DE10236612A1

DE10236612A1 - Controlling movement of armature of electromagnetic actuator for gas exchange valve in vehicle internal-combustion engine, by plotting three curves and e.g. determining working points accordingly

Info

Publication number: DE10236612A1
Application number: DE10236612A
Authority: DE
Inventors: Heiko Stolz; Ralf Cosfeld
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2002-08-09
Filing date: 2002-08-09
Publication date: 2004-02-26

Abstract

The method involves plotting a curve (G1) of the magnetic flux achieved at a minimum design temperature of an on-board power supply, a curve (G2) of the change in magnetic flux at maximum current, caused by a change in at least one parameter of an electromagnetic coil (8,9), and a curve (v2) of the current (I) at minimum supply voltage, dependent on the above changes. The curves are plotted in a characteristic graph for values of the changed parameters. An Independent claim is included for an apparatus for controlling the movement of an armature.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Auslegung einer Vorrichtung zur Steuerung der Bewegung eines Ankers eines elektromagnetischen Aktuators, insbesondere zur Betätigung eines Gaswechsel-Ventils einer Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug, wobei der Anker aus leeren Zwischenpolflächen zweier Elektromagnet-Spulen jeweils gegen die Kraft einer Rückstellfeder durch alternierende Bestromung der Elektromagnet-Spulen bewegt wird.The present invention relates to a method for designing a device for controlling the Movement of an armature of an electromagnetic actuator, in particular for actuation a gas exchange valve of an internal combustion engine for a motor vehicle, the armature consisting of empty intermediate pole faces of two electromagnet coils each against the force of a return spring is moved by alternating energization of the solenoid coils.

Ein bevorzugter Anwendungsfall für einen elektromagnetischen Aktuator mit Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 ist der elektromagnetisch betätigte Ventiltrieb von Brennkraftmaschinen. In Hubkolben-Brennkraftmaschinen werden Gaswechel-Hubventile durch derartige Aktuatoren in gewünschter Weise betätigt, d. h. oszillierend geöffnet und geschlossen. Ein zu diesem Zweck eingesetzter bekannter Aktuator umfasst als wesentliche Bestandteile einen Anker, der zwischen Polflächen von zwei Elektromagneten axial verschieblich angeordnet ist und durch mindestens ein Federelement in einer Mittellage zwischen den beiden Polflächen gehalten wird. Der Antrieb des als Hubventil ausgebildeten Gaswechsel-Ventils erfolgt über einen Stößel, der starr mit dem Anker des Aktuators verbunden ist. In einer geschlossenen Stellung des Ventils befindet sich der Ventilteller in einem Ventilsitz, und der Anker des Aktuators befindet sich gegen die Rückstellkraft des Federelements in Anlage mit der Polfläche der Schließerspule. Zum Öffnen des Hubventils wird der Anker des Aktuators von der Schließerspule abgelöst und in Richtung auf die Öffnerspule zu bewegt. Hierbei wirkt der Stößel des Aktuators auf einen Ventilschaft des Hubventils zur Kraftübertragung so ein, dass am Ende der Öffnungsbewegung ein vorgegebener Ventilhub und mithin eine bestimmte Ventilöffnung zum Laden oder Entladen eines Brennraums erreicht wird. Beim Schließvorgang wird der Anker des Aktuators von der Öffnerspule abgelöst und auf die Schließerspule zu bewegt, wodurch auch das Hubventil geschlossen wird.A preferred application for an electromagnetic Actuator with features of the preamble of claim 1 is electromagnetic actuated Valve train of internal combustion engines. In reciprocating internal combustion engines are gas exchange valves by such actuators in the desired Operated way d. H. opened and oscillating closed. A known actuator used for this purpose comprises as essential components an armature, which is between pole faces of two electromagnets is axially displaceable and by at least one spring element in a middle position between the two pole faces is held. The drive of the gas exchange valve designed as a lift valve takes place via a pestle that is rigid is connected to the armature of the actuator. In a closed Position of the valve, the valve disc is in a valve seat, and the armature of the actuator is against the restoring force of the Spring element in contact with the pole face of the closer coil. To open of the globe valve becomes the armature of the actuator from the make coil replaced and towards the opening coil too moved. The plunger of the Actuator on a valve stem of the lift valve for power transmission so that at the end of the opening movement a predetermined valve stroke and therefore a certain valve opening for Loading or unloading a combustion chamber is achieved. When closing the armature of the actuator is detached from the opening coil and onto the NO coil closed, which also closes the lift valve.

Bisher wird der Bereich des Kaltstarts eines Motors, also beim erstmaligen Betreibens des elektro-mechanischen Ventiltriebs bzw. Aktuators bei tiefen Temperaturen, im Rahmen der Auslegung des Aktuators nur unzureichend berücksichtigt. Ankleben des Ankers an einer Polfläche, erhöhte Haft- und Reibwerte etc. können hier zu erheblichen Funktionsstören führen, die im Extremfall auch eine schwerwiegende Beschädigung des Motors bis hin zum Totalschaden verursachen können. Auch ein Hubsensor kann hier nur bedingt Abhilfe schaffen, da ein Ausgangssignal des Hubsensors stets sehr stark verrauscht ist, so dass ein Klebenbleiben des Ankers an einer Polfläche nicht mit letzter Sicherheit detektiert werden kann. Insbesondere ist es sehr unzuverlässig, ein aus dem Hubsignal abgeleitetes Geschwindigkeitssignal auszuwerten, um daran ein Ablösen des Ankers erkennen zu können. Zur Verbesserung der Situation bei einem Anhaften könnte als ein Ansatz eine härtere Öffnerfeder eingesetzt werden, wobei sich diese mechanische Maßnahme ungünstig auf das Verhalten des Gesamtsystems auswirken kann. Um einen sicheren Betrieb des elektro-mechanischen Ventiltriebs bzw. Aktuators bei tiefen Temperaturen garantieren zu können ist daher u.a. der Auslegung der Elektromagnet-Spulen besonderes Augenmerk zu schenken.So far, the area of cold starts a motor, i.e. when the electro-mechanical is operated for the first time Valve train or actuator at low temperatures, within the The design of the actuator is insufficiently considered. Glue the anchor on a pole face, increased Adhesion and friction values etc. can here to considerable malfunctions to lead, which, in extreme cases, also causes serious damage to the engine up to Can cause total damage. Even a stroke sensor can only remedy this to a limited extent, since one Output signal of the stroke sensor is always very noisy, so that sticking of the armature to a pole face is not with absolute certainty can be detected. In particular, it is very unreliable evaluate the speed signal derived from the stroke signal, to replace the To be able to recognize anchor. To improve the situation in case of attachment could be considered one approach a harder opener spring are used, this mechanical measure unfavorable can affect the behavior of the overall system. To be safe Operation of the electro-mechanical valve train or actuator at To be able to guarantee low temperatures is therefore of interpretation to pay special attention to the electromagnetic coils.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen sicheren Start des durch einen elektromagnetischen Aktuator angetriebenen Ventils unter extremen Bedingungen bei wesentlich vermindertem Aufwand im Entwurfsprozess zu erreichen.It is the task of the present Invention, a safe start by an electromagnetic Actuator driven valve under extreme conditions at essential to achieve less effort in the design process.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Weiter ist eine Vorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 7 eine Lösung dieser Aufgabe. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den jeweiligen Unteransprüchen gekennzeichnet.This object is achieved by a Method with the features of claim 1 solved. Next is a device with the features of claim 7 a solution to this problem. advantageous Further training is characterized in the respective subclaims.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zeichnet sich demnach dadurch aus, dass in Vorbereitungsschritten für die Auslegung einer Elektromagnet-Spule die Leistungsgrenzen einer zur Verfügung gestellten Stromversorgung, eine durch Änderung mindestens eines Parameters der Elektromagnet-Spule bewirkte Änderung des magnetischen Flusses und ein sich bei minimaler Versorgungsspannung in Abhängigkeit der vorstehenden Änderungen einstellender Stromfluss in einem Diagramm über dem geänderten Parameter aufgenommen werden.A method according to the invention is distinguished Accordingly, in that preparatory steps for the design an electromagnetic coil, the performance limits of a provided Power supply, one by change change caused by at least one parameter of the electromagnetic coil of the magnetic flux and one with minimal supply voltage dependent on of the above changes setting current flow recorded in a diagram above the changed parameter become.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird als Parameter die Windungszahl der Elektromagnet-Spule gewählt. Durch die Windungszahl ist der Fluss durch geringe Veränderung stark beeinflussbar. Dabei entzieht sich insbesondere die Wahl der verwendeten Windungszahlen nach bisherigen Entwurfsverfahren konkreten quantitativen Untersuchungen. Alternativ könnten auch Materialien zur Beeinflussung der Materialkonstante μ_r ausgetauscht werden, was jedoch gegenüber einer Änderung der Windungszahl gerade bei einer Serienproduktion oder intern genormten Bauteilen wesentlich aufwändiger ist.In a preferred embodiment of the invention, the number of turns of the electromagnetic coil is selected as the parameter. Due to the number of turns, the flow can be greatly influenced by slight changes. In particular, the choice of the number of turns used, based on previous design methods, eludes concrete quantitative studies. Alternatively, materials for influencing the material constant μ _r could also be exchanged, which, however, is much more complex compared to a change in the number of turns, especially in series production or internally standardized components.

In einer Weiterbildung der Erfindung wird ein sich in der Realität bei minimaler Versorgungsspannung in Abhängigkeit einer jeweiligen Wicklungszahl der Spule einstellender Stromfluss durch mindestens eine Kontrollmessung überprüft. An dieses Messergebnis oder eine Mehrzahl vorbestimmter Messpunkte wird ein prinzipiell bekannter Kurvenverlauf angepasst.In a further development of the invention becomes one in reality with a minimum supply voltage depending on the number of windings Current flow setting coil checked by at least one control measurement. To this Measurement result or a plurality of predetermined measurement points is a principally known curve shape adapted.

Ein nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren erstelltes Diagramm kann in der Interpretation als graphische Darstellung eines Ungleichungssystems als Auslegungshilfe für einen Aktuator eines elektromechanischen Ventiltriebs unter gegebenen Randbedingungen benutzt werden. Lösungen dieses Systems konkurrierender Bedingungen, die jeweils durch die Kurven angegeben werden, sind dabei auf den Bereich einer gemeinsamen Schnittfläche begrenzt.One according to the procedure described above The created diagram can be interpreted as a graph of an inequality system as a design aid for an actuator of an electromechanical Valve train can be used under given boundary conditions. Solutions of this system competing conditions, each indicated by the curves are limited to the area of a common cutting surface.

Vorzugsweise wird jedoch ein automatisches Verfahren genutzt, durch das auf der Basis des vorstehend beschriebenen Diagramms mögliche Arbeitspunkte ausgegeben werden, die in einem gemeinsamen Schnittbereich dieser Kurven liegen. Alternativ wird mindestens ein Arbeitspunkt in einem iterativen Prozess daraufhin untersucht, ob sie in einem gemeinsamen Schnittbereich dieser Kurven liegen.However, an automatic method is preferred used by the on the basis of the diagram described above possible Working points are output in a common cutting area of these curves. Alternatively, at least one working point examined in an iterative process whether they are in a common intersection of these curves.

Durch eine gemäß einem obigen Verfahren mit einem oder mehreren nachgeordneten Merkmalen erfolgte Auslegung kann in einer Vorrichtung oder Ventiltriebeinheit insgesamt erreicht werden, dass der Aktuator in dem angenommenen Systemumfeld auf jeden Fall für den Kaltstart geeignet ist und damit auch unter extremen Temperaturbedingungen mit u.U. eingeschränkter Leistung eines Bordnetzes sicher gesteuert wird.By using an according to a method above one or more subordinate features were interpreted can be achieved in one device or valve train unit as a whole be that the actuator in the assumed system environment on everyone Case for the cold start is suitable and therefore also under extreme temperature conditions with possibly limited The performance of an electrical system is safely controlled.

Zur Darstellung weiterer Vorteile wird nachfolgend eine Ausführungsform der Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben. In der Zeichnung zeigen:To show other advantages will be an embodiment below the invention described in more detail with reference to the drawing. The drawing shows:

1: eine schematische Darstellung eines prinzipiellen Aufbaus eines Gaswechselventils mit elektromagnetischem Aktuator-Antrieb in einer geöffneten Endstellung; 1 : A schematic representation of a basic structure of a gas exchange valve with electromagnetic actuator drive in an open end position;

2: der elektromagnetische Ventiltrieb gemäß 1 in einer geschlossenen Endstellung und 2 : the electromagnetic valve train according to 1 in a closed end position and

3: ein erfindungsgemäßes Kennlinienfeld zur Arbeitspunktbestimmung. 3 : a characteristic field according to the invention for determining the working point.

In der Abbildung von 1 ist ein Aktuator 1 einer bekannten Bauart skizziert dargestellt. Der Aktuator 1 treibt über einen Ventilschaft 2 ein zugeordnetes Hubventil 3 an. 1 zeigt mit der geöffneten Endlage eine der beiden möglichen Endlagen des Hubventils 3 und des Aktuators 1, die hier durch die Lage eines Ankers 4 eingestellt ist. In dieser Position ist ein Ventilteller 5 von einem Ventilsitz 6 abgehoben, das Hubventil 3 ist also maximal geöffnet. Zum Überführen des Hubventils 3 in eine geschlossene Stellung wird der Ventilteller 5 in Richtung auf seinen Ventilsitz 6 bewegt.In the picture from 1 is an actuator 1 a known type outlined. The actuator 1 drives via a valve stem 2 an associated globe valve 3 on. 1 shows one of the two possible end positions of the globe valve with the open end position 3 and the actuator 1 that here by the location of an anchor 4 is set. In this position there is a valve disk 5 from a valve seat 6 lifted off, the lift valve 3 is open to the maximum. For transferring the globe valve 3 the valve disc is in a closed position 5 towards its valve seat 6 emotional.

Wie üblich greift an diesem Hubventil 3 eine Ventilschließfeder 7 an. Die Ventilschließfeder 7 ist jedoch so dimensioniert, dass sie das Hubventil 3 und mit ihm auch den Aktuator 1 nur in eine Neutrallage zurückbewegen kann. Für die weitere Bewegung des Ventiltellers 5 auf den Ventilsitz 6 zu wird der Antrieb durch den Aktuator 1 benötigt. Der Aktuator 1 umfasst dazu neben zwei Elektromagnet-Spulen 8, 9 einen auf den Ventilschaft 2 des Hubventils 3 einwirkenden Stößel 10, der den Anker 4 trägt und zwischen den Elektromagnet-Spulen 8, 9 oszillierend längsverschiebbar geführt ist. Zum Antreiben des Hubventils 3 drückt der Stößel 10 des Aktuators 1 über den Ventilschaft 2 auf den Ventilschaft 2 des Hubventils 3. An dem Ende des Stößels 10, das dem Ventilschaft 2 des Hubventils 3 abgewandt ist, greift ferner eine Ventil-Öffnungsfeder 11 an, die in der dargestellten geöffneten Endstellung entspannt ist.As usual, this lift valve is used 3 a valve closing spring 7 on. The valve closing spring 7 is, however, dimensioned such that it is the lift valve 3 and with it the actuator 1 can only move back to a neutral position. For the further movement of the valve plate 5 on the valve seat 6 the actuator becomes the drive 1 needed. The actuator 1 includes two solenoid coils 8th . 9 one on the valve stem 2 of the lift valve 3 acting plunger 10 that the anchor 4 carries and between the solenoid coils 8th . 9 is guided oscillating longitudinally. For driving the globe valve 3 pushes the plunger 10 of the actuator 1 over the valve stem 2 on the valve stem 2 of the lift valve 3 , At the end of the ram 10 that the valve stem 2 of the globe valve 3 a valve opening spring also engages 11 on, which is relaxed in the open end position shown.

Bei der dargestellten Anordnung handelt es sich somit um ein schwingungsfähiges Feder-Masse-System, für das die Ventilschließfeder 7 und die Ventilöffnungsfeder 11 eine erste sowie eine zweite Rückstellfeder für die aus Anker 4 und Stößel 10 bestehende Masse bilden. Je nach Federkraft kann eine Feineinstellung über eine Länge Δl vorgenommen werden, die hier im Bereich der Ventilöffnungsfeder 11 angeordnet ist. Hierüber kann auch eine Feder-Vorspannung erhöht werden, um beispielsweise auf mechanischem Wege die Wahrscheinlichkeit eines Anhaftens des Ankers 4 auf der Polfläche 13 zu vermindern. In der dargestellten Endposition dieses schwingungsfähigen Systems ist das Hubventil 3 vollständig geöffnet, und der Anker 4 liegt an der unteren Elektromagnet-Spule 8 an, die im Folgenden auch als Öffner-Spule 8 bezeichnet wird, nachdem diese Spule 8 das Hubventil 3 in seiner geöffneten Position hält. Die Öffnerfeder 11 ist damit vollständig entspannt, sie wird durch eine härtere Einstellung jedoch in einer Schließstellung wesentlichen Einfluss auf die Schwingeigenschaften und eventuell auch auf eine Geräuschentwicklung während des Betriebes ausüben, so dass eine Änderung der Länge Δl der Ventilöffnungsfeder 11 weiterhin nur für eine Feineinstellung vorgenommen wird.The arrangement shown is thus an oscillatory spring-mass system for which the valve closing spring 7 and the valve opening spring 11 a first and a second return spring for the anchor 4 and pestle 10 form existing mass. Depending on the spring force, a fine adjustment can be made over a length .DELTA.l, here in the area of the valve opening spring 11 is arranged. A spring pretension can also be increased in this way, for example to mechanically increase the likelihood of the armature sticking 4 on the pole face 13 to diminish. The stroke valve is in the illustrated end position of this oscillatory system 3 fully opened, and the anchor 4 is on the lower solenoid coil 8th in the following also as a break coil 8th is referred to after this coil 8th the lift valve 3 holds in its open position. The opening spring 11 is thus completely relaxed, but by a harder setting in a closed position it will have a significant influence on the vibration properties and possibly also on noise during operation, so that a change in the length Δl of the valve opening spring 11 continue to be made only for a fine adjustment.

In einer in der Abbildung von 2 dargestellten zweiten Endposition des schwingungsfähigen Systems ist das Hubventil 3 gegen eine Rückstellkraft der Feder 11 vollständig geschlossen, und der Anker 4 des Aktuators 1 liegt an einem Pol 13 der oberen Elektromagnet-Spule 9 an, die im folgenden auch als Schließer-Spule 9 bezeichnet wird, weil diese Spule 9 das Hubventil 3 in seiner geschlossenen Position hält.In one in the figure from 2 The second end position of the oscillatory system shown is the lift valve 3 against a restoring force of the spring 11 completely closed, and the anchor 4 of the actuator 1 lies on a pole 13 the upper electromagnet coil 9 in the following also as a make coil 9 is called because this coil 9 the lift valve 3 holds in its closed position.

Da in der vorliegenden Ausführungsform des Gaswechsel-Hubventils 3 der Ventilschaft 2 und der Stößel 10 einstückig miteinander verbunden sind, wirkt eine Bewegung des Ankers 4 unmittelbar auf den Ventildeckel 5. Das nachfolgend beschriebene Problem ist mit seiner Lösung auch auf hier nicht weiter dargestellte Bauformen von Aktuatoren 1 übertragbar, so dass Ansätze, die unter dem Begriff des Ventilspielausgleichs laufen, hier nur der Vollständigkeit halber erwähnt werden.Because in the present embodiment of the gas exchange lift valve 3 the valve stem 2 and the pestle 10 are integrally connected to one another, a movement of the armature acts 4 directly on the valve cover 5 , The solution to the problem described below also applies to actuator designs, which are not shown here 1 transferable, so that approaches that run under the term valve lash adjustment are only mentioned here for the sake of completeness.

Eine zeitlich mit einer jeweiligen Kolbenstellung in der zugehörigen Brennkammer koordinierte Steuerung des elektromagnetisch angetriebenen Hubventils 3 ist für einen Betrieb einer Verbrennungskraftmaschine unerlässlich. In der Planung und Auslegung von Aktuatoren 1 wurde bislang jedoch ein Bereich weitgehend nicht berücksichtigt: der Bereich des Kaltstarts eines Motors. Beim erstmaligen Betreiben des elektro-mechanischen Ventiltriebs 1 bei tiefen Temperaturen können jedoch durch Ankleben des Ankers an einer Polfläche, erhöhte Haft- und Reibwerte etc. erhebliche Funktionsstören innerhalb des Aktuators 1 auftreten, die jeder für sich im Extremfall schwerwiegende Beschädigungen des Motors bis hin zum Totalschaden verursachen können.One with a respective piston position Coordinated control of the solenoid-operated lift valve in the associated combustion chamber 3 is essential for the operation of an internal combustion engine. In the planning and design of actuators 1 So far, however, one area has largely not been considered: the area of cold starting an engine. When operating the electro-mechanical valve train for the first time 1 at low temperatures, however, sticking the armature to a pole face, increased adhesive and friction values etc. can cause considerable malfunctions within the actuator 1 occur, each of which in extreme cases can cause serious damage to the engine or even total damage.

Auch ein Hubsensor kann hier nur bedingt Abhilfe schaffen, da ein Ausgangssignal des Hubsensors stets sehr stark verrauscht ist, so dass ein Klebenbleiben des Ankers an einer Polfläche nicht mit letzter Sicherheit detektiert werden kann, um Notmaßnahmen einleiten zu können. Um einen sicheren Betrieb des elektromechanischen Ventiltriebs bzw. Aktuators bei tiefen Temperaturen garantieren zu können ist daher u.a. der Auslegung der Elektromagnet-Spulen besonderes Augenmerk zu schenken. Im Rahmen der Auslegung des Aktuators 1 werden diese Probleme jedoch nur unzureichend berücksichtigt.Even a stroke sensor can only remedy this to a limited extent, since an output signal from the stroke sensor is always very noisy, so that sticking of the armature to a pole face cannot be detected with absolute certainty in order to be able to initiate emergency measures. In order to guarantee safe operation of the electromechanical valve train or actuator at low temperatures, particular attention must be paid to the design of the solenoid coils. As part of the actuator design 1 however, these problems are insufficiently considered.

Damit ein zuverlässiges Funktionieren eines Aktuator-betriebenen Gaswechsel-Hubventils 3 und mithin eine einwandfreie Motorfunktion auch bei sehr tiefen Temperaturen sichergestellt werden kann, wird für die Auslegung einer Elektromagnet-Spule 8, 9 ein nachfolgend beschriebenes Verfahren zu durchlaufen:

1. Ein Aktuator 1 benötigt als elektrisch angetriebenes mechanisches System zum Betrieb einen minimalen Fluss Φ, der auch bei einer niedrigsten Auslegungstemperatur von ca. T = –25°C von einer Bordstromversorgung realisiert werden können muss. Es ergibt sich für diese Grenze daher eine Gerade G₁, die in der Auslegung nicht unterschritten werden darf, und daher als Leistungsgrenze angesehen werden kann.
2. Ein von der Leistungselektronik des Bordnetzes maximal darstellbarer Strom I_max ergibt über der Windungszahl N aufgetragen eine Ursprungsgerade G₂, die mithin die absolute Obergrenze des zur Verfügung stehenden Stroms darstellt.
3. Eine Kurve v₁, die – abhängig von der Windungszahl N – den Strom 1 und mithin den Fluss Φ darstellt, der bei einer als Randbedingung angenommenen Minimalspannung U_min des Bordnetzes, über das System durch die Spule 8, 9 fließen kann.

This means that an actuator-operated gas exchange globe valve functions reliably 3 and consequently a perfect motor function even at very low temperatures can be used for the design of an electromagnetic coil 8th . 9 to go through a procedure described below:

1. An actuator 1 As an electrically driven mechanical system for operation, it requires a minimal flow Φ, which must be able to be achieved by an on-board power supply even at a lowest design temperature of approx. T = –25 ° C. There is therefore a straight line G ₁ for this limit, which must not be undercut in the design and can therefore be regarded as a power limit.
2. A maximum current I _max that can be represented by the power electronics of the vehicle electrical system results, plotted against the number of turns N, a straight line of origin G ₂ , which therefore represents the absolute upper limit of the available current.
3. A curve v ₁ , which - depending on the number of turns N - the current 1 and therefore represents the flow Φ, which is assumed to be a minimum voltage U _{min of} the vehicle electrical system, which is assumed as a boundary condition, via the system through the coil 8th . 9 can flow.

Im realen Zustand eines Aktuators 1 sind weitere Widerstandsanteile im Strompfad zu berücksichtigen, so dass sich eine zu v₂ verschobene Kurve v₂ ergibt. Zu deren Bestimmung wird folgender Ansatz verwendet: Der Widerstand des Systems von der als konstant angenommenen Spannungsquelle zum Aktuator wird als Wert R_o angesetzt. Der Widerstand des Aktuators R_a wird als proportional zum Quadrat der Windungszahl N angenähert:
Ra = ka·N2.
In the real state of an actuator 1 are other resistance components to take into account in the current path, so a to v ₂ v shifted curve that results in _{the second} The following approach is used to determine them: The resistance of the system from the voltage source assumed to be constant to the actuator is used as the value R _o . The resistance of the actuator R _a is approximated as being proportional to the square of the number of turns N:
R a = k a · N 2 ,

Eine Berechnung von k_a ergibt sich aus der Messung des Widerstands eines aktuellen Aktuators bzw. dessen Elektromagnet-Spule und dessen Windungszahl, so dass sich als Formel für die Grenzlinie ergibt:

A calculation of k _a results from the measurement of the resistance of a current actuator or its electromagnetic coil and its number of turns, so that the formula for the boundary line is:

Trägt man diese drei begrenzenden Kurven G₁, G₂, v₂ in die Grafik ein, so ergibt sich über der Windungsanzahl N als Parameter ein Kennlinienfeld, wie es in der Abbildung von 3 wiedergegeben ist.If these three delimiting curves G ₁ , G ₂ , v _{2 are} entered in the graphic, a characteristic field is obtained as a parameter over the number of turns N, as shown in the illustration in 3 is reproduced.

Werden nun die drei Kurven als Grenzkurven eines Systems von Ungleichungen interpretiert, so erhält man einen hier schraffiert dargestellten Bereich D, der einem Dreieck ähnlich ist. In einer graphischen Interpretation gibt dieses Dreieck den Bereich von Windungszahlen N wieder, die alle Lösungen des auf die Anforderungen aufgebauten Ungleichungssystems anzusehen sind. Innerhalb des Dreiecks D kann nun die Windungsanzahl N zur Festlegung eines Arbeitspunktes AP frei gewählt werden. Wird nun ein realer Arbeitspunkt AP eines existierenden Aktuators 1 in dieses Diagramm anhand der bekannten Windungszahl N und das Produkt aus einem für diesen Aktuator 1 notwendigen und experimentell ermittelten Startstrom und der vorhandenen Windungszahl N eingetragen, so ergeben sich durch die Lage dieses Arbeitspunktes AP in dem schraffiert dargestellten Bereich Möglichkeiten zur Optimierung, wie anhand der Doppelpfeile dargestellt. Vorteilhafterweise können Änderungswerte mit signifikanten Größen als N und Φ = 1·N direkt aus dem Diagramm ausgelesen werden.If the three curves are interpreted as limit curves of a system of inequalities, a region D is shown hatched, which is similar to a triangle. In a graphic interpretation, this triangle represents the range of number of turns N, which are all solutions of the system of inequalities based on the requirements. Within the triangle D, the number of turns N can now be freely selected to determine an operating point AP. Now becomes a real working point AP of an existing actuator 1 in this diagram based on the known number of turns N and the product of one for this actuator 1 the necessary and experimentally determined starting current and the number of turns N present, the position of this working point AP in the hatched area gives possibilities for optimization, as shown by the double arrows. Advantageously, change values with significant sizes as N and Φ = 1 · N can be read directly from the diagram.

Da die Windungsanzahl N nur als ganzzahlige Angabe zur Festlegung des Arbeitspunktes AP umgesetzt werden kann, wird die Auswertung des Kennlinienfeldes gemäß 3 mit der Bestimmung eines Arbeitspunktes AP und der Ausgabe einer zugehörigen Windungsanzahl N in einer nicht weiter dargestellten Ausführungsform der Erfindung in einem rechnergestützten Verfahren ausgeführt. Dadurch können ohne wesentlichen Mehraufwand noch weitere Anforderungen berücksichtigt werden. Dabei wird dann ein iterativer Ansatz gewählt, in dem über einen minimal zur Verfügung stehenden Strom 1 und die für den gewählten Arbeitspunkt AP festgelegte Windungszahl N ein Fluss Φ und daraus eine an dem Ankers 4 angreifende Kraft F berechnet wird. Materialkenngrößen können dann in diesem Zusammenhang einfach variiert werden.Since the number of turns N can only be implemented as an integer specification for determining the working point AP, the evaluation of the characteristic field is carried out in accordance with 3 with the determination of an operating point AP and the output of an associated number of turns N in an embodiment of the invention not shown in a computer-aided method. As a result, other requirements can be taken into account without significant additional effort. An iterative approach is then chosen in which a minimally available current is used 1 and the number of turns N defined for the selected operating point AP is a flux Φ and from this one on the armature 4 attacking force F is calculated. Material parameters can then be put together in this way slope can be easily varied.

Eine Änderung der Auslegung der Spulen 8, 9 kann auch aus einem anderen Grund sinnvoll sein: Es kann eine andere Bord-Stromversorgung eingesetzt werden, so dass nun in veränderter Konfiguration ein neuer Arbeitspunkt AP gewählt werden kann, der je nach Anwendungsfall günstiger ist. Hierzu ist in der Abbildung von 3 ein realer Arbeitspunkt AP mit der zugehörigen vorhandenen Windungszahl N und einem experimentell ermittelten Startstrom 1 in das Diagramm eingetragen. Es ergeben sich Geraden, auf denen der Arbeitspunkt AP bei Änderung der Windungszahl N in horizontaler und vertikaler Richtung innerhalb des eingezeichneten Dreiecks D zur Anpassung nach neue Gegebenheiten verschoben werden kann.A change in the design of the coils 8th . 9 can also be useful for another reason: a different on-board power supply can be used, so that a new operating point AP can now be selected in a changed configuration, which is cheaper depending on the application. This is shown in the illustration of 3 a real working point AP with the associated existing number of turns N and an experimentally determined starting current 1 entered in the diagram. There are straight lines on which the working point AP can be shifted in the horizontal and vertical directions within the triangle D drawn in to change according to new circumstances when the number of turns N changes.

Auch für einen wenigstens probeweise vorgenommenen Austausch eines Aktuators 1 durch ein anderes Modell ergeben sich Veränderungen durch neue mechanische Eigenschaften, die sich beispielsweise durch eine Veränderung in der Masse des Ankers 4 und/oder der Federsteifigkeiten der Federn 7, 11 ergeben. Durch das vorgeschlagene Verfahren sind derartige Variationen leicht in einer Planung durchführbar, wobei die Notwendigkeit von Änderungen insbesondere bei der Anzahl der Wicklungen der Elektromagnet-Spulen sicher festgestellt werden können.Also for an actuator replacement, at least on a trial basis 1 Another model results in changes due to new mechanical properties, for example due to a change in the mass of the armature 4 and / or the spring stiffness of the springs 7 . 11 result. With the proposed method, such variations can easily be carried out in a planning, and the need for changes, in particular in the number of windings of the electromagnetic coils, can be reliably determined.

11: Aktuatoractuator
22: Ventilschaftvalve stem
33: Hubventilglobe valve
44: Ankeranchor
55: Ventiltellervalve disc
66: Ventilsitzvalve seat
77: VentilschließfederValve closing spring
88th: Elektromagnet-SpuleSolenoid coil
99: Elektromagnet-SpuleSolenoid coil
1010: Stößeltappet
1111: Ventil-ÖffnungsfederValve-opening spring
1212: Polflächepole
1313: Polflächepole
ΦΦ: magnetischer Flussmagnetic flow
APAP: realer Arbeitspunktreal working
DD: ungefähr dreieckige Schnittfläche eines Ungleichungssystemsroughly triangular section an inequality system
G₁ G ₁: Φ-Kurve des bei einer niedrigsten Auslegungstemperatur T < –25°CDes curve of the at a lowest design temperature T <–25 ° C
G₂ G ₂: Φ-Kurve bei einem maximal darstellbarem Strom I_max Φ curve at a maximum current I _max
v₁ v ₁: ideale Φ-Kurveideal Φ curve
v₂ v ₂: reale Φ-Kurvereal Φ curve
II: Stromelectricity
ΔI.DELTA.I: Längenänderung zur Federeinstellungchange in length for spring adjustment
LL: starre Länge zwischen Anker und Ventiltellerrigid Length between Anchor and valve plate
NN: Windungszahlnumber of turns
tt: Zeittime
t_A t _A: Schließzeitpunkt des VentilsClosing time of the valve
t_E t _E: Aufsetz-Zeitpunkt des Ankers auf der PolflächePlanted time of the anchor on the pole face
UU: Spannungtension
zz: Wegkoordinate des Ankers 4/Hubpath coordinate of the anchor 4 / stroke

Claims

Method of controlling the movement of an anchor ( 4 ) of an electromagnetic actuator ( 1 ), especially for actuating a gas exchange valve ( 3 ) an internal combustion engine for a motor vehicle, the armature ( 4 ) oscillating between pole faces ( 12 . 13 ) two solenoid coils ( 8th . 9 ) against the force of at least one return spring ( 7 . 11 ) by alternating energization of the electromagnetic coils ( 8th . 9 ) is moved, characterized in that in preparation steps for the design of an electromagnetic coil ( 8th . 9 ) - a curve (G ₁ ) of the magnetic flux (Φ) that can be achieved at a lowest design temperature T <-25 ° C of an on-board power supply - a curve (G ₂ ) of a by changing at least one parameter of the electromagnetic coil ( 8th . 9 ) caused change in the magnetic flux (Φ) when the maximum current flow that can be set by the power supply ( 1 ) and - a curve (v ₂ ) of one with minimal supply voltage depending on the above changes adjusting current flow ( 1 ) are recorded as curves (G ₁ , G ₂ , v ₂ ) in a characteristic field above the changed parameter.

A method according to claim 1, characterized in that the number of turns (N) of the electromagnetic coil ( 8th . 9 ) is selected and evaluated.

Method according to one or more of the preceding claims, characterized in that in reality with a minimal supply voltage (U) depending on a respective number of windings (N) of the electromagnetic coil ( 8th . 9 ) current flow setting ( 1 ) is checked by at least one control measurement and corrected if necessary.

Method according to one or more of the preceding claims, characterized in that on the basis of the characteristic field described above, possible working points (AP) are output which lie in a common intersection of the curves (G ₁ , G ₂ , v ₂ ) of the characteristic field.

Method according to one or more of the preceding claims, characterized in that at least one working point (AP) is examined in an iterative process to determine whether it lies in a common intersection of the curves (G ₁ , G ₂ , v ₂ ) of the diagram.

Method according to one or more of the preceding claims, characterized characterized that the characteristic field is executed as a diagram and is evaluated graphically.

Device for controlling the movement of an anchor ( 4 ) in an electromagnetic actuator ( 1 ) which is axially between pole faces ( 12 . 13 ) of two electromagnets ( 8th . 9 ), between which the armature is displaceable, the actuator ( 1 ) especially for driving a globe valve ( 3 ) is formed, characterized in that the device for carrying out a method is designed according to one or more of the preceding claims.