines Zählers, der bei jeder Bearbeitung eines Schrittes S13 erhöht wird und der in dem Schritt S8 zurückgesetzt wird. Vorteilhaft ist, wenn ein Sensor vorgesehen ist, der den Spannungsabfall Uc am Kondensator C erfaßt, und aus dem erfaßten Spannungsabfall Uc die Ladung des Kondensators C ermittelt wird. Ist die Bedingung des Schrittes Sll erfüllt, so bleibt der erste Regler Rl wie in Schritt S10 aktiv, falls die Soll-Position der Ankerplatte 116 die Schließ- position S ist, und das erste Programm wird in dem Schritt
Sll beendet. Ist die Bedingung des Schrittes Sll jedoch nicht erfüllt, so wird die Bearbeitung in einem Schritt S13 fortgesetzt, in dem die erste Leistungsendstufe 32 in einen Betriebszustand BZl des Normal-Bestromens NB gesteuert wird, '' und zwar entweder für eine fest vorgegebene Zeitdauer oder bis der Istwert I_AV1 des Stroms durch die erste Spule 113 einen vorgegebenen Wert erreicht hat. Anschließend wird in einem Schritt S14 die Leistungsendstufe 32 in dem Betriebszustand BZl der schnellen Stromrücknahme SSR gesteuert. So kann einfach der Kondensator C geladen werden, während die erste Spule 113 nicht zum Fangen oder Halten der Ankerplatte 116 bestromt wird. Die Bearbeitung des Programms wird dann in dem Schritt S5 beendet.
Das erste Programm wird zyklisch aufgerufen und zwar entweder in vorgegebenen Zeitabständen oder nach einer vorgegebenen Veränderung des Kurbelwellenwinkels. Während die Soll- Position der Ankerplatte 116 die Offen-Position 0 ist, wird somit die erste Leistungsendstufe 32 einmal in dem Schritt S3 in den Betriebszustand BZl der schnellen Stromrücknahme SSR und mehrfach in dem Schritt S14 den Betriebszustand BZl der schnellen Stromrücknahme gesteuert und somit der Kondensator C innerhalb einer vorgegebenen Zeitdauer auf den vorgegebenen Wert geladen.
Vorteilhaft ist es, wenn die erste Spule 113 in dem Schritt S8 in den Betriebszustand des Freilaufs gesteuert wird, sobald die zum Erreichen der Schließposition S notwendige Energie der Ankerplatte zugeführt worden ist. Die Spule erste 113 ist dann im Freilauf FL, wenn die vorgegebene Bedingung erfüllt wird, die ein Anzeichen ist für das Auftreffen der An- kerplatte 116 auf die erste Anlagefläche 115a.
Ein Ablaufdiagramm eines zweiten Programms zum Steuern der zweiten Spule 115 ist in Figur 5 dargestellt, das in der Steuereinheit 31 abgearbeitet wird. Das zweite Programm hat die gleiche Struktur wie das erste Programm (Figur 4). Im folgenden werden nur die Unterschiede zu dem ersten Programm beschrieben.
In einem Schritt S2' wird geprüft, ob sich die Soll-Position der Ankerplatte 116 seit dem letzten Aufruf des ersten Programmes der Offenposition 0 zu der Schließposition S verändert hat. Ist dies der Fall, so wird in einem Schritt S3' die zweite Leistungsendstufe 34 in den Betriebszustand BZ2 schnellen Stromrücknahme SSR gesteuert. Die zweite Leistungsendstufe 34 geht in den Betriebszustand BZ2 des Ruhezustands RZ über, sobald der Strom durch die zweite Spule 115 null wird.
Ist die Bedingung des Schrittes S2' nicht erfüllt, so wird in einem Schritt S7' geprüft, ob seit dem letzten Aufruf des zweiten Programms ein Übergang der Soll-Position der Anker- platte 116 von der Schließposition S in die Offenposition 0 erfolgt ist.
In einem Schritt S8' wird ein zweiter Regler R2 aktiviert, dessen Regelgröße der Strom durch die zweite Spule 115 ist. Eine Regeldifferenz RD' wird berechnet aus der Differenz des Sollwertes I_SP2 und des Istwertes I_AV2 des Stroms durch die zweite Spule 115. Der zweite Regler R2 ist vorzugsweise als Zweipunktregler ausgebildet. Der zweite Regler R2 steuert die zweite Endstufe 33 abhängig von der Regeldifferenz RD' ent- sprechend wie der erste Regler Rl die erste Endstufe steuert.
Der Regler R2 bleibt in dem Schritt S8' aktiviert bis eine vorgegebene Bedingung erfüllt ist, die ein Anzeichen für ein Auftreffen der Ankerplatte 116 auf die zweite Anlagefläche 115b ist.
Zum Zeitpunkt des Aktivierens des zweiten Reglers R2 in dem Schritt S9' ist die Ist-Position der Ankerplatte 116 sehr nahe oder an der Offenposition 0. Es muß für einen sicheren und zuverlässigen Betrieb des Stellgeräts gewährleistet sein, daß die Ankerplatte an der zweiten Anlagefläche zuverlässig anliegt und weder abprallt noch vor Erreichen der Offenposition 0 in die Ruheposition N abfällt.
Ist die Bedingung des Schrittes S7' nicht erfüllt, so wird die Bearbeitung in einem Schritt Sll' fortgesetzt, in dem geprüft wird, ob die Soll-Position der Ankerplatte 116 die Of- fenposition 0 ist oder ob der Kondensator C auf einen vorgegebenen Wert geladen ist.
Ist die Bedingung des Schrittes Sll' nicht erfüllt, so wird die Bearbeitung in einem Schritt S13' fortgesetzt, in dem die zweite Leistungsendstufe 33 in einen Betriebszustand BZl des Normal-Bestromens NB gesteuert wird, und zwar entweder für die fest vorgegebene Zeitdauer oder bis der Istwert I_AV2 des Stroms durch die zweite Spule 115 einen vorgegebenen Wert er- reicht hat. Anschließend wird in einem Schritt S14' die zweite Leistungsendstufe 33 in den Betriebszustand BZ2 der schnellen Stromrücknahme SSR gesteuert.
In den Figuren 6a bis 6e sind Signalverläufe aufgetragen über die Zeit t. In Figur 6a ist der zeitliche Verlauf des Istwertes I_AV1 des Stroms durch die erste Spule 113 aufgetragen. In Figur 6b ist der zeitliche Verlauf der Spannungsdifferenz UGSχι zwischen dem Gate- und dem Source-Anschluß des Transistors Tl aufgetragen. In Figur 6c ist der zeitliche Verlauf der Spannungsdifferenz UGST2 zwischen dem Gate-Anschluß und dem Source-Anschluß des Transistors T2 aufgetragen. In Figur 6d ist der zeitliche Verlauf der Spannungsdifferenz UGST3 zwischen dem Gate-Anschluß und dem Source-Anschluß am Transistor T3 aufgetragen.
Falls die Spannungsdifferenz UGSTι einen hohen Pegel HI hat, ist der Transistor Tl leitend (Tl=ON) . Falls die Spannungsdifferenz UGSTι an dem Transistor Tl einen niedrigen Pegel LO hat, sperrt der Transistor, also ist nicht leitend (Tl = OFF) . Ebenso leitet der Transistor T2, falls die Spannungsdifferenz UGST2 einen hohen Pegel HI hat (T2=ON) und sperrt der Transistor T2, falls die Spannungsdifferenz UGST2 einen niedrigen Pegel LO hat (T2=OFF) . Falls die Spannungsdifferenz UGST3 zwischen dem Gate-Anschluß und dem Source-Anschluß des Transistors T3 einen hohen Pegel hat, so ist der Transistor T3 leitend (T3 = ON) . Falls die Spannungsdifferenz UGST3 zwischen dem Gate-Anschluß und dem Source-Anschluß des Transi- stors T3 einen niedrigen Pegel hat, so sperrt der Transistor T3, das heißt er ist nicht leitend (T3 = OFF) .
Zu einem Zeitpunkt t0 ist die Soll-Position der Ankerplatte 116 die Offenposition 0. Der Istwert I_AV1 des Stroms durch die Spule ist null. Zu einem Zeitpunkt ti wird die erste Leistungsendstufe 32 in einen Betriebszustand des Normal- Bestromens NB gesteuert und zwar bis zu dem Zeitpunkt t2.
Von dem Zeitpunkt t2 an wird die erste Leistungsendstufe 32 in den Betriebszustand BZl der schnellen Stromrücknahme SSR gesteuert. Bis zu dem Zeitpunkt t3 hat sich der Spannungsabfall Uc an dem Kondensator C auf einen Wert UCι erhöht. Ab dem Zeitpunkt t3 wird die erste Leistungsendstufe 32 dann wieder in den Betriebszustand BZl des Normal-Bestromens NB gesteuert und zwar bis zu einem Zeitpunkt t4. Ab dem Zeitpunkt t5 wird die erste Leistungsendstufe 32 dann wieder in den Betriebszustand BZl der schnellen Stromrücknahme SSR gesteuert, so daß am Zeitpunkt ts der Spannungsabfall Uc an dem Kondensator C den Wert Uc2 hat.
Ab dem Zeitpunkt t5 wird die erste Leistungsendstufe 32 dann wieder in den Betriebszustand BZl des Normal-Bestromens gesteuert und zwar bis zu einem Zeitpunkt t6, in dem sie dann wieder in den Betriebszustand BZl der schnellen Stromrücknahme SSR bis zum Zeitpunkt t gesteuert wird. Ab dem Zeitpunkt t7 ist der Sollwert I_SP1 des Stroms durch die erste Spule der Fangwert I_F und der erste Regler Rl wird wie in dem Schritt S8 (Figur 4) aktiviert und zwar bis zu einem Zeit- punkt tio die Position der Ankerplatte 116 einen vorgegebenen Wert nahe bei oder direkt an der ersten Anlagefläche 115a erreicht hat. Ab dem Zeitpunkt tio wird die erste Leistungsendstufe 32 in den Betriebszustand des Schnell-Bestromens SB gesteuert um sehr schnell den Istwert I_AV1 des Stroms durch die erste Spule auf den neuen Sollwert I_SP1 und zwar des erhöhten Haltewertes I_HE zu bringen und damit ggf. ein drohendes Abfallen des Ankers in die Ruhelage N oder ein starkes Prellen der Ankerplatte 116 zu verhindern. Dabei wird der - Kondensator C entladen und der Spannungsabfall am Kondensator Uc verringert sich dementsprechend auf den Wert Null zum Zeitpunkt tu. Die erste Spule 113 wird dann bis zum Zeit- punkt ti2 mit dem erhöhten Haltestrom I_HE bestromt. Ab dem Zeitpunkt t12 wird als Sollwert I_SP1 des Stroms durch die erste Spule der Haltewert I_H vorgegeben und ab dem Zeitpunkt tχ4 wird als Soll-Position die Offenposition 0 vorgegeben. Demnach wird die erste Leistungsendstufe 32 ab dem Zeitpunkt ti4 in den Betriebszustand BZl der schnellen Stromrücknahme
SSR gesteuert. Dabei wird die in der ersten Spule 113 gespeicherte Energie dem Kondensator C zugeführt, dessen Spannungsabfall sich bis zu einem Zeitpunkt ti5 auf einen Wert UCι* erhöht wird. Zwischen dem Zeitpunkt tι und tig und den Zeit- punkten tig, t2o erfolgt erneut das Laden des Kondensators C bis der Kondensator zum Zeitpunkt t2o einen Spannungsabfall mit dem Wert Uc3 aufweist. Der Kondensator hat dann die vorgegebene Ladung und wird erst wieder weitergeladen, wenn die Ladung des Kondensators C sich verringert hat.

Claims

Patentansprüche
1. Einrichtung zum Steuern eines Stellgeräts, das ein Gaswechselventil und einen elektromagnetischen Stellantrieb (11) umfaßt mit mindestens einem Elektromagneten, der eine Spule (113) hat, mit einem Anker, dessen Ankerplatte (116) zwischen einer ersten Anlagefläche (115a) an dem Elektromagneten und einer zweiten Anlagefläche (115b) beweglich ist, wobei die Einrichtung eine Leistungsendstufe (32) umfaßt, die zum An- steuern der Spule (113) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungsendstufe (32) einen elektrischen Energiespeicher hat, der von der Spule (113) in einem vorgegebenen Betriebszustand geladen wird, und daß die Steuereinheit (31) die Leistungsendstufe (32) in einen Betriebszustand (BZl) des Schnell-Bestromens (SB) steuert, wenn eine vorgegebene zweite Bedingung erfüllt ist, die ein Anzeichen für ein Auftreffen der Ankerplatte (116) auf die erste Anlagefläche (115a) ist oder einen drohenden Abfall der Ankerplatte (115a) in eine Ruheposition (R) ist, wobei in dem Betriebszustand (BZl) des Schnell-Bestromens (SB) die in dem elektrischen Energiespeicher gespeicherte Energie der Spule (113) zugeführt wird.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungsendstufe (32) in einem Betriebszustand (BZl) der schnellen Stromrücknahme (SSR) geladen wird.
3. Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungsendstufe (32) in den Betriebszustand (BZl) der schnellen Stromrücknahme (SSR) innerhalb einer Zeitdauer gesteuert wird, in der die Soll-Position der Ankerplatte (116) an der zweiten Anlagefläche (115b) ist.
4. Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuereinheit (31) vorgesehen ist, die die Leistungsendstufe (32) nach einem Wechsel der Soll- Position der Ankerplatte hin zu der zweiten Anlagefläche (115b) in einen Betriebszustand (BZl) der schnellen Stromrücknahme (SSR) von einem Haltewert (I_H) auf einen Nullwert (I_N) des Stroms durch die Spule (113) steuert, wobei ein gleichzeitiges Laden des elektrischen Energiespeichers erfolgt.
5. Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (31) die Leistungsendstufe (32) abwechselnd in den Betriebszustand (BZl) des Normal-Bestromens (NB) und der schnellen Stromrücknahme (SSR) steuert während des Bewegens der Ankerplatte (116) weg von der ersten Anlagefläche (115a) oder der Anlage der Ankerplat- te (116) an der zweiten Anlagefläche (115b) und zwar bis eine vorgegebene erste Bedingung erfüllt ist, die charakteristisch ist für eine vorgegebene Ladung des elektrischen Energiespeichers .
6. Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungsendstufe (32) einen ersten Schwingkreis hat, der eine Reihenschaltung einer Freilaufdiode (D1,D1'), der Spule (113), einer Diode (D3) und des elektrischen Energiespeichers in der Reihenfolge der Aufzäh- lung von einem Bezugspotential bis zu dem Anschluß (ÜB) einer Spannungsquelle ist.
7. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungsendstufe (32) einen zweiten Schwingkreis hat, der eine Reihenschaltung eines ersten Schaltmittels, der Spule (113), eines zweiten Schaltmittels und des elektrischen Energiespeichers in der Reihenfolge der Aufzählung von einem Bezugspotential bis zu der Spannungsquelle ist.
8. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellantrieb (11) einen zweiten Elektromagneten mit einer zweiten Spule (115) umfaßt, und daß eine zweite Leistungsendstufe (33) vorgesehen ist.
9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß für beide Leistungsendstufen (32,33) ein gemeinsamer elektrischer Energiespeicher vorgesehen ist.
10. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Energiespeicher ein Kondensator (C) ist.
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