DE10201887A1 - Steuervorrichtung zum Steuern eines elektromagnetischen Aktuators - Google Patents

Abstract

Eine Steuervorrichtung für einen elektromagnetischen Aktuator umfasst ein Paar von Federn, die in entgegengesetzte Richtungen wirken, und einen Anker, der mit den Federn verbunden ist. Der Anker wird in einer durch die Federn gegebenen Stellung gehalten, wenn der Anker nicht aktiviert ist. Der Aktuator weist ferner ein Paar von Elektromagneten auf, um den Anker zwischen zwei Endstellungen anzutreiben. In Antwort auf ein Lösen des Ankers, der in einer der Endstellungen gehalten ist, bremst die Steuervorrichtung den Anker entsprechend einem Lastzustand des Ankers. In Hochlastzuständen kann das Ventil ohne zusätzliche elektrische Energie sicher geöffnet werden. In Niederlastzuständen wird verhindert, dass der Anker mit einem Joch des Elektromagneten zusammenstößt. Das Bremsen beinhaltet einen Übererregungsbetrieb, einen Schwungmomentbetrieb und das Aufheben der Energieversorgung. In dem Übererregungsbetrieb wird an den Elektromagneten für eine erste Periode eine Spannung angelegt, entsprechend einer der Endstellungen, von der der Anker gelöst wird. Die erste Periode kann entsprechend einem Lastzustand des Ankers bestimmt werden. Nach Ablauf der ersten Periode wird im Elektromagneten für eine zweite Periode ein Schwungmomentstrom zugeführt, nach Ablauf der zweiten Periode wird die Energiezufuhr zu dem Elektromagneten aufgehoben. Eine geeignete Kombination von Übererregungsbetrieb, Schwungmomentbetrieb und Aufheben der Energiezufuhr gestattet es, die Bremskraft entsprechend ...

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung für einen elektromagnetischen Aktuator zum Antrieb eines Ventils eines Motors, der an einer Vorrichtung, wie etwa einem Automobil und einem Boot angebracht ist.

Ein Ventilantriebsmechanismus mit einem elektromagnetischen Aktuator ist bekannt geworden und wird magnetisches Ventil genannt. Ein elektro­ magnetischer Aktuator enthält typischerweise ein bewegliches Eisen oder einen Anker, der zwischen einem Paar von Federn mit einer gegebenen Versatzlast angeordnet ist, sodass der Anker an einem zwischenliegenden Teil eines Paars von Elektromagneten positioniert ist. Mit dem Anker ist ein Ventil verbunden. Wenn dem Paar von Elektromagneten abwechselnd elektrische Energie zugeführt wird, wird der Anker in zwei entgegen­ gesetzte Richtungen hin- und hergehend angetrieben, um hierdurch das Ventil anzutreiben. Herkömmlich ist die Antriebsweise wie folgt:

• - Die magnetische Anziehungskraft, die einer der Elektromagneten auf den Anker ausübt, überwindet eine Rückstellkraft von dem Federpaar und zieht den Anker an, sodass er in einer Aufsitzstellung aufsitzt. Der Anker wird von der Aufsitzstellung durch einen Trigger gelöst, wie etwa der Aufhebung der Energiezufuhr zu dem Elektromagneten, und beginnt, sich durch die Kraft des Federpaars in einer Kosinusfunktion zu verlagern.
• - Zu einer dem Hub des Ankers entsprechenden Steuerzeit wird dem anderen Elektromagneten ein geeigneter Strom zugeführt, um einen Magnetfluss zu erzeugen, der eine Anziehungskraft erzeugt.
• - Der Magnetfluss nimmt schnell zu, wenn sich der Anker dem ande­ ren Elektromagneten annähert, der den Magnetfluss erzeugt. Die Arbeit durch die von dem anderen Elektromagneten erzeugte Anziehungskraft überwindet die Summe von (i) einer kleinen Arbeit durch den Restmagnet­ fluss, der durch den einen Elektromagneten erzeugt wird, der auf den Anker einwirkt, um ihn zurückzuziehen, und (ii) eines mechanischen Ver­ lustes, der für einen großen Anteil der Summe der Arbeit verantwortlich ist. Somit wird der Anker angezogen und sitzt auf dem anderen Elektromagnet auf.
• - Zu einer geeigneten Steuerzeit, wenn der Anker aufsitzt, wird dem anderen Elektromagneten ein konstanter Strom zugeführt, um den Anker in dem Aufsitzzustand zu halten.

Vorgeschlagen wird die Anwendung eines solchen Ventilantriebsmecha­ nismus an Einlass- und Auslassventilen eines an einem Automobil ange­ brachten Motors. Der Ventilantriebsmechanismus könnte, in Abhängigkeit von den Betriebszuständen des Motors, nicht geeignet arbeiten. Wenn der Motor in einem höheren Lastzustand arbeitet, kann das Auslassventil nicht leicht geöffnet werden. Der Grund hierfür ist, dass während einer Periode von dem Verbrennungshub zum Auslasshub Hochdruckgas in dem Zylinder des Motors auf das Ventil einwirkt.

Insbesondere wird beim Öffnungsbetrieb des Ventils, wenn der Anker von einem der Elektromagneten gelöst wird (nachfolgend als "Ventilschließ­ elektromagnet" bezeichnet) und sich zum anderen Elektromagneten bewegt (nachfolgend als "Ventilöffnungselektromagnet" bezeichnet), die in den Federn gespeicherte Energie in mechanische Arbeit des Ventil entgegen dem Abgasdruck umgewandelt. Falls der Anker in einer durch die Federn vorgegebenen neutralen Stellung gehalten wird und die neutrale Stellung an dem Mittelpunkt des Paars von Elektromagneten angeordnet ist, könnte sich der Anker dem Ventilöffnungselektromagneten nicht ausreichend annähern. Um den Anker anzuziehen und das Ventil zu öffnen, ist es erfor­ derlich, dem Ventilöffnungselektromagneten eine große Menge an elektrischer Energie zuzuführen. Dies bedeutet, dass der Betrieb zum Öffnen des Ventils eine große Menge an elektrischer Energie verbraucht.

Eines von herkömmlich vorgeschlagenen Schemata zum leichteren Öffnen eines Auslassventils in Hochlastzuständen ist es, vorab die Neutralstellung des Ankers des Auslassventils ein wenig zu dem Ventilöffnungselektro­ magneten hin zu bewegen. Der Versatz der Neutralstellung erhöht die potenzielle Energie der Federn, wenn der Anker auf dem Ventilschließ­ elektromagneten aufsitzt. Wenn der Ventilöffnungsbetrieb beginnt, wird die Bewegung des Ankers beschleunigt. Der Anker nähert sich dem Ventil­ öffnungselektromagneten auch dann ausreichend an, wenn die mechani­ sche Arbeit entgegen dem Abgas erfolgt.

Jedoch hat das Schema der Bewegung der Neutralstellung des Ankers ein Problem. In Niederlastzuständen, wie etwa im Leerlaufzustand, ist der Gasdruck in dem Zylinder, wenn der Anker von dem Ventilschließ­ elektromagneten gelöst wird, nicht so stark wie in Hochlastzuständen. Die mechanische Arbeit durch das Ventil gegen das Abgas nimmt ab. Wenn der Ventilöffnungsbetrieb beginnt, ist die potenzielle Energie der Feder zu stark. Wenn der Anker in diesem Zustand gelöst wird, könnte sich der Anker heftig zu dem Ventilöffnungselektromagneten hin bewegen. Auch wenn dem Ventilöffnungselektromagneten keine elektrische Energie zugeführt wird, könnte der Anker mit dem Joch des Ventilöffnungselektromagneten kollidieren, um hierdurch ein starke Aufprallgeräusch zu erzeugen.

Es besteht Bedarf nach einer Steuer/Regelvorrichtung für einen elektro­ magnetischen Aktuator, in dem das Ventil, insbesondere das Auslassventil, ohne zusätzliche elektrische Energie in Hochlastzuständen geöffnet wird, und in dem ein Aufprall des Ankers auf das Joch in Niederlastzuständen verhindert wird.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Nach einem Aspekt der Erfindung wird eine Steuer/Regelvorrichtung zum Steuern/Regeln eines elektromagnetischen Aktuators angegeben. Der Aktuator umfasst ein Paar von Federn, die in entgegengesetzten Richtun­ gen wirken, sowie einen Anker, der mit den Federn verbunden ist. Der Anker wird in einer durch die Federn vorgegebenen Neutralstellung gehal­ ten, wenn der Anker nicht aktiviert ist. Der Anker enthält ein Paar von Elektromagneten zum Antrieb des Ankers zwischen zwei Endstellungen. In Antwort auf ein Lösen des Ankers, der in einer der Endstellungen gehalten wird, bremst die Steuer/Regelvorrichtung den Anker entsprechend einem Lastzustand des Ankers. In einem Hochlastzustand kann ein mit dem Anker verbundenes Ventil ohne zusätzliche Energie sicher geöffnet werden. In einem Niederlastzustand wird verhindert, dass der Anker mit einem Joch des Elektromagneten zusammenprallt.

Nach einem anderen Aspekt der Erfindung beinhaltet das Bremsen einen Übererregungsbetrieb. Der Übererregungsbetrieb enthält das Anlegen einer Spannung an den Elektromagneten entsprechend einer der Endstellungen, aus der der Anker gelöst wird, für eine erste Periode. Das Einstellen der Spannungsanlegeperiode und die Höhe der angelegten Spannung ermög­ licht eine leichte Einstellung der Bremskraft. In einer Ausführung der Erfin­ dung wird die erste Periode gemäß einem Lastzustand des Ankers be­ stimmt.

Nach einem anderen Aspekt der Erfindung enthält das Bremsen einen Übererregungsbetrieb, einen Schwungmomentbetrieb und die Aufhebung der Stromzufuhr. In Antwort auf ein Lösen des Ankers beginnt der Über­ erregungsbetrieb. Im Übererregungsbetrieb wird eine Spannung an den Elektromagneten entsprechend einer der Endstellungen, aus der der Anker gelöst wird, für eine erste Periode angelegt. Nach Ablauf der ersten Periode wird dem Elektromagneten für eine zweite Periode ein Schwungmoment­ strom zugeführt. Nach Ablauf der zweiten Periode wird die Energiezufuhr zu dem Elektromagneten aufgehoben. Eine geeignete Kombination des Übererregungsbetriebs, des Schwungmomentbetriebs und der Aufhebung der Energiezufuhr gestattet es, dass die Bremskraft entsprechend einem Lastzustand des Ankers eingestellt wird. Die Flexibilität der Einstellung der Bremskraft wird erhöht.

Nach einem anderen Aspekt der Erfindung wird der Hub des Ankers mit einem vorbestimmten Sollhub verglichen. Wenn der Ankerhub größer als der Sollhub ist, wird die erste Periode zum Anlegen der Spannung an den Elektromagneten verlängert. Wenn der Ankerhub kleiner als der Sollhub ist, wird die erste Periode verkürzt. Somit wird eine Regelung zum Einstellen der Spannungsanlageperiode entsprechend einem Lastzustand des Ankers implementiert.

Nach einem anderen Aspekt der Erfindung ist der Anker mit einem Ventil eines Verbrennungsmotors verbunden. Die Bremskraft wird entsprechend einem Lastzustand des Ventils des Motors eingestellt.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist ein allgemeines Blockdiagramm einer Steuervorrichtung für einen elektromagnetischen Aktuator nach einer Ausführung der Erfindung.

Fig. 2 zeigt eine mechanische Struktur eines elektromagnetischen Aktuators nach einer Ausführung der Erfindung.

Fig. 3 ist ein Funktionsblockdiagramm einer Steuervorrichtung für einen elektromagnetischen Aktuator nach einer Ausführung der Erfindung.

Fig. 4 zeigt die Beziehung verschiedener Parameter (a) wenn keine Brems­ steuerung ausgeführt wird, wenn der Anker gelöst ist und (b) wenn eine Bremssteuerung ausgeführt wird, nachdem der Anker gelöst ist, nach einer Ausführung der Erfindung.

Fig. 5 zeigt ein schematisches Beispiel eines Bremssteuerkennfelds nach einer Ausführung der Erfindung.

Fig. 6 ist eine schematische Schaltung, die Stromwege in einem Über­ erregungsbetrieb nach einer Ausführung der Erfindung zeigt.

Fig. 7 ist eine schematische Schaltung, die Stromwege in einem Schwungmomentbetrieb nach einer Ausführung der Erfindung zeigt.

Fig. 8 ist eine schematische Schaltung, die Stromwege nach Aufhebung der Energiezufuhr zeigt, nach einer Ausführung der Erfindung.

Fig. 9 ist ein Flussdiagramm, das Bremsvorgänge nach einer Ausführung der Erfindung zeigt.

Fig. 10 ist ein Funktionsblockdiagramm einer Steuervorrichtung für einen elektromagnetischen Aktuator nach einer anderen Ausführung der Erfin­ dung.

Fig. 11 ist ein Flussdiagramm, das eine Regelung nach einer anderen Ausführung der Erfindung zeigt.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGEN

Nun werden in Bezug auf die Zeichnungen spezifische Ausführungen der Erfindung beschrieben. Fig. 1 ist ein Blockdiagramm, das eine allgemeine Struktur einer Steuervorrichtung für einen elektromagnetischen Aktuator zeigt. Eine Steuervorrichtung 1 umfasst einen Mikrocomputer, der eine zentrale Prozessoreinheit 2 (CPU 2), einen Nur-Lese-Speicher (ROM) 3 zum Speichern von computerausführbaren Programmen und Daten, einen Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM) 4, der einen Arbeitsplatz für die CPU 2 bildet und Ergebnisse von Operationen durch die CPU 2 speichert, sowie eine Eingabe-Ausgabe(I/O)-Schnittstelle 5.

Die I/O-Schnittstelle 5 erhält Signale von verschiedenen Sensoren 25, die eine Motordrehzahl (Ne), eine Motorwassertemperatur (Tw), eine Ansaug­ lufttemperatur (Ta), eine Batteriespannung (VB) enthalten, sowie einen Zündschalter (IGSW). Die I/O-Schnittstelle 5 erhält auch ein Signal, das ein Solldrehmoment angibt, das von einem Lastanforderungsdetektor 26 erfasst wird. Der Detektor 26 kann ein Gaspedalsensor sein, der den Niederdruckbetrag des Gaspedals erfasst.

Eine Treiberschaltung 8 führt elektrische Energie von einer Konstant­ spannungsquelle 6 einem ersten Elektromagneten 11 und einem zweiten Elektromagneten 13 eines elektromagnetischen Aktuators 100 auf der Basis eines Steuersignals von der Steuervorrichtung 1 zu. In einer Aus­ führung der Erfindung wird elektrische Energie zum Anziehen des Ankers als konstante Spannung zugeführt, und elektrische Energie zum Halten des Ankers in einer Aufsitzstellung wird als konstanter Strom zugeführt. Eine Konstantstromsteuerung kann z. B. durch Pulsdauermodulation der Span­ nung ausgeführt werden, die von der Konstantstromquelle 6 zugeführt wird.

Ein Spannungsdetektor 9 ist mit der Treiberschaltung 8 verbunden. Der Spannungsdetektor 9 erfasst die Höhe der den ersten und zweiten Elektromagneten 11 und 13 zugeführten Spannung und schickt die Ergeb­ nisse zur Steuervorrichtung 1. Ein Stromdetektor 10 ist mit der Treiber­ schaltung 8 verbunden und erfasst die Höhe des den ersten und zweiten Elektromagneten 11 und 13 zugeführten Stroms. Der Stromdetektor 10 schickt die Ergebnisse zu der Steuervorrichtung 1.

Auf der Basis der Eingabe von den verschiedenen Sensoren 25, der Ein­ gabe von dem Lastanforderungsdetektor 26 und der Eingabe von dem Spannungsdetektor 9 sowie dem Stromdetektor 10 bestimmt die Steuer­ vorrichtung 1 Parameter, wie etwa die Steuerzeit der Energiezufuhr, die Höhe der anzulegenden Spannung und die Spannungsanlageperiode ent­ sprechend in dem ROM 3 gespeicherten Steuerprogrammen. Dann schickt die Steuervorrichtung 1 Steuersignale zum Steuern des elektromagneti­ schen Aktuators 100 über die Eingabe-Ausgabe-Schnittstelle 5 zu der Treiberschaltung 8. Somit liefert die Treiberschaltung 8 einen optimierten Strom zu den ersten und zweiten Elektromagneten 11 und 13. Der Strom wird nach dem Kraftstoffverbrauch, der Emissionsreduktion und der Ver­ besserung der Leistungscharakteristik eines Verbrennungsmotors optimiert.

Fig. 2 ist eine Schnittzeichnung, die die Struktur des elektromagnetischen Aktuators 100 zeigt. Ein Ventil 20 ist an einer Einlassöffnung oder einer Auslassöffnung (als Einlass/Auslass-Öffnung bezeichnet) vorgesehen, um die Einlass/Auslass-Öffnung 30 zu öffnen und zu schließen. Das Ventil 20 sitzt auf dem Ventilsitz 31 auf und schließt die Einlass/Auslass-Öffnung 30, wenn es durch den elektromagnetischen Aktuator 100 nach oben angetrie­ ben wird. Das Ventil 20 verlässt den Ventilsitz 31 und bewegt sich um einen vorbestimmten Weg von dem Ventilsitz nach unten, um die Einlass/Auslass-Öffnung 30 zu öffnen, wenn es durch den elektromagneti­ schen Aktuator 100 nach unten angetrieben wird.

Das Ventil 20 erstreckt sich zu einem Ventilschaft 21. Der Ventilschaft 21 ist in einer Ventilführung 23 so aufgenommen, dass es sich in Richtung der Achse bewegen kann. Ein scheibenförmiger Anker 22, der aus weich­ magnetischem Material hergestellt ist, ist am Oberende des Ventilschafts 21 angebracht. Der Anker 22 wird mit einer ersten Feder 16 und einer zweiten Feder 17 von oben und unten vorgespannt.

Ein Gehäuse 18 des elektromagnetischen Aktuators 100 ist aus nicht­ magnetischem Material hergestellt. In dem Gehäuse 18 vorgesehen sind ein erster Elektromagnet 11 vom Solenoidtyp, der über dem Anker 22 angeord­ net ist, sowie ein zweiter Elektromagnet 13 vom Solenoidtyp, der unter dem Anker 22 angeordnet ist. Der erste Elektromagnet 100 wird von einem ersten elektromagnetischen Joch 12 umgeben und der zweite Elektro­ magnet 13 wird von einem zweiten elektromagnetischen Joch 14 umge­ ben. Die erste Feder 16 und die zweite Feder 17 stehen so im Gleich­ gewicht, dass sie den Anker 22 in der Mitte zwischen dem ersten Elektromagneten 11 und dem zweiten Elektromagneten 13 halten, wenn kein Erregungsstrom dem ersten Elektromagneten 11 oder dem zweiten Elektromagneten 13 zugeführt wird.

Wenn dem ersten Elektromagneten 11 durch die Treiberschaltung 8 ein Erregungsstrom zugeführt wird, werden das erste elektromagnetische Joch 12 und der Anker 22 magnetisiert, um einander anzuziehen, um hierdurch den Anker 22 hochzuziehen. Im Ergebnis wird das Ventil 20 durch den Ventilschaft 21 nach oben angetrieben und sitzt auf dem Ventilsitz 31 auf, um einen geschlossenen Zustand zu bilden.

Eine Unterbrechung des Stroms zu dem ersten Elektromagneten 11 und ein Starten der Stromzufuhr zu dem zweiten Elektromagneten 13 bewirkt, dass das zweite elektromagnetische Joch 14 und der Anker 22 magnetisiert werden, um eine Kraft zu erzeugen, die, in Kombination mit der potenziel­ len Energie der Federn, den Anker 22 nach unten anzieht. Der Anker 22 berührt das zweite elektromagnetische Joch 14 und stoppt dort. Im Ergeb­ nis wird das Ventil 20 durch den Ventilschaft 21 nach unten angetrieben, um einen offenen Zustand zu bilden.

Der erste Elektromagnet 11 wird als Ventilschließelektromagnet bezeichnet und der zweite Elektromagnet 13 wird als Ventilöffnungselektromagnet bezeichnet. Ähnlich wird das erste Joch 12 als Ventilschließjoch bezeich­ net und das zweite Joch 14 wird als Ventilöffnungsjoch bezeichnet.

Fig. 3 ist ein detailliertes Funktionsblockdiagramm der elektromagneti­ schen Aktuatorsteuervorrichtung 1 von Fig. 1. Eine elektromagnetische Steuervorrichtung 50 steuert/regelt die Treiberschaltung 8 derart, dass eine konstante Spannung an den Elektromagneten angelegt wird, um den Anker anzuziehen. Die Steuervorrichtung 50 steuert/regelt die Treiberschaltung 8 auch so, dass dem Elektromagneten ein konstanter Strom zugeführt wird, um den Anker in einer Aufsitzstellung zu halten.

Ein Ne,Pb-Detektor 51 erfasst die Motordrehzahl Ne auf der Basis von Ausgaben von einem Motordrehzahlsensor und erfasst den Ansaugrohr­ druck Pb auf der Basis von Ausgaben von einem Ansaugrohrdrucksensor. Pb ist ein Parameter, der den Lastzustand des Motors angibt. Ne ist ein Parameter, der eine Arbeitsgeschwindigkeit eines Ventils des Motors an­ gibt, die der Arbeitsgeschwindigkeit des Ankers entspricht. Ein Ankerhub­ sensor 53 erfasst einen Hub des Ankers.

Zu einer geplanten Zeit zum Lösen des Ankers gibt eine Ventilschließanker­ löseeinheit 54 ein Steuersignal an die Elektromagnet-Steuervorrichtung 50 aus, um den dem Ventilschließelektromagneten 1 l zugeführten Haltestrom aufzuheben. Die geplante Zeit zum Lösen des Ankers wird auf der Basis von Faktoren bestimmt, wie etwa der Ventilsteuerzeit und der Motordreh­ zahl Ne. In Antwort auf das Steuersignal steuert/regelt die Elektromagnet- Steuereinheit 50 die Treiberschaltung 8 so, dass die Energiezufuhr zu dem Ventilschließelektromagneten aufgehoben wird. Somit wird der Anker von dem Ventilschließjoch 12 gelöst.

Eine Ventilöffnungsankeranziehungseinheit 55 zieht den Anker an, der von dem Ventilschließjoch 12 gelöst worden ist. Insbesondere gibt die Ventil­ öffnungsankeranziehungseinheit 55 ein Steuersignal an die Elektromagnet- Steuervorrichtung 50 aus, wenn der Anker eine vorbestimmte Stellung erreicht. Die vorbestimmte Stellung ist z. B. 1 mm von der Oberfläche des Ventilöffnungsjochs 14 angeordnet. In Antwort auf das Steuersignal steuert/regelt die Elektromagnet-Steuervorrichtung 50 die Treiberschaltung 8 so, dass sie dem Ventilöffnungselektromagneten 12 den Erregungsstrom zuführt (Fig. 2).

Eine Bremsteuerbestimmungseinheit 52 prüft einen Lastzustand des Ventils (Ankers), um zu bestimmen, welche Art von Bremsbetrieb auf den Anker ausgeübt werden soll. In dieser Ausführung bestimmt die Bremssteuer­ bestimmungseinheit 52 einen Lastzustand des Ventils auf der Basis der Motordrehzahl Ne und dem Ansaugrohrdruck Pb von dem Ne, Pb-Detektor 51. Alternativ könnte der Lastzustand des Ventils auf der Basis anderer Parameter bestimmt werden, wie etwa der Öffnung eines Drosselventils eines Motors und der Wicklungstemperatur der Elektromagneten.

Nach einer Ausführung der Erfindung sind drei Arten von Bremsbetrieb vorgesehen. Der erste Bremsbetrieb ist das Anlegen einer Übererregungs­ spannung an den Ventilschließelektromagneten. Der erste Bremsbetrieb hat eine Funktion, den Magnetfluss zu erhöhen, oder eine Funktion, den Magnetfluss nicht zu senken. Der zweite Bremsbetrieb ist es, dem Ventil­ schließelektromagneten einen Schwungmoment-Strom zuzuführen. Der zweite Bremsbetrieb hat eine Funktion, den Magnetfluss beizubehalten. Der dritte Bremsbetrieb ist es, die Energiezufuhr zu dem Ventilschließelektro­ magneten aufzuheben. Der dritte Bremsbetrieb hat eine Funktion, den Magnetfluss zu senken. Der erste Bremsbetrieb hat die stärkste Bremskraft. Der dritte Bremsbetrieb hat die kleinste Bremskraft. Die Bremskraft des zweiten Bremsbetriebs liegt zwischen der Bremskraft des ersten Brems­ betriebs und der Bremskraft des dritten Bremsbetriebs.

Nach einer Ausführung der Erfindung bestimmt die Bremssteuerbestim­ mungseinheit 52 auf der Basis eines Lastzustands des Ventils eine Über­ erregungsperiode, in der der erste Bremsbetrieb ausgeführt wird. Die Höhe der Bremskraft wird durch die Länge der Übererregungsperiode eingestellt. In der Ausführung sind die Steuerzeit zum Starten des ersten Brems­ betriebs, die Höhe der Spannung, die während des ersten Bremsbetriebs an den Elektromagneten anzulegen ist, und eine Periode, in der der zweite Bremsbetrieb ausgeführt wird, vorbestimmt.

In einer anderen Ausführung kann die Bremssteuerbestimmungseinheit 52 irgendeinen von Faktoren bestimmen, wie etwa die Steuerzeit zum Start des ersten Bremsbetriebs, die Höhe der Spannung, die während des ersten Bremsbetriebs an den Elektromagneten anzulegen ist, sowie eine Periode, in der der zweite Bremsbetrieb ausgeführt wird.

Alternativ kann die Höhe der Bremskraft während des ersten Bremsbetriebs durch die Höhe der Spannung eingestellt werden, die an den Elektro­ magneten angelegt wird.

Die Elektromagnet-Steuervorrichtung 50 steuert/regelt die Treiberschaltung 8 derart, dass der Übererregungsbetrieb über die Übererregungsperiode hinweg ausgeführt wird, die durch die Bremssteuerbestimmungseinheit 52 bestimmt ist. Nach Ablauf der Übererregungsperiode führt die Elektro­ magnet-Steuervorrichtung 50 den Schwungmomentbetrieb über eine vor­ bestimmte Periode hinweg aus. Nachdem die vorbestimmte Periode für den Schwungmomentbetrieb abgelaufen ist, hebt die Elektromagnet-Steuer­ vorrichtung 50 die Stromzufuhr zu dem Ventilschließelektromagneten auf.

Fig. 4(a) zeigt einen Fall, in dem keine Bremssteuerung ausgeführt wird. Die linke vertikale Achse zeigt den Hubbetrag des Ankers (mm). Sie zeigt auch die Spannung (V) und den Strom (A) des Ventilschließelektro­ magneten.

Die Bezugszahl 41 zeigt die freie Vibration, nachdem der Anker von dem Ventilschließjoch gelöst ist. Die Bezugszahl 43 zeigt die Spannung des Ventilschließelektromagneten, und die Bezugszahl 44 zeigt den Strom, der durch den Ventilschließelektromagneten fließt.

Wie mit der Bezugszahl 44 gezeigt, verlässt der Anker die Aufsitzposition des Ventilschließjochs und stößt mit dem Ventilöffnungsjoch zusammen, das mit einer Linie 42 angegeben ist, in Antwort auf das Aufheben des dem Ventilschließelektromagneten zugeführten Haltestroms. Das Ventil und der Anker sind derart verbunden, dass das Ventil durch die Feder zu dem Ventilschließjoch 12 hin gedrückt wird und der Anker durch die Feder 16 zu dem Ventilöffnungsjoch 14 hin gedrückt wird, wie in Fig. 2 gezeigt. Wenn der Anker in der Neutralstellung angeordnet ist, werden der Anker und das Ventil durch die Kraft des Federpaars 16 und 17 verbunden, dessen Größe typischerweise etwa 300 N (Newton) beträgt. Wenn der Anker mit dem Ventilöffnungsjoch zusammenstößt, verlässt das Ventil den Anker und durchtritt ein wenig seine Aufsitzstellung, wie mit den Bezugs­ zahlen 42 und 44 gezeigt. Dann wird das Ventil durch die Kraft der Federn zurückgezogen und wieder mit dem Anker verbunden. Die Geschwindigkeit des Ankers, wenn dieser mit dem Ventilöffnungsjoch zusammenstößt, beträgt 1,7 m/s, was ein starkes Aufprallgeräusch erzeugen kann.

Fig. 4(b) zeigt einen Fall, in dem eine Bremssteuerung/-regelung nach einer Ausführung der Erfindung ausgeführt wird. Die Bezugszahl 45 zeigt eine freie Vibration des Ankers, nachdem sich der Anker von dem Ventilschließ­ joch gelöst hat. Die Bezugszahl 46 zeigt die Spannung des Ventilschließ­ elektromagneten, und die Bezugszahl 47 zeigt den Strom, der durch den Ventilschließelektromagneten fließt.

In Antwort auf das Aufheben des dem Ventilschließelektromagneten zu­ geführten Haltestroms verlässt der Anker die Aufsitzstellung des Ventil­ schließjochs und bewegt sich zu dem Ventilöffnungsjoch hin. Nach Ablauf von etwa 0,7 ms seit der Aufhebung der Energiezufuhr wird der Über­ erregungsbetrieb über eine Periode von etwa 1,3 ms ausgeführt. In der Übererregungsperiode wird eine Spannung von 12 V (Volt) an den Ventil­ schließelektromagneten angelegt. Wie mit der Bezugszahl 47 gezeigt, nimmt der durch den Ventilschließelektromagneten fließende Strom zu. Dementsprechend nimmt der von dem Elektromagneten erzeugte Magnet­ fluss zu. Eine Abnahme der Anziehungskraft des Ventilschließelektro­ magneten wird unterdrückt. Somit wird eine Bremsung auf den Anker ausgeübt, der sich zu dem Ventilöffnungsjoch hin bewegt. Wie am besten im Vergleich mit der Welle 41 in Fig. 4(a) zu sehen, ist der Anstieg der freien Vibrationswelle 45 des Ankers, die eine Hubvariation des Ankers zeigt, mäßiger.

Nachdem der Übererregungsbetrieb abgeschlossen ist, wird für eine Dauer von etwa 0,2 ms der Schwungmomentbetrieb ausgeführt. Die Bremskraft auf den Anker wird schwächer. Nachdem der Schwungmomentbetrieb abgeschlossen ist, wird die Energiezufuhr zu dem Ventilschließelektro­ magneten aufgehoben. Hierbei wird in dem Ventilschließelektromagneten eine elektromotorische Gegenkraft erzeugt. Die Spannung des Elektro­ magneten fällt auf etwa -42 V, wie mit der Bezugszahl 46 gezeigt. Der Grund hierfür ist, dass die Treiberschaltung derart konfiguriert ist, dass der Strom von dem Elektromagneten in die Treiberschaltung hineinfließt, wenn die in dem Elektromagneten erzeugte elektromotorische Gegenkraft eine Summe der Energiezufuhr in der Treiberschaltung überschreitet und die Spannung in Gleichstromwiderständen der Schaltelemente und Wicklungen abfällt. In dem in Fig. 4(b) gezeigten Beispiel fließt eine sehr kleine Strom­ menge in die Treiberschaltung für etwa 0,5 ms, nachdem die Energiezufuhr aufgehoben ist. Daher fließt ein Wirbelstrom in dem Magnetkreis, um auf den fortdauernden Magnetfluss zu treffen, wodurch ein Joule'scher Verlust entsteht. Der Magnetfluss nimmt schnell ab. Demzufolge nimmt die Brems­ kraft auf den Anker schnell ab. Jedoch ist die Geschwindigkeit des Ankers durch die Bremskraft, die durch den Übererregungsbetrieb ausgeübt wurde, bereits verlangsamt worden. Somit kann der Anker die freie Vibration fortsetzen, ohne mit dem Ventilöffnungsjoch zusammenzustoßen, wie mit der Bezugszahl 45 gezeigt.

Es ist möglich, die Bremskraft auf dem Anker mittels einer geeigneten Kombination von drei Bremsvorgängen an Übererregung, Schwungmoment und Aufhebung der Energiezufuhr einzustellen. Wenn in einer erfindungs­ gemäßen Ausführung das Ventil in Niederlastzuständen leicht geöffnet werden kann, wird die Übererregungsperiode um einen vorbestimmte Zeit verlängert. Wenn das Ventil in Hochlastzuständen nicht leicht geöffnet werden kann, wird der Übererregungsbetrieb um eine vorbestimmte Zeit verkürzt.

Die Periode für den Schwungmomentbetrieb kann vorbestimmt sein. Alter­ nativ kann die Schwungmomentperiode kürzer gesetzt werden, wenn die Übererregungsperiode länger gesetzt wird. Die Schwungmomentperiode kann länger gesetzt werden, wenn die Übererregungsperiode kürzer gesetzt wird.

In einer anderen Ausführung der Erfindung kann die Zeitgebung zum Anle­ gen der Spannung im Übererregungsbetrieb entsprechend einem Lastzu­ stand des Ventils gesetzt werden. Beispielsweise wird die Spannungs­ anlagezeit in Niederlastzuständen früher gesetzt, sodass die Bremskraft früher auf den Anker einwirkt.

In einer anderen Ausführung der Erfindung kann irgendeine anzulegende Spannungshöhe entsprechend einem Lastzustand des Ventils bestimmt werden. Z. B. wird in Niederlastzuständen eine höhere Spannung angelegt, um die Bremskraft zu verstärken.

In einer anderen Ausführung der Erfindung wird der Schwungmoment­ betrieb nicht ausgeführt. Es wird nur der Übererregungsbetrieb ausgeführt, um die Bremskraft geeignet zu erzeugen. Nachdem in diesem Fall der Übererregungsbetrieb abgeschlossen ist, wird die Energiezufuhr zu dem Ventilschließelektromagneten aufgehoben. Im Vergleich zu dem Fall, wo der Schwungmomentbetrieb ausgeführt wird, nimmt der von dem Ventil­ schließelektromagneten erzeugte Magnetfluss schneller ab, nachdem die Übererregungsperiode abgeschlossen ist. Demzufolge schwächt die Brems­ kraft schnell ab. Wenn jedoch in dem Übererregungsbetrieb an den Anker eine ausreichende Bremskraft angelegt wird, setzt der Anker seine freie Vibration fort, ohne mit dem Ventilöffnungsjoch zusammenzustoßen.

In einer anderen Ausführung der Erfindung kann die während des Über­ erregungsbetriebs anzulegende Spannung während der Übererregungs­ periode geändert werden. Z. B. wird in der früheren Stufe der Überer­ regungsperiode eine Spannung von 42 V angelegt. Die angelegte Spannung wird auf 12 V geändert, nachdem eine gegebene Periode abgelaufen ist. Mit einer solchen Spannungseinstellung ist die Bremskraft in der früheren Stufe stärker und wird dann schwächer. Somit kann die Bremskraft einge­ stellt werden, um zu verhindern, dass der Anker mit dem Ventilöffnungs­ joch zusammenstößt.

Fig. 5 zeigt schematisch ein Beispiel eines Bremssteuerkennfelds nach einer Ausführung der Erfindung. Die horizontale Achse bezeichnet einen Lastzustand des Ventils, wobei der Lastzustand zur rechten Richtung hin höher wird. In dieser Ausführung wird der Lastzustand durch die Motor­ drehzahl Ne und den Ansaugrohrdruck Pb repräsentiert. Die vertikale Achse zeigt die Übererregungsperiode. Wie au§dem Kennfeld ersichtlich, wird die Übererregungsperiode kürzer, wenn die Last zunimmt. Der Grund hierfür ist, dass das Ventil in höheren Lastzuständen nicht leicht geöffnet werden kann. In höheren Lastzuständen ist eine starke Bremskraft nicht erforder­ lich. Weil in Niederlastzuständen das Ventil relativ leicht geöffnet werden kann, ist eine stärkere Bremskraft erforderlich, um die Bewegung des Ankers zu schwächen.

Gemäß dem Kennfeld wird die Übererregungsperiode null, wenn die Last einen vorbestimmten Wert überschreitet. In höheren Lastzuständen als dem vorbestimmten Wert besteht keine Möglichkeit, dass der Anker mit dem Ventilöffnungsjoch zusammenstößt, auch wenn keine Bremskraft an den Anker angelegt wird.

In Bezug auf Fig. 6 bis Fig. 8 werden Stromwege in der Treiberschaltung für die jeweiligen Bremsvorgänge beschrieben. Fig. 6 zeigt schematisch eine Treiberschaltung für den Ventilschließelektromagneten 81. Eine Energieversorgung 61 ist eine Quelle für hohe Spannung von 42 V, die für eine Konstantspannungssteuerung zum Anziehen des Ankers zu verwenden ist. Eine Energieversorgung 62 ist eine Quelle für niedrige Spannung von 12 V, die für eine Konstantspannungssteuerung zum Halten des Ankers zu verwenden ist.

Die Treiberschaltung umfasst einen Ventilschließelektromagneten 81, einen ersten FET 71, einen zweiten FET 72, einen dritten FET 73, eine erste Diode 75, eine zweite Diode 76 und eine dritte Diode 77. Der erste FET 71 ist ein Schaltmittel, das durch einen N-Kanal FET implementiert ist, dessen Sourceanschluss mit dem Elektromagneten 81 verbunden ist, dessen Drainanschluss mit der Energieversorgung 61 verbunden ist und dessen Gateanschluss mit einer Stromsteuerschaltung (nicht gezeigt) verbunden ist. Der zweite FET 72 ist ein Schaltmittel, das durch einen N-Kanal FET implementiert ist, dessen Sourceanschluss mit einem Masseanschluss 83 verbunden ist, dessen Drainanschluss mit dem Elektromagneten 81 ver­ bunden ist und dessen Gateanschluss mit der Stromsteuerschaltung ver­ bunden ist. Die Stromsteuerschaltung steuert eine Zeitgebung der Energie­ zufuhr zu dem Elektromagneten 81 auf der Basis eines Steuersignals von der in Fig. 1 gezeigten Steuervorrichtung 1.

Der dritte FET 73 ist ein Schaltmittel, das durch einen P-Kanal FET implementiert, dessen Drainanschluss mit dem Elektromagneten 81 über die dritte Diode 77 verbunden ist, dessen Sourceanschluss mit der Energie­ versorgung 62 verbunden ist und dessen Gateanschluss mit der Strom­ steuerschaltung verbunden ist.

Alternativ können für die ersten und zweiten FETs 71 und 72 P-Kanal FETs verwendet werden. Für den dritten FET 73 kann ein N-Kanal FET verwen­ det werden. Ferner können, anstatt der FETs 71 bis 73, jegliche geeigneten Schaltelemente verwendet werden, wie etwa Leistungstransistor und IGBT (bipolarer Transistor mit isoliertem Gate).

Die erste Diode 75 ist so vorgesehen, dass ihr Anodenanschluss mit dem Elektromagneten 81 verbunden ist und ihr Kathodenanschluss mit der Energieversorgung 61 verbunden ist. Die zweite Diode 76 ist so vorge­ sehen, dass ihr Anodenanschluss mit dem Masseanschluss 83 verbunden ist und ihr Kathodenanschluss mit dem Elektromagneten 81 verbunden ist. Die dritte Diode 77 ist so vorgesehen, dass ihr Anodenanschluss mit der Energieversorgung 72 über den dritten FET 73 verbunden ist und ihr Katho­ denanschluss mit dem Elektromagneten 81 verbunden ist.

Es wird der Übererregungsbetrieb beschrieben. Die Steuervorrichtung 1 (Fig. 1) gibt ein Steuersignal an die Stromsteuerschaltung aus, um einen Ventilöffnungsbetrieb auszuführen. In Antwort auf das Steuersignal gibt die Stromsteuerschaltung ein Steuersignal zu einer Startzeit der Übererregungs­ periode aus, um den ersten FET 71 und den zweiten FET 72 einzuschalten. Der dritte FET 73 befindet sich in dem Auszustand. Somit wird ein Strom­ weg gebildet, wie im Weg 91 gezeigt. Die Spannung von 42 V von der Energieversorgung 61 wird an den Elektromagneten 81 angelegt. Da die Spannung von 42 V fortlaufend an den Elektromagneten 81 angelegt wird, nimmt der von dem Elektromagneten 81 erzeugte Magnetfluss zu. Somit nimmt die Höhe der Anziehungskraft zum Anziehen des Ankers zu.

In Bezug auf Fig. 7 wird der Schwungmomentbetrieb beschrieben. Fig. 7 zeigt die gleiche Treiberschaltung, die in Fig. 6 gezeigt ist. Der erste FET 71 wird in Antwort auf ein Steuersignal von der Stromsteuerschaltung ausgeschaltet. Der zweite FET 72 wird in dem Einzustand gehalten. Da der erste FET 71 ausgeschaltet ist, wird die Spannungsanlage an den Elektro­ magneten 81 gestoppt. In dem Elektromagneten 81 wird eine elektro­ motorische Gegenkraft induziert, die an dessen negativer Seite (seitens der ersten Diode 75) eine hohe Spannung erzeugt. Der Elektromagnet 81 tendiert dazu, weiterhin den Strom in derselben Richtung wie beim Anlegen der Spannung durchzulassen.

Weil mittlerweile der erste FET 71 ausgeschaltet ist, wird ein geschlossener Kreis von der negativen Seite des Elektromagneten 81 durch den zweiten FET 72 und die zweite Diode 76 zur positiven Seite (seitens des zweiten FET 72) des Elektromagneten 81 gebildet. Die hohe Spannung an der negativen Seite des Elektromagneten 81 wird als Schwungmomentstrom entladen, der durch den geschlossenen Kreis fließt, wie mit dem Weg 92 gezeigt.

Da die magnetische Energie, die in den Elektromagneten 81 geladen worden ist, durch den geschlossenen Kreis als Schwungmomentstrom fließt, bleibt der Magnetfluss von dem Elektromagneten 81 annähernd erhalten. Somit wird der Anker während des Schwungmomentbetriebs durch eine Anziehungskraft angezogen, die angenähert die gleiche ist wie in dem Übererregungsbetrieb.

In Bezug auf Fig. 8 wird das Aufheben der Energiezufuhr beschrieben. Fig. 8 zeigt dieselbe Treiberschaltung wie in Fig. 6 und Fig. 7. Der zweite FET 72 wird in Antwort auf ein Steuersignal von der Stromsteuer­ schaltung ausgeschaltet. Der erste FET 71 wird in dem Auszustand gehal­ ten. Wie mit dem Weg 93 gezeigt, wird dort ein Stromweg gebildet, der durch die zweite Diode 76, den Elektromagneten 81 und die erste Diode 75 läuft. Die magnetische Energie, die in den Elektromagneten 81 geladen worden ist, wird durch die erste Diode 75 zur Energieversorgung 61 zu­ rückgeführt. Wenn somit die Energieversorgung aufgehoben ist, fließt ein kleiner Strom durch den Elektromagneten 81. Der von dem Elektromagne­ ten 81 erzeugte Magnetfluss nimmt schnell ab. Demzufolge wird die Anzie­ hungskraft zum Anziehen des Ankers schnell schwächer.

Fig. 9 ist ein Flussdiagramm, das den Prozess zur Durchführung der Bremsvorgänge zeigt. In Schritt 101 wird der Anker, der an dem Ventil­ schließjoch gehalten worden ist, gelöst. Das Lösen wird mittels der Auf­ hebung des Haltestroms aktiviert, der dem Ventilschließelektromagneten zugeführt worden ist. In Schritt 102 wird die Übererregungsperiode von dem Bremssteuerkennfeld auf der Basis des vorliegenden Pb und Ne, die durch die Pb- und Ne-Sensoren erfasst sind, abgefragt. In Schritt 103 startet der Übererregungsbetrieb, nachdem eine vorbestimmte Periode (im in Fig. 4(b) gezeigten Beispiel 0,7 ms) ab der Startzeit des Lösens des Ankers abgelaufen ist. Der Übererregungsbetrieb wird über die in Schritt 102 abgefragte Übererregungsperiode ausgeführt. Nachdem die Über­ erregungsperiode abgelaufen ist, wird in Schritt 104 der Schwungmoment­ betrieb über eine vorbestimmte Periode hinweg ausgeführt (im in Fig. 4(b) gezeigten Beispiel z. B. 0,2 ms). Dann wird in Schritt 105 die Energiezufuhr zu dem Ventilschließelektromagneten aufgehoben. Nach dem Aufheben der Energiezufuhr wird in Schritt 106 elektrische Energie dem Ventilöffnungs­ elektromagneten mit einer vorbestimmten Zeitgebung zugeführt, um den Anker anzuziehen. Der Anker wird zu dem Ventilöffnungsjoch bewegt und das Ventil wird geöffnet.

Fig. 10 ist ein Funktionsblockdiagramm einer Steuervorrichtung für einen elektromagnetischen Aktuator nach einer zweiten Ausführung der Erfin­ dung. Für entsprechende Blöcke werden die gleichen Bezugszahlen von Fig. 3 verwendet, und die Beschreibung dieser Blöcke wird nicht wieder­ holt.

In dem gegenwärtigen Zyklus zum Lösen des Ankers vergleicht ein Regler 57 den vom Ankerhubsensor 53 erfassten Ankerhub mit einem vorbe­ stimmten Sollbub, nachdem eine vorbestimmte Periode seit der Aktivierung des Lösebetriebs des Ankers abgelaufen ist. Der Regler 57 berechnet einen Differenz-Bremsbetrag auf der Basis einer Differenz zwischen dem erfass­ ten Hub und dem Sollhub. Der Differenz-Bremsbetrag bezeichnet eine Abweichung von dem Bremsbetrag im gegenwärtigen Zyklus. In der Aus­ führung wird der Bremsbetrag durch die Länge der Übererregungsperiode repräsentiert.

Insbesondere, wenn der erfasste Hub größer als der Sollhub ist, bedeutet dies, dass an den Anker eine stärkere Bremskraft angelegt werden muss. Der Differenz-Bremsbetrag, der zu dem Bremsbetrag des gegenwärtigen Zyklus addiert werden soll, wird berechnet. Anders gesagt, es wird be­ stimmt, wie weit die Übererregungsperiode verlängert wird. Die bestimmte Verlängerungsperiode wird zur Übererregungsperiode des gegenwärtigen Zyklus addiert. Im nächsten Zyklus wird der Übererregungsbetrieb über die berechnete Übererregungsperiode hinweg ausgeführt.

Wenn der erfasste Hub kleiner als der Sollhub ist, bedeutet dies, dass an den Anker eine kleinere Bremskraft angelegt werden muss. Der Differenz- Bremsbetrag, der von dem Bremsbetrag des gegenwärtigen Zyklus subtrahiert werden soll, wird berechnet. Anders gesagt, es wird bestimmt, wie weit die Übererregungsperiode verkürzt wird. Die bestimmte Verkür­ zungsperiode wird von der Übererregungsperiode des gegenwärtigen Zyklus subtrahiert. Im nächsten Zyklus wird der Übererregungsbetrieb über die berechnete Übererregungsperiode hinweg ausgeführt.

Wenn der erfasste Hub gleich dem Sollhub ist, bedeutet dies, dass bereits die geeignete Übererregungsperiode verwendet wird. Der Differenz-Brems­ betrag wird auf null gesetzt.

Somit kann durch die Regelung des Differenz-Bremsbetrags der Brems­ betrag für jedes Ventil eingestellt werden. Der Sollhub wird derart vor­ bestimmt, dass sich der Anker frei bewegen kann, ohne mit dem Ventilöff­ nungsjoch zusammenzustoßen.

In einer anderen Ausführung kann der Differenzbremsbetrag als Konstant­ wert vordefiniert werden. Falls z. B. der Ankerhub größer als der Sollhub ist, wenn eine gegebene Periode seit der Aktivierung des Lösebetriebs des Ankers abgelaufen ist, wird die Übererregungsperiode um 0,2 ms verlän­ gert. Wenn der Ankerhub kleiner als der Sollhub ist, wird die Über­ erregungsperiode um 0,2 ms verkürzt.

In einer anderen Ausführung kann das Bremssteuerkennfeld mit dem in der Regelung bestimmten Differenz-Bremsbetrag aktualisiert werden. In einer noch weiteren Ausführung kann die Regelung so implementiert sein, dass die Geschwindigkeit des Ankers, wenn er das Ventilöffnungsjoch erreicht, auf einen geeigneten Wert eingestellt wird. Wenn z. B. die Ankergeschwin­ digkeit zu schnell ist, wird die Übererregungsperiode verlängert. Wenn die Ankergeschwindigkeit langsam ist, wird die Übererregungsperiode verkürzt.

In einer anderen Ausführung kann der Differenz-Bremsbetrag durch die Höhe der an den Elektromagneten angelegten Spannung repräsentiert werden. Falls z. B. der Ankerhub größer als der Sollhub ist, wenn seit der Aktivierung des Lösebetriebs des Ankers eine gegebenen Periode abgelau­ fen ist, wird die angelegte Spannung erhöht. Wenn der Ankerhub kleiner als der Sollhub ist, wird die angelegte Spannung gesenkt.

Die Bremssteuerbestimmungseinheit 52 erhält den Differenz-Bremsbetrag, nämlich die Differenz-Übererregungszeit, die von dem Regler 57 berechnet worden ist. Die Bremssteuerbestimmungseinheit 52 addiert die Differenz- Übererregungszeit, die während des vorherigen Zyklus bestimmt ist, zu der Übererregungsperiode, die von dem Bremssteuerkennfeld auf der Basis des gegenwärtigen Ne und Pb abgefragt worden ist, um die Übererregungs­ periode für den gegenwärigen Zyklus zu bestimmen.

Fig. 11 ist ein Flussdiagramm, das den Prozess der Regelung nach einer zweiten Ausführung der Erfindung zeigt. Die Regelung kann parallel zu dem in Fig. 9 gezeigten Prozess der Bremsvorgänge ausgeführt werden, nach­ dem der Anker von dem Ventilschließjoch gelöst ist.

In Schritt 151 wird bestimmt, ob ein Timer, der bei der Aktivierung des Lösevorgangs des Ankers gestartet wird, einen vorbestimmte Periode überschreitet. Wenn die vorbestimmte Periode abläuft, wird der Hub des Ankers erfasst. Der erfasste Hub und ein vorbestimmter Sollhub werden verglichen (Schritt 152). Wenn der erfasste Hub größer als der Sollhub ist, bedeutet dies, dass die Ankergeschwindigkeit zu schnell ist. Eine Differenz- Übererregungszeit, die zu der gegenwärtigen Übererregungsperiode zu addieren ist, wird bestimmt (Schritt 153). Wenn der Ankerhub kleiner als der Sollhub ist, bedeutet dies, dass die Ankerbewegung zu langsam ist. Eine Differenz-Übererregungszeit, die von der gegenwärtigen Über­ erregungsperiode zu subtrahieren ist, wird bestimmt (Schritt 154). Wenn der Ankerhub gleich dem Sollhub ist, wird die Differenz-Übererregungszeit auf null gesetzt (Schritt 155). Somit wird die Regelung derart ausgeführt, dass der Ankerhub gleich dem Sollhub gemacht wird.

Für den Fachmann versteht es sich, dass die obigen Ausführungen ähnlich für eine Schließbetätigung des Ventils angewendet werden. Die Brems­ vorgänge können bei dem Anker angewendet werden, der von dem Ventil­ schließjoch gelöst ist.

Obwohl die Erfindung in Bezug auf spezifischen Ausführungen beschrieben wurde, sollen diese Ausführungen den Umfang der Erfindung nicht ein­ schränken.

Eine Steuervorrichtung für einen elektromagnetischen Aktuator umfasst ein Paar von Federn, die in entgegengesetzte Richtungen wirken, und einen Anker, der mit den Federn verbunden ist. Der Anker wird in einer durch die Federn gegebenen Stellung gehalten, wenn der Anker nicht aktiviert ist. Der Aktuator weist ferner ein Paar von Elektromagneten auf, um den Anker zwischen zwei Endstellungen anzutreiben. In Antwort auf ein Lösen des Ankers, der in einer der Endstellungen gehalten ist, bremst die Steuer­ vorrichtung den Anker entsprechend einem Lastzustand des Ankers. In Hochlastzuständen kann das Ventil ohne zusätzliche elektrische Energie sicher geöffnet werden. In Niederlastzuständen wird verhindert, dass der Anker mit einem Joch des Elektromagneten zusammenstößt. Das Bremsen beinhaltet einen Übererregungsbetrieb, einen Schwungmomentbetrieb und das Aufheben der Energieversorgung. In dem Übererregungsbetrieb wird an den Elektromagneten für eine erste Periode eine Spannung angelegt, ent­ sprechend einer der Endstellungen, von der der Anker gelöst wird. Die erste Periode kann entsprechend einem Lastzustand des Ankers bestimmt werden. Nach Ablauf der ersten Periode wird dem Elektromagneten für eine zweite Periode ein Schwungmomentstrom zugeführt. Nach Ablauf der zweiten Periode wird die Energiezufuhr zu dem Elektromagneten aufgeho­ ben. Eine geeignete Kombination von Übererregungsbetrieb, Schwung­ momentbetrieb und Aufheben der Energiezufuhr gestattet es, die Brems­ kraft entsprechend einem Lastzustand des Ankers einzustellen.

Claims (20)

1. Steuervorrichtung zum Steuern/Regeln eines elektromagnetischen Aktuators, der ein Paar von Federn, die in entgegengesetzte Richtun­ gen wirken, einen Anker, der mit den Federn verbunden ist, um in einer durch die Federn gegebenen Neutralstellung gehalten zu werden, wenn der Anker nicht aktiviert ist, sowie ein Paar von Elektromagneten zum Antrieb des Ankers zwischen zwei Endstellun­ gen aufweist;
wobei die Steuervorrichtung konfiguriert ist, um, in Antwort auf ein Lösen des in einer der Endstellungen gehaltenen Ankers, entspre­ chend einem Lastzustand des Ankers an den Anker eine Bremsung anzulegen.

2. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, worin das Anlegen der Bremsung umfasst, entsprechend einer der Endstellungen, aus der der Anker gelöst wird, für eine erste Periode eine Spannung an den Elektromagneten anzulegen.

3. Steuervorrichtung nach Anspruch 2, worin die erste Periode ent­ sprechend einem Lastzustand des Ankers bestimmt wird.

4. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, worin das Anlegen der Bremsung umfasst:
in Antwort auf ein Lösen des Ankers, Anlegen einer Spannung an den Elektromagneten entsprechend einer der Endstellungen, aus der der Anker gelöst wird, für eine erste Periode;
Zuführen eines Schwungmomentstroms zu dem Elektromagneten für eine zweite Periode nach Ablauf der ersten Periode; und
Aufheben der Energiezufuhr zu dem Elektromagneten nach Ablauf der zweiten Periode.

5. Steuervorrichtung nach Anspruch 2, worin die Steuervorrichtung ferner konfiguriert ist, um:
einen Hub des Ankers mit einem vorbestimmten Sollhub zu verglei­ chen;
wenn der Ankerhub größer als der Sollhub ist, die erste Periode zum Anlegen der Spannung zu verlängern; und
wenn der Ankerhub kleiner als der Sollhub ist, die erste Periode zum Anlegen der Spannung zu verkürzen.

6. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, worin der Anker mit einem Ventil einer Brennkraftmaschine verbunden ist.

7. Steuervorrichtung nach Anspruch 6, worin das Ventil der Brenn­ kraftmaschine ein Auslassventil ist.

8. Von einem Computer ausführbares Programm zum Steuern/Regeln eines elektromagnetischen Aktuators, der ein Paar von Federn, die in entgegengesetzte Richtungen wirken, einen Anker, der mit den Federn verbunden ist, um in einer durch die Federn gegebenen Neutralstellung gehalten zu werden, wenn der Anker nicht aktiviert ist, sowie ein Paar von Elektromagneten zum Antrieb des Ankers zwischen zwei Endstellungen aufweist;
wobei das Programm strukturiert ist, um:
in Antwort auf ein Lösen des in einer der Endstellungen gehaltenen Ankers, entsprechend einem Lastzustand des Ankers an dem Anker eine Bremsung anzulegen.

9. Programm nach Anspruch 8, worin das Anlegen der Bremsung um­ fasst, entsprechend einer der Endstellungen, aus der der Anker gelöst wird, für eine erste Periode eine Spannung an den Elektromagneten anzulegen.

10. Programm nach Anspruch 9, worin die erste Periode entsprechend einem Lastzustand des Ankers bestimmt wird.

11. Programm nach Anspruch 8, worin das Anlegen der Bremsung um­ fasst:
in Antwort auf ein Lösen des Ankers, Anlegen einer Spannung an den Elektromagneten entsprechend einer der Endstellungen, aus der der Anker gelöst wird, für eine erste Periode;
Zuführen eines Schwungmomentstroms zu dem Elektromagneten für eine zweite Periode nach Ablauf der ersten Periode; und
Aufheben der Energiezufuhr zu dem Elektromagneten nach Ablauf der zweiten Periode.

12. Programm nach Anspruch 9, worin das Programm ferner strukturiert ist, um:
einen Hub des Ankers mit einem vorbestimmten Sollhub zu verglei­ chen;
wenn der Ankerhub größer als der Sollhub ist, die erste Periode zum Anlegen der Spannung zu verlängern; und
wenn der Ankerhub kleiner als der Sollhub ist, die erste Periode zum Anlegen der Spannung zu verkürzen.

13. Programm nach Anspruch 8, worin der Anker mit einem Ventil einer Brennkraftmaschine verbunden ist.

14. Programm nach Anspruch 13, worin das Ventil der Brennkraft­ maschine ein Auslassventil ist.

15. Verfahren zum Steuern/Regeln eines elektromagnetischen Aktuator, der ein Paar von Federn, die in entgegengesetzte Richtungen wirken, einen Anker, der mit den Federn verbunden ist, um in einer durch die Federn gegebenen Neutralstellung gehalten zu werden, wenn der Anker nicht aktiviert ist, sowie ein Paar von Elektromagneten zum Antrieb des Ankers zwischen zwei Endstellungen aufweist; umfas­ send :
Anlegen, in Antwort auf ein Lösen des in einer der Endstellungen gehaltenen Ankers, einer Bremsung an den Anker entsprechend einem Lastzustand des Ankers.

16. Verfahren nach Anspruch 15, worin das Anlegen der Bremsung ferner umfasst, entsprechend einer der Endstellungen aus der der Anker gelöst wird, für eine erste Periode eine Spannung an den Elektromagneten anzulegen.

17. Verfahren nach Anspruch 16, worin die erste Periode entsprechend einem Lastzustand des Ankers bestimmt wird.

18. Verfahren nach Anspruch 15, worin das Anlegen der Bremsung ferner umfasst:
in Antwort auf ein Lösen des Ankers, Anlegen einer Spannung an den Elektromagneten entsprechend der Endstellung, aus der der Anker gelöst wird, für eine erste Periode;
Zuführen eines Schwungmomentstroms zu dem Elektromagneten für eine zweite Periode nach Ablauf der ersten Periode; und
Aufheben der Energiezufuhr zu dem Elektromagneten nach Ablauf der zweiten Periode.

19. Verfahren nach Anspruch 16, das ferner umfasst:
Vergleichen eines Hubs des Ankers mit einem vorbestimmten Soll­ hub;
wenn der Ankerhub größer als der Sollhub ist, Verlängern der ersten Periode zum Anlegen der Spannung; und
wenn der Ankerhub kleiner als der Sollhub ist, Verkürzen der ersten Periode zum Anlegen der Spannung.

20. Verfahren nach Anspruch 15, worin der Anker mit einem Ventil einer Brennkraftmaschine verbunden ist.