DE19533452A1 - Verfahren zur Anpassung einer Steuerung für einen elektromagnetischen Aktuator - Google Patents
Verfahren zur Anpassung einer Steuerung für einen elektromagnetischen AktuatorInfo
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Description
Bei elektromagnetischen Aktuatoren, insbesondere elektromagne
tischen Aktuatoren zur Betätigung der Gaswechselventile
an Verbrennungsmotoren, besteht häufig die Anforderung,
hohe Schaltgeschwindigkeiten bei gleichzeitig hohen Schalt
kräften 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 Gas
wechselventils 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 Halte
kraft 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 Elektro
magneten, 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 Rückstell
federn vorgegebenen 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 fangenden Elektro
magnet 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 Verhal
ten 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 Ver
lusten 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 Ansteue
rung eines derartigen elektromagnetischen Aktuators entspre
chend angepaßt werden muß.
Eine Messung der jeweiligen Betriebstemperatur an den Elek
tromagneten des elektromagnetischen Aktuators über einen
separaten Temperaturfühler ist zu aufwendig, so daß nach
anderen Lösungen gesucht werden muß. Hierzu wurde gem.
DE-A-35 43 017 für einen elektromagnetischen Aktuator zur
Betätigung eines Gaswechselventils vorgeschlagen, jeweils
am fangenden Elektromagneten die Geschwindigkeit des Strom
anstiegs 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 Versor
gungsspannung einen Einfluß auf die Stromanstiegsgeschwindig
keit haben. Beide Größen können jedoch von einem Arbeits
zyklus auf den anderen variieren. Die Versorgungsspannung
ändert sich insbesondere beim Startvorgang und die Ankerbe
wegung variiert durch betriebsbedingte zyklische Schwankungen,
beispielsweise infolge des wechselnden Abgasgegendrucks.
Hieraus resultiert, daß die Stromanstiegsgeschwindigkeit
des jeweils vorausgegangenen Betätigungszyklus kein zuver
lässiges Maß zur Ableitung von Korrekturen für den nachfol
genden Betriebszyklus darstellt.
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 erfindungsge
mäß dadurch gelöst, daß zum Ausgleich von Änderungen des
ohmschen Widerstandes des Elektromagneten der zeitliche
Verlauf oder der Wert des Stroms und/oder der am Elektro
magneten anliegenden Spannung während einer Zeit erfaßt
wird, in der der Anker sich relativ zum Elektromagneten
nicht bewegt, und hieraus der tatsächliche ohmsche Wider
stand 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 eleminiert 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 Span
nungsanstieg, 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 Wider
standes 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 reduzie
ren, 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 Strom
abfalles 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 Verfah
rens, 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 Anschaltspannung und/oder der zeitliche
Verlauf des Spannungs- und Stromabfalls nach dem Abschalten
des Stromes erfaßt und hieraus die Induktivität des Elektro
magneten abgeleitet wird. Auch hierbei ist es möglich,
durch eine entsprechende Rechenoperation aufgrund der meß
baren anderen Parameter den ohmschen Widerstand abzuleiten
und aus dem abgeleiteten Wert eine entsprechende Korrektur
der Steuerung des elektromagnetischen Aktuators zum Kompen
sation der Temperaturlage zu erzeugen.
In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfah
rens 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 Elektromagne
ten 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 tatsächli
chen durch die Betriebstemperatur bedingten ohmschen Wider
stand 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:
Fig. 1 schematisch einen elektromagnetischen
Aktuator für ein Gaswechselventil,
Fig. 2 den zeitlichen Verlauf des Stroms an einem
haltenden Elektromagneten,
Fig. 3 eine Schaltung zur Durchführung eines
Verfahrens,
Fig. 4 die zeitliche Zuordnung der jeweils
gemessenen Spannungen der Schaltung gem.
Fig. 2,
Fig. 5 eine Teilschaltung zur Erzielung einer
Kompensation eines sich ändernden
ohmschen Widerstandes.
In Fig. 1 ist ein elektromagnetischer Aktuator 1 schematisch
dargestellt, der einen mit einem Gaswechselventil 2 verbun
denen Anker 3 sowie einen dem Anker 3 zugeordneten Schließ
magneten 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 Pol
flächen 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 Fig. 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 abgeschal
tet. 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 be
wegen. Nach dem Durchgang des Ankers 3 durch seine Ruheposi
tion 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 Schal
tungs- und Bewegungsablauf in umgekehrter Richtung.
Fig. 2 zeigt den Stromverlauf an einem haltenden Magneten
über den gesamten Zeitraum vom Fangen bis zur Freigabe.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich, steigt der Strom zunächst in
einer e-Funktion an (Kurventeil 9) und bricht dann, bedingt
durch die vom an fliegenden 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 Gegenspan
nung 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 energe
tischen Gründen meist durch eine Taktungsregelung. Hierbei
wird der Strom, solange er über eine bestimmten Schwelle
liegt, durch ein Freilaufelement, beispielsweise eine Frei
laufdiode 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 ge
stoppt, so daß der Vorgang des Stromabfalls von neuem er
folgt. In dieser sogenannten Haltephase wird dann für die
Dauer der vorgesehenen Zeit, in der der Anker an der Pol
fläche 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 Frei
laufzweig geleitet, sondern es wird vielmehr versucht,
eine möglichst hohe Abschaltspannung zu erzielen. Zum einen
kann dann die Induktivität aus einer sich ergebenden Ab
schaltspannung 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, ins
besondere 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 Fig. 3 ein entspre
chendes Korrekturverfahren beschrieben.
Während der Taktung in der Haltephase (Kurventeile 12 in
Fig. 2) nimmt der Strom in der Freilaufphase nach einer
e-Funktion ab gemäß der Formel I = I₁·e-t/ t mit τ = L/R,
wenn man den Verlauf ab dem Umschalten auf den Freilauf
betrachtet und zu diesem Zeitpunkt also t = 0 und I₁vorlegt.
Nach einer bestimmten Zeit t₃ ergibt sich ein Strom von
I₃ = I₁·e-t₃/τ, d. h. der Strom hat sich um ΔI = I₁-I₁·e-t₃/ τ
geändert. Für relativ kleine Zeiten bzw. kleine Änderungen
des Stromes kann also als Näherung ΔI = I₁·t₃/τ (Abbruch
der Taylorreihge nach dem linearen Glied) angesetzt werden.
Dies entspricht ΔI = I₁·t₃·1/L·R. Somit kann bei
Festlegen der Werte I₁, t₃ und L der ohmsche Widerstand
ermittelt werden zu R = ΔI/I₁·L/t₃. Eine Schaltung zur
Ausführung dieses Verfahrens zeigt Fig. 3. Dargestellt
ist nur der Teil der Gesamtschaltung, wie er zur Erzeugung
der Taktung sowie der Ermittlung der widerstandsproportiona
len Spannung erforderlich ist. Die Spule 15 des haltenden
Elektromagneten, beispielsweise der Schließmagnet 4 in
Fig. 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 eingeschal
tetem Transistor 16 als auch bei ausgeschaltetem Transistor 16
und Stromfluß über den Freilaufzweig 18, fällt an dem Meß
widerstand 17 eine dem Strom durch die Spule 15 proportionale
Spannung UI (Pfeil 19) ab. Diese Spannung wird einem Fenster
komparator 20 zugeleitet, dessen Ausgang 21 auf Null geht,
sobald die Spannung UI größer wird als eine erste Vergleichs
spannung 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 Sparinung 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 wieder
holt sich. Fällt der Ausgang des Fensterkomparators 20
nun wieder auf Null zurück, so wird ein rückflankengetrigger
tes Monoflop 24 gestartet, das daraufhin für eine Zeit
t₃ den Ausgang 25 auf logisch "1" setzt.
Dieser Vorgang ist auch in Fig. 4 in zeitlichem Bezug zuein
ander dargestellt. Das Diagramm 4.1 zeigt zunächst die
dem Strom proportionale Spannung UI am Punkt 19. Zum Zeit
punkt 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 Schwell
spannung UI1 (Punkt 22) subtrahiert und es ergibt sich
die gewünschte Spannung ΔU (Diagramm 4.5), die dem vorher
beschriebenen Strom ΔI proportional ist. Somit steht,
wie gewünscht, eine den ohmschen Widerstand R des Elektro
magneten 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 Indukti
vität 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, bei
spielsweise in einem Kondensator zwischengespeichert werden
und dann zur Kompensation verwendet werden. Eine mögliche
Kompensationsschaltung hierfür ist in Fig. 5 dargestellt.
In einem Summierverstärker 30 wird die gespeicherte, dem
Widerstand proportionale Spannung UR von einer festen
Spannung UI 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 Summierverstär
kers 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 Aus
gang des Komparators 33 schematisch angegeben. Die gestri
chelte Vorderflanke zeigt die mit dem Eingangssignal zeit
synchrone Vorderflanke, das ausgezeichnete Signal 33.1
zeigt hier die zeitliche Verschiebung des Ausgangssignals
gegenüber dem Eingangssignal.
Die in Fig. 5 gezeigte Spannung U₁ kann vorteilhafterweise
eine aus der Versorgungsspannung abgeleitete Spannung sein.
Dann erzielt man zusätzlich zur Kompensation temperaturbeding
ter Widerstandsänderungen auch noch eine Spannungskompensa
tion. 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 gebil
det 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.
Claims (6)
1. Verfahren zur Anpassung einer Steuerung für einen elektro
magnetischen Aktuator, der wenigstens einen Elektromagneten
aufweist, durch den ein mit einem Betätigungsmittel verbunde
ner 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 den Wert des Stromes und/oder
der am Elektromagneten anliegenden Spannung während einer
Zeit erfaßt wird, in der der Anker sich relativ zum Elektro
magneten nicht bewegt, und hieraus der tatsächliche ohmsche
Widerstand und/oder die Induktivität und/oder ein diese
Parameter repräsentierender Wert abgeleitet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
nach dem abgeleiteten Wert für den Betrieb die Steuerung
des elektromagnetischen Aktuators hinsichtlich Schaltzeit
punkten, 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 gehal
ten wird, jeweils wenigstens einmal in der Phase des von
Imax auf Imin ab fallenden Stromes die Abfallzeit gemessen
und hieraus der ohmsche Widerstand des Elektromagneten
abgeleitet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeich
net, 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 Elektro
magneten 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 Elektro
magneten 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.
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