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Dokumentenidentifikation DE19533452B4 17.02.2005
Titel Verfahren zur Anpassung einer Steuerung für einen elektromagnetischen Aktuator
Anmelder FEV Motorentechnik GmbH, 52078 Aachen, DE
Erfinder Schmitz, Günter, Dr.-Ing., 52074 Aachen, DE;
Schrey, Ekkehard, Dr.-Ing., 52078 Aachen, DE
Vertreter Patentanwälte Maxton Langmaack & Partner, 50968 Köln
DE-Anmeldedatum 09.09.1995
DE-Aktenzeichen 19533452
Offenlegungstag 13.03.1997
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 17.02.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 17.02.2005
IPC-Hauptklasse H01F 7/18
IPC-Nebenklasse F02D 41/20   
IPC additional class // F02D 41/20  

Beschreibung[de]

Bei elektromagnetischen Aktuatoren, insbesondere elektromagnetischen Aktuatoren zur Betätigung der Gaswechselventile an Verbrennungsmotoren, besteht häufig die Anforderung, hohe Schaltgeschwindigkeiten bei gleichzeitig hohen Schaltkräften zu realisieren. Ein derartiger elektromagnetischer Aktuator weist wenigstens einen Elektromagneten auf, durch den ein mit einem Betätigungsmittel verbundener Anker gegen die Kraft wenigstens einer Rückstellfeder bewegbar ist. Ein elektromagnetischer Aktuator zur Betätigung eines Gaswechselventils weist zwei Elektromagneten auf, zwischen denen der mit dem Ventil verbundene Anker jeweils gegen die Kraft einer Rückstellfeder jeweils aus der Schließstellung in die Öffnungsstellung und umgekehrt bewegbar ist.

Zur Betätigung eines derartigen elektromagnetischen Aktuators wird jeweils der Elektromagnet mit einem Strom beaufschlagt, so dass der Anker angezogen wird und der Anker über eine vorgegebene Zeit in dieser Position gehalten werden kann. Soll das mit dem Anker verbundene Betätigungsmittel in die andere Position gebracht werden, wird der Haltestrom am Elektromagneten abgeschaltet. Hierdurch fällt die Haltekraft unter die Federkraft der Rückstellfeder ab und der Anker beginnt, durch die Federkraft beschleunigt, sich zu bewegen und gelangt in die andere Position. Bei den vorstehend erwähnten Gaswechselventilen mit zwei Elektromagneten, an denen der Anker jeweils in der einen oder anderen Betätigungsposition anliegt, wird zur Betätigung ebenfalls der Haltestrom am haltenden Elektromagneten abgeschaltet. Nach dem Durchgang des Ankers durch seine von den Rückstellfedern vorgegebene Ruheposition wird der "Flug" des Ankers durch die Federkraft der dem fangenden Magneten zugeordneten Rückstellfeder abgebremst. Um nun den Anker in dieser anderen Position zu fangen und zu halten, wird der fangende Elektromagnet entsprechend bestromt.

Diese Bestromung muss zu einem definierten Zeitpunkt nach dem Abschalten des Stromes durch den zunächst haltenden Magneten begonnen werden. Bedingt durch das induktive Verhalten der Spulen der Elektromagneten baut sich der Strom durch die Spule des fangenden Elektromagneten erst langsam auf. Schaltet man den Strom zu spät ein, so reicht das bei Annäherung des Ankers an den fangenden Magneten erreichte Stromniveau nicht aus, um den Anker sicher zu fangen. Schaltet man den Strom zu früh ein, so führt dies zu größeren Verlusten und zu einer großen Energieeinkopplung in den Anker, so dass dieser hart auf die Polfläche aufschlägt, so dass es neben einem hohen Verschleiß und Geräuschproblemen auch zu sogenannten Prellvorgängen kommen kann, wobei der Anker von der Polfläche vollständig zurückprallen kann.

Der jeweils "richtige" Einschaltzeitpunkt hängt auch von der Steigung der Stromverlaufskurve ab, die ihrerseits von der Induktivität, dem ohmschen Widerstand der Spule des betreffenden Elektromagneten sowie der anliegenden Versorgungsspannung abhängt. Die Parameter Induktivität und Versorgungsspannung lassen sich im Betrieb in der Regel konstant halten. Der Widerstand der Spule des Elektromagneten ist jedoch temperaturabhängig und vergrößert sich mit einer steigenden Erwärmung des Elektromagneten und vermindert sich mit entsprechend fallender Erwärmung, so dass die Ansteuerung eines derartigen elektromagnetischen Aktuators entsprechend angepasst werden muss.

Eine Messung der jeweiligen Betriebstemperatur an den Elektromagneten des elektromagnetischen Aktuators über einen separaten Temperaturfühler ist zu aufwendig, so dass nach anderen Lösungen gesucht werden muss. Hierzu wurde gem. DE 35 43 017 A1 für einen elektromagnetischen Aktuator zur Betätigung eines Gaswechselventils vorgeschlagen, jeweils am fangenden Elektromagneten die Geschwindigkeit des Stromanstiegs während der Phase des Ankerflugs zu messen und daraus Korrekturwerte für die nachfolgenden Betriebszyklen abzuleiten. Diese Verfahrensweise ist nicht ganz befriedigend, da sowohl der Bewegungsverlauf des anfliegenden Ankers, bedingt durch induzierte Spannungen und die sich ändernde Induktivität ebenso, wie auch die jeweils anliegende Versorgungsspannung einen Einfluss auf die Stromanstiegsgeschwindigkeit haben. Beide Größen können jedoch von einem Arbeitszyklus auf den anderen variieren. Die Versorgungsspannung ändert sich insbesondere beim Startvorgang und die Ankerbewegung variiert durch betriebsbedingte zyklische Schwankungen, beispielsweise infolge des wechselnden Abgasgegendrucks. Hieraus resultiert, dass die Stromanstiegsgeschwindigkeit des jeweils vorausgegangenen Betätigungszyklus kein zuverlässiges Maß zur Ableitung von Korrekturen für den nachfolgenden Betriebszyklus darstellt.

Aus DE 41 40586 A1 geht hervor, eine kontinuierliche Messung der Spannung über eine Spule und über einen zugehörigen Leistungsschalter sowie eine punktuelle Strommessung auszuführen. Eine Bestimmung eines ohmschen Widerstandes soll in einer Anfangsphase erfolgen, während eines Bewegungsvorganges. Aus DE 34 24 873 A1 ist es bekannt, eine Überwachung einer Temperatur einer Spule anhand einer Spannung bzw. eines Stromes als Messgröße durchzuführen. Dabei soll ein Haltestrom erzeugt werden, der gleichzeitig ein Messstrom sein soll, um über die Spannung auf die Temperatur der Spule zu schließen. Durch diese Art der Temperaturüberwachung soll ein Überhitzen der Spule vermieden werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Anpassung einer Steuerung für einen elektromagnetischen Aktuator zu finden, das gegenüber den bisherigen Verfahren zu zuverlässigeren Korrekturwerten führt.

Für ein derartiges Verfahren wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zum Ausgleich von Änderungen des ohmschen Widerstandes des Elektromagneten der zeitliche Verlauf oder der Wert des Stroms und/oder der am Elektromagneten anliegenden Spannung während einer Zeit erfasst wird, in der der Anker sich relativ zum Elektromagneten nicht bewegt, und hieraus der tatsächliche ohmsche Widerstand und/oder die Induktivität und/oder ein diese Parameter repräsentierender Wert abgeleitet wird. Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass der Einfluss der Ankerbewegung auf die Erfassung von Korrekturdaten eliminiert wird, so dass lediglich über eine Erfassung von Strom und/oder Spannung entsprechende Korrekturdaten gewonnen werden können. Die so gewonnene Information kann dann ausgewertet werden. Besonders zweckmäßig ist es, wenn nach dem abgeleiteten Wert für den Betrieb die Steuerung des elektromagnetischen Aktuators hinsichtlich Schaltzeitpunkten und/oder Stromhöhe und/oder Stromanstieg und/oder Spannungshöhe und/oder Spannungsanstieg, korrigiert wird.

Unter dem Begriff "ohmscher Widerstand des Elektromagneten" ist der ohmsche Widerstand der Spule des Elektromagneten zu verstehen. Ziel ist es, Änderungen des ohmschen Widerstandes zu erfassen, wie sie beispielsweise infolge von Temperaturänderungen auftreten. Danach lässt sich dann eine Steuerung korrigieren. Je nach Zahl der Unbekannten, also der Spannung, der Induktivität und des ohmschen Widerstandes mussten entsprechend viele Parameter gemessen werden, in denen diese Unbekannten jeweils in unterschiedlicher Art und Weise eingehen.

Um die Zahl der zu messenden Parameter möglichst zu reduzieren, wird in einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgeschlagen, dass während einer Betriebsphase, in der am Elektromagneten über einen zwischen einer oberen Schwelle Imax und einer unteren Schwelle Imin getakteten Haltestrom der Anker gehalten wird, jeweils wenigstens einmal in der Phase des von Imax auf Imin abfallenden Stromes die Abfallzeit gemessen und hieraus der ohmsche Widerstand des Elektromagneten abgeleitet wird. In der Zeit des Stromabfalls sind nur die Größen Induktivität und ohmscher Widerstand wirksam. Da die Induktivität in der Regel aufgrund der Konstruktionsdaten bekannt ist, kann hieraus unmittelbar der jeweilige ohmsche Widerstand abgeleitet werden.

In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens, ggf. in Verbindung mit der vorstehend beschriebenen Verfahrensweise, ist gemäss der Erfindung vorgesehen, dass im Zeitraum der Freigabe des Ankers durch Abschalten des Haltestroms die Abschaltspannung und/oder der zeitliche Verlauf des Spannungs- und Stromabfalls nach dem Abschalten des Stromes erfasst und hieraus die Induktivität des Elektromagneten abgeleitet wird. Auch hierbei ist es möglich, durch eine entsprechende Rechenoperation aufgrund der messbaren anderen Parameter den ohmschen Widerstand abzuleiten und aus dem abgeleiteten Wert eine entsprechende Korrektur der Steuerung des elektromagnetischen Aktuators zur Kompensation der Temperaturlage zu erzeugen.

In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vorgeschlagen, dass während einer Betriebszeit, in der der Anker sich relativ zum Elektromagneten in Ruhe befindet, der Elektromagnet mit einem konstanten Strom beaufschlagt wird, die Spannung an der Spule des Elektromagneten gemessen und hieraus der tatsächliche ohmsche Widerstand abgeleitet wird. Dieser Vorgang kann durchgeführt werden während der Haltephase, wobei es jedoch dann erforderlich ist, über eine Linearregelung von einem getakteten Haltestrom zu einem konstanten Haltestrom überzugehen. Hierbei stellt sich an der Spule des Elektromagneten unmittelbar eine dem ohmschen Widerstand proportionale Spannung ein, aus der dann ein entsprechender Korrekturwert für den tatsächlichen durch die Betriebstemperatur bedingten ohmschen Widerstand vorgenommen werden kann.

Sowohl bei einem elektromagnetischen Aktuator mit einem Elektromagneten als auch bei einem elektromagnetischen Aktuator mit zwei wechselseitig auf den Anker einwirkenden Elektromagneten kann die Erfassung des ohmschen Widerstandes durch eine Beaufschlagung mit einem Konstantstrom auch jeweils dann vorgenommen werden, wenn der Anker sich zwar relativ zu dem jeweils zu messenden Elektromagneten in Ruhe befindet, aber an diesem nicht anliegt. Hier wird dann jeweils der Elektromagnet mit einem definierten Messstrom beaufschlagt, so dass hieraus eine dem ohmschen Widerstand proportionale Spannung erfasst und hieraus der tatsächliche, durch die Betriebstemperatur bedingte ohmsche Widerstand erfasst und eine Korrektur für die Steuerung abgeleitet werden kann.

In vorteilhafter Ausgestaltung ist hierbei vorgesehen, dass während einer Betriebszeit, in der der Anker sich relativ zum Elektromagneten in Ruhe befindet, aber an diesem nicht anliegt, die über die Beaufschlagung mit Konstantstrom erzeugte Spannung über einen Kondensator zwischengespeichert und für die Temperaturkompensation der Steuerung verwendet wird.

Die Erfindung wird anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 schematisch einen elektromagnetischen Aktuator für ein Gaswechselventil,

2 den zeitlichen Verlauf des Stroms an einem haltenden Elektromagneten,

3 eine Schaltung zur Durchführung eines Verfahrens,

4 die zeitliche Zuordnung der jeweils gemessenen Spannungen der Schaltung gem. 2,

5 eine Teilschaltung zur Erzielung einer Kompensation eines sich ändernden ohmschen Widerstandes.

In 1 ist ein elektromagnetischer Aktuator 1 schematisch dargestellt, der einen mit einem Gaswechselventil 2 verbundenen Anker 3 sowie einen dem Anker 3 zugeordneten Schließmagneten 4 und einen Öffnermagneten 5 aufweist. Der Anker 3 wird über Rückstellfedern 6 und 7 bei stromlos gesetztem Magneten in einer Ruhelage zwischen den beiden Magneten 4 und 5 gehalten, wobei der jeweilige Abstand zu den Polflächen 8 der Magneten 4, 5 von der Auslegung der Federn 6 und 7 abhängt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die beiden Federn 6 und 7 gleich ausgelegt, so dass die Ruhelage des Ankers 3 sich in der Mitte zwischen den beiden Polflächen 8 befindet, wie dies in 1 dargestellt ist.

In Schließstellung liegt der Anker 3 an der Polfläche des Schließmagneten 4 an.

Zur Betätigung des Gaswechselventils 2, d. h. zur Einleitung der Bewegung aus der geschlossenen Position in die geöffnete Position, wird der Haltestrom am Schließmagneten 4 abgeschaltet. Hierdurch fällt die Haltekraft des Schließmagneten 4 unter die Federkraft der Rückstellfeder 6 ab und der Anker 3 beginnt, durch die Federkraft beschleunigt, sich zu bewegen. Nach dem Durchgang des Ankers 3 durch seine Ruheposition wird der "Flug" des Ankers durch die Federkraft der dem Öffnermagneten 5 zugeordneten Rückstellfeder 7 abgebremst. Um nun den Anker 4 in der Öffnungsposition zu fangen und zu halten, wird der Öffnermagnet 5 mit Strom beaufschlagt. Zum Schließen des Gaswechselventils erfolgt dann der Schaltungs- und Bewegungsablauf in umgekehrter Richtung.

2 zeigt den Stromverlauf an einem haltenden Magneten über den gesamten Zeitraum vom Fangen bis zur Freigabe. Wie aus 2 ersichtlich, steigt der Strom zunächst in einer e-Funktion an (Kurventeil 9) und bricht dann, bedingt durch die vom anfliegenden Anker induzierte Gegenspannung ein (Kurventeil 10). Beim Auftreffen des Ankers erreicht der Strom in Punkt 10.1 sein Minimum und nimmt danach den Anstieg wieder auf (Kurventeil 11), da nun keine Gegenspannung mehr erzeugt wird.

Während für das Einfangen des Ankers eine relativ hohe Stromhöhe erforderlich ist, werden für das Halten des Ankers diese Stromhöhen nicht benötigt, wenn der nach dem Anstieg im Kurventeil 11 erreichte maximale Stromwert ausreicht, den Anker mit Sicherheit zur Anlage zu bringen. Danach wird der Strom auf niedrigere Werte eingestellt. Die Regelung auf das niedrigere Stromniveau erfolgt aus energetischen Gründen meist durch eine Taktungsregelung. Hierbei wird der Strom, solange er über einer bestimmten Schwelle liegt, durch ein Freilaufelement, beispielsweise eine Freilaufdiode geleitet, so dass kein Strom aus dem Bordnetz erforderlich ist. Bedingt durch die ohmschen Verluste sinkt bei dieser Umschaltung der Strom exponentiell ab (Kurventeil 12). Erst nach Unterschreiten einer vorgebbaren Schwelle Imin wird der Elektromagnet wieder aus dem Bordnetz bestromt, so dass der Spulenstrom wieder ansteigt (Kurventeil 13). Diese Bestromung wird nach einer vorgebbaren Zeit oder nach Erreichen einer bestimmten Stromhöhe Imax wieder gestoppt, so dass der Vorgang des Stromabfalls von neuem erfolgt. In dieser sogenannten Haltephase wird dann für die Dauer der vorgesehenen Zeit, in der der Anker an der Polfläche des haltenden Magneten anliegt, der Strom in der vorbeschriebenen Weise getaktet und so der Stromverbrauch während der Haltphase reduziert.

In den Phasen des Stromabfalls gemäß den Kurventeilen 12 erfolgt der Abfall ohne Einfluss der Versorgungsspannung, so dass aus der Abfallgeschwindigkeit bzw. aus der Abfallzeit auf den ohmschen Widerstand unmittelbar geschlossen werden kann, sofern die Induktivität des haltenden Elektromagneten bekannt ist, da außer dem ohmschen Widerstand auch die Induktivität für die Abfallgeschwindigkeit maßgebend ist.

Sollte die Induktivität nicht bekannt sein, so kann diese beispielsweise in der letzten Phase der Bestromung des Elektromagneten (Kurventeil 14) ermittelt werden. In dieser letzten Phase, die zur Freigabe des Ankers vom haltenden Elektromagneten führen soll, ist ein möglichst steiler Abfall des Stromes wünschenswert, da hierdurch ein gut reproduzierbares Abfallen des Ankers von der Polfläche des Elektromagneten erzielt werden kann. Aus diesem Grunde wird der Strom beim Abschalten nicht mehr durch einen Freilaufzweig geleitet, sondern es wird vielmehr versucht, eine möglichst hohe Abschaltspannung zu erzielen. Zum einen kann dann die Induktivität aus einer sich ergebenden Abschaltspannung ermittelt werden, oder, insbesondere bei vorgegebener Spannungsbegrenzung, aus dem zeitlichen Verlauf des Abfalls der Spannung oder auch des Stroms ermittelt werden.

Aus dem Vorstehenden ergibt sich, dass jeweils während einer Bestromungsphase der ohmsche Widerstand des Elektromagneten und ggf. auch die Induktivität erfasst werden können, sofern diese nicht bekannt ist und dann durch eine entsprechende Verknüpfung unmittelbar ein Signal an die Steuerung des elektromagnetischen Aktuators abgegeben werden kann. Durch einen Soll-Ist-Vergleich in der Steuerung kann nunmehr ein Korrektursignal erzeugt werden, wenn sich gegenüber der Soll-Vorgabe infolge von Temperaturveränderungen, insbesondere von Temperaturerhöhungen, der tatsächliche Wert des ohmschen Widerstandes des Elektromagneten verändert haben sollte. Durch eine entsprechende Verschiebung der Schaltzeitpunkte oder Veränderung der Stromhöhe sowohl zum Zeitpunkt des Einfangens des Ankers (Kurventeile 9, 10, 10.1) als auch während der Haltephase kann über die Steuerung diese temperaturabhängige Veränderung für die nachfolgenden Arbeitszyklen auskorrigiert werden.

Anhand eines Blockschaltbildes wird in 3 ein entsprechendes Korrekturverfahren beschrieben.

Während der Taktung in der Haltephase (Kurventeile 12 in 2) nimmt der Strom in der Freilaufphase nach einer e-Funktion ab gemäss der Formel I = I1·e–t/&tgr; mit &tgr; = L/R, wenn man den Verlauf ab dem Umschalten auf den Freilauf betrachtet und zu diesem Zeitpunkt also t = 0 und I1 vorlegt. Nach einer bestimmten Zeit t3 ergibt sich ein Strom von I3 = I1·e–t/&tgr;, d. h. der Strom hat sich um &Dgr;I = I1 – I1·e–t/&tgr; geändert. Für relativ kleine Zeiten bzw. kleine Änderungen des Stromes kann also als Näherung &Dgr;I = I1·t3/&tgr; (Abbruch der Taylorreihge nach dem linearen Glied) angesetzt werden. Dies entspricht &Dgr;I = I1·t3· 1/L·R. Somit kann bei Festlegen der Werte I1, t3 und L der ohmsche Widerstand ermittelt werden zu R = &Dgr;I/I1·L/t3. Eine Schaltung zur Ausführung dieses Verfahrens zeigt

3. Dargestellt ist nur der Teil der Gesamtschaltung, wie er zur Erzeugung der Taktung sowie der Ermittlung der widerstandsproportionalen Spannung erforderlich ist. Die Spule 15 des haltenden Elektromagneten, beispielsweise der Schließmagnet 4 in 1, wird über einen Transistor 16 mit Strom versorgt. In Reihe mit der Spule 15 liegt ein Messwiderstand 17, dessen Widerstand deutlich kleiner ist als der der Spule. Eine Diode 18 dient als Freilaufzweig. Sowohl bei eingeschaltetem Transistor 16 als auch bei ausgeschaltetem Transistor 16 und Stromfluss über den Freilaufzweig 18, fällt an dem Messwiderstand 17 eine dem Strom durch die Spule 15 proportionale Spannung UI (Pfeil 19) ab. Diese Spannung wird einem Fensterkomparator 20 zugeleitet, dessen Ausgang 21 auf Null geht, sobald die Spannung UI größer wird als eine erste Vergleichsspannung UI1 (Pfeil 22), durch deren Höhe der maximale Strom Imax in der Haltephase vorgegeben werden kann. Durch das "Auf Null gehen" des Ausgangs 21 wird der Transistor 16 in den Sperrzustand versetzt und der Strom kann nur noch über die Freilaufdiode 18 fließen. Aufgrund der Verluste sinkt der Strom nun nach einer e-Funktion ab. Hierdurch bedingt, sinkt ebenso die Spannung UI (Pfeil 19) proportional ab und unterschreitet irgendwann die untere Schwellspannung 23 des Fensterkomparators 20. Diese untere Schwellspannung gibt den kleinsten Stromwert Imin in der Taktungsphase vor. Durch das Unterschreiten der Spannung wechselt der Ausgang 21 des Fensterkomparators 20 nun auf hohes Potential, wodurch der Transistor 16 in den leitenden Zustand gebracht wird. Der Strom durch die Spule 15 beginnt hierdurch wiederum zu steigen bis zum Strom Imax und der gesamte Vorgang wiederholt sich. Fällt der Ausgang des Fensterkomparators 20 nun wieder auf Null zurück, so wird ein rückflankengetriggertes Monoflop 24 gestartet, das daraufhin für eine Zeit t3 den Ausgang 25 auf logisch "1" setzt.

Dieser Vorgang ist auch in 4 in zeitlichem Bezug zueinander dargestellt. Das Diagramm 4.1 zeigt zunächst die dem Strom proportionale Spannung UI am Punkt 19. Zum Zeitpunkt t = 0 hat die Spannung das Spannungsniveau 22 erreicht. Die Ausgangsspannung des Komparators 20 ist im Diagramm 4.2 dargestellt. Durch die Rückflanke wird die Spannung am Ausgang 25, wie beschrieben, für die Zeit t3 auf "1" gesetzt (Diagramm 4.3). Durch diese Rückflanke wird nun ein zweites Monoflop 26 getriggert, das am Ausgang 27 einen kurzen Impuls liefert (Diagramm 4.4), der dafür sorgt, dass die aktuelle Spannung an Punkt 19 durch einen "Sample und Hold"-Baustein 28 festgehalten wird. Diese festgehaltene Spannung wird in einem Differenzbildner 29 von der Schwellspannung UI1 (Punkt 22) subtrahiert und es ergibt sich die gewünschte Spannung &Dgr;U (Diagramm 4.5), die dem vorher beschriebenen Strom &Dgr;I proportional ist. Somit steht, wie gewünscht, eine den ohmschen Widerstand R des Elektromagneten proportionale Spannung zur Verfügung, die dann als Signal an die hier nicht dargestellte Steuerung abgegeben werden kann, in der dann durch einen Soll-Ist-Vergleich etwa erforderliche Korrekturen vorgenommen werden können.

Beaufschlagt man während einer Zeit, in der der Anker relativ zu den Elektromagneten in Ruhe ist, beispielsweise während eines Teils der Haltephase den haltenden Magneten mit einem konstanten Strom oder beaufschlagt man während des Haltens an einem Elektromagneten den anderen Elektromagneten mit einem konstanten Messstrom, dann fällt der Einfluss der Induktivität weg, wie dies eingangs bereits dargelegt ist. Bei einer Regelung des einen der beiden Elektromagneten durchfließenden Stroms linear auf einen konstanten Wert, kann während dieser Konstantstromphase die Spannung an der Spule des betreffenden Elektromagneten gemessen werden, woraus sich unmittelbar aus der Gleichung R = U/I eine dem Widerstand proportionale Spannung einstellt.

Diese Spannung kann nun für den nächsten Fangvorgang, beispielsweise in einem Kondensator zwischengespeichert werden und dann zur Kompensation verwendet werden. Eine mögliche Kompensationsschaltung hierfür ist in 5 dargestellt. In einem Summierverstärker 30 wird die gespeicherte, dem Widerstand proportionale Spannung UR von einer festen Spannung U1 subtrahiert. Am Ausgang des Summierverstärkers 30 ergibt sich somit eine Spannung, die umso kleiner ist, je größer der ohmsche Widerstand der Elektromagneten ist.

Am Eingang 31 der Gesamtschaltung wird nun ein Signal angelegt, das ein Einschalten des Fangstroms bewirken soll. Sobald dieses Signal auf "1"-Pegel schaltet, baut sich am Anschluss 32 eines Komparators 33, bedingt durch das RC-Glied 34, nur langsam eine Spannung auf. Der Ausgang des Komparators 33 schaltet erst dann um, wenn die Spannung am Eingang 32 größer ist als die Ausgangsspannung des Summierverstärkers 30. Somit schaltet der Ausgang des Komparators 33 umso später, je größer die Ausgangsspannung des Summierverstärkers 30 ist, also je kleiner der ohmsche Widerstand der Spule war. Wird nun dieses verzögerte Ausgangssignal des Komparators 33 zum Einschalten des Fangstroms verwendet, so ergibt sich genau der gewünschte Effekt, da bei kleinerem ohmschen Widerstand der Strom später eingeschaltet wird, aber durch den kleineren ohmschen Widerstand auch schneller ansteigen kann, und somit der Einfluss des Widerstandes kompensiert wird. Die sich gegenüber dem am Anschluss 31 eingegebenen Signal 31.1 ergebende Verzögerung ist am Ausgang des Komparators 33 schematisch angegeben. Die gestrichelte Vorderflanke zeigt die mit dem Eingangssignal zeitsynchrone Vorderflanke, das ausgezeichnete Signal 33.1 zeigt hier die zeitliche Verschiebung des Ausgangssignals gegenüber dem Eingangssignal.

Die in 5 gezeigte Spannung U1 kann vorteilhafterweise eine aus der Versorgungsspannung abgeleitete Spannung sein. Dann erzielt man zusätzlich zur Kompensation temperaturbedingter Widerstandsänderungen auch noch eine Spannungskompensation. Je höher die Versorgungsspannung U1 ist, umso größer wird die Verzögerung. Dies bewirkt das bei höherer Spannung erwünschte spätere Einschalten des Fangstroms. Zur besseren Dimensionierbarkeit sollte zweckmäßigerweise ein weiterer Summierverstärker nachgeschaltet werden, so dass zunächst die Differenz zwischen der festen Spannung U1 und UR gebildet wird, die dann um einen variablen Faktor verstärkt, zu der von der Versorgungsspannung abhängigen weiteren Spannung aufaddiert wird.

Der nach den vorstehend beschriebenen Verfahren ermittelte Wert des ohmschen Widerstandes kann auch für Diagnosezwecke eingesetzt werden. So kann beispielsweise in der Fertigung derartiger elektromagnetischer Aktuatoren die Typenstreuung ermittelt werden. Es besteht auch die Möglichkeit, aus dem Vergleich des ohmschen Widerstandes zumindest einen der elektromagnetischen Aktuatoren an einem Verbrennungsmotor in kaltem Zustand und dem im Betrieb gemessenen ohmschen Widerstand auf die Betriebstemperatur geschlossen werden, so dass bei zu hoher Temperatur durch ein Warnsignal oder auch durch eine automatische Reduktion der Motorleistung reagiert werden kann.


Anspruch[de]
  1. Verfahren zur Anpassung einer Steuerung für einen elektromagnetischen Aktuator, der wenigstens einen Elektromagneten aufweist, durch den ein mit einem Betätigungsmittel verbundener Anker gegen die Kraft wenigstens einer Rückstellfeder bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ausgleich von Änderungen des ohmschen Widerstandes des Elektromagneten der zeitliche Verlauf oder der Wert des Stromes und/oder die am Elektromagneten anliegende Spannung während einer Zeit erfasst wird, in der der Anker sich relativ zum Elektromagneten nicht bewegt, und hieraus der tatsächliche ohmsche Widerstand und/oder die Induktivität und/oder ein diese Parameter repräsentierender Wert abgeleitet wird, wobei damit die Steuerung zur Betätigung zumindest eines Gaswechselventils eines Verbrennungsmotors angepasst wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem abgeleiteten Wert für den Betrieb die Steuerung des elektromagnetischen Aktuators hinsichtlich Schaltzeitpunkten, Stromhöhe, Stromanstieg, Spannungshöhe und/oder Spannungsanstieg korrigiert wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass während einer Betriebsphase, in der am Elektromagneten über einen zwischen einer oberen Schwelle Imax und einer unteren Schwelle Imin getakteten Haltestrom der Anker gehalten wird, jeweils wenigstens einmal in der Phase des von Imax auf Imin abfallenden Stromes die Abfallzeit gemessen und hieraus der ohmsche Widerstand des Elektromagneten abgeleitet wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Zeitraum der Freigabe des Ankers durch Abschalten des Haltestroms die Abschaltspannung und/oder der zeitliche Verlauf des Spannungs- oder Stromabfalls nach dem Abschalten des Stromes erfasst und hieraus die Induktivität des Elektromagneten abgeleitet wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass während einer Betriebszeit, in der der Anker sich relativ zum Elektromagneten in Ruhe befindet, der Elektromagnet mit einem konstanten Strom beaufschlagt wird, die Spannung an der Spule des Elektromagneten gemessen und hieraus der tatsächliche ohmsche Widerstand des Elektromagneten abgeleitet wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass während einer Betriebszeit, in der der Anker sich relativ zum Elektromagneten in Ruhe befindet, aber an diesem nicht anliegt, die über die Beaufschlagung mit Konstantstrom erzeugte Spannung über einen Kondensator zwischengespeichert und für die Temperaturkompensation der Steuerung verwendet wird.
Es folgen 5 Blatt Zeichnungen






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