DE19719602A1

DE19719602A1 - Elektronische Steuerschaltung

Info

Publication number: DE19719602A1
Application number: DE19719602A
Authority: DE
Inventors: Wolfram Breitling; Horst Singer; Reinhold Weible; Rolf Falliano; Florian Richter
Original assignee: GKR Gesellschaft fuer Fahrzeugklimaregelung mbH
Current assignee: GKR Gesellschaft fuer Fahrzeugklimaregelung mbH
Priority date: 1997-05-09
Filing date: 1997-05-09
Publication date: 1998-11-12
Also published as: JP2001525125A; US6394414B1; EP0980575A1; WO1998052201A1

Description

Die Erfindung betrifft eine elektronische Steuer schaltung zur Ansteuerung eines, einen Anker auf weisenden elektromagnetischen Ventils, insbesondere für eine Heizungs- und/oder Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs, mit einem in Reihe zur Spule des Ventils liegenden elektronischen Schaltelement.

Stand der Technik

Aus der Druckschrift WO 94/19810 ist eine Steuer schaltung für ein Magnetventil bekannt, die den An steuerstrom des Magnetventils zeitabhängig verän dert, wenn das Magnetventil von einer Durchlaßstel lung in eine Schließstellung gebracht werden soll. Dies geschieht dadurch, daß der Ansteuerstrom des Ventils derart verringert - jedoch nicht auf Null - wird, daß das Magnetventil abfällt. Unmittelbar da nach wird der Ansteuerstrom wieder erhöht, jedoch bleibt der Stromwert unterhalb einem Wert, bei dem das Magnetventil in seine Schließstellung bewegt wird. Die Steuerschaltung steuert folglich den An steuerstrom während einer Abschaltphase.

Im Stand der Technik ist es weiterhin bekannt, Ma gnetventile mit einen rechteckimpulsförmigen An steuerstrom zu betreiben. Das heißt, die Erregung der Magnetspule ist entweder ausgeschaltet oder eingeschaltet, wobei sie im eingeschalteten Zustand maximal ist.

Weiterhin ist es bekannt, den Ansteuerstrom für die Spulenerregung bei Impulsbeginn zunächst auf einen erhöhten Wert auszusteuern, wobei die Spulenerre gung - nachdem ein federbelasteter Anker die ersten Federkräfte und die Haftreibung überwunden hat - auf einen Nominalwert zurückgefahren wird, bei dem der Anker in einer Haltestellung verharrt.

Bei den im Stand der Technik bekannten Magnetventi len ist nachteilig, daß sie beim Schließen relativ laute Schaltgeräusche produzieren, wenn der Anker und/oder das Ventil beim Schließen auf einen An schlag treffen. Wird das Ventil zum Beispiel in ei nem Kraftfahrzeug zur Steuerung der Klimaanlage verwendet, so stören die Schaltgeräusche insbeson dere bei langsamen Fahrten und bei Fahrzeugstill stand, da dann die Motor- und Fahrgeräusche niedrig sind.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße elektronische Steuerschaltung zur Ansteuerung eines, einen Anker aufweisenden elektromagnetischen Ventils, insbesondere für eine Heizungs- und/oder Klimaanlage eines Kraftfahr zeugs, mit einem in Reihe zur Spule des Ventils liegenden elektronischen Schaltelement, bietet dem gegenüber den Vorteil, daß das Schaltelement die an der Spule liegende Ventilspannung (beziehungsweise den Ventilstrom) derart steuert, daß die Ventil spannung beim Einschalten des Ventils einen ersten Wert erreicht, daß anschließend die Ventilspannung auf einen zweiten Wert zurückgefahren wird, der kleiner als der erste Wert ist und daß nachfolgend die Ventilspannung einen dritten Wert annimmt, der größer als der zweite Wert ist und der eine Halte spannung für das Halten des Ankers in seiner Ein schaltstellung darstellt. Dadurch, daß das elektro magnetische Ventil zunächst mit einem ersten Wert der Ventilspannung betrieben wird, wird der Anker zunächst so stark beschleunigt, daß die anfäng lichen Federkräfte und die Haftreibung überwunden werden. Der so in Bewegung versetzte Anker erfährt anschließend durch eine verringerte elektromagneti sche Energie eine verminderte Beschleunigung, da der zweite Wert der Ventilspannung geringer als der erste Wert ist, wobei der zweite jedoch vorzugs weise so gewählt ist, daß der Anker seine Geschwin digkeit im wesentlichen beibehält. Im Verlauf des weiteren Einschaltvorgangs nimmt die Ventilspannung den dritten Wert an, der größer als der zweite Wert ist, so daß der Anker des Ventils trotz der zuvor erfolgten Spannungsabsenkung vom ersten auf den zweiten Wert in sehr kurzer Zeit in die Endstellung gelangt. Ferner stellt sich dabei der Vorteil ein, daß das Auftreffen des Ankers auf den Endanschlag nicht mit dem im Stand der Technik erwähnten lauten Aufschlaggeräusch verbunden ist, da die erfindungs gemäße Spannungs- beziehungsweise Stromführung zwar ein schnelles Schalten ermöglicht, dennoch eine allzu große Auftreffgeschwindigkeit auf den Endan schlag verhindert.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß der erste Wert der Ventilspannung beziehungsweise des Ventilstroms in Form eines Einschaltimpulses gebildet ist. Die Amplitude des Einschaltimpulses ist dabei größer als die Hälfte des Nominalwerts. Die Zeitdauer des Einschaltimpulses beträgt etwa das 0,1- bis 0,6-fa che der Ventilschaltzeit bei sprungförmiger Erre gung des Ventils mit einer über der Haltespannung liegenden Spannung. Alternativ kann vorgesehen sein, daß sich der Einschaltimpuls aus mehreren aufeinanderfolgenden Impulsen zusammensetzt.

Weiterhin ist vorgesehen, daß der zweite Wert der Ventilspannung beziehungsweise des Ventilstroms einen Anfangswert für eine Einschaltrampe bildet. Die Höhe des zweiten Wert beträgt maximal das 0,8-fache des Nominalwerts der Ventilspannung bezie hungsweise des Ventilstroms. Nachdem die Ventil spannung beziehungsweise der Ventilstrom vom ersten auf den zweiten Wert reduziert ist, schließt sich dem Einschaltimpuls ein Spannungs- beziehungsweise Stromverlauf an, der linear ansteigt. Alternativ kann vorgesehen sein, daß der Anstieg der Ein schaltrampe nichtlinear, vorzugsweise progressiv oder degressiv verläuft. Daraus ist ableitbar, daß das elektromagnetische Ventil während der Ein schaltrampe mit verminderter, jedoch speziell ge steuert ansteigender magnetischer Energie betrieben wird, so daß die Beschleunigung des Ankers vermin dert ist.

Weiterhin ist in bevorzugter Ausführung vorgesehen, daß dem Einschaltimpuls eine "Totzeit" folgt, wäh rend der die Ventilspannung beziehungsweise der Ventilstrom konstant auf dem zweiten Wert gehalten wird, so daß sich der Hochlauf der Einschaltrampe verzögert.

Vorzugsweise bildet der Endwert der Einschaltrampe den dritten Wert, wobei der dritte Wert insbeson dere dem Nominalwert der Ventilspannung beziehungs weise des Ventilstroms entspricht. Der dritte Wert weist dabei mindestens eine Höhe auf, wie sie der Haltespannung des Ankers in seiner Einschaltstel lung entspricht. Die Ventilspannung beziehungsweise der Ventilstrom wird dabei über eine Zeitdauer kon stant gehalten, während der das Ventil in Schließ stellung ist. Diese Zeitdauer kann je nach Anforde rung variiert werden.

Zum Abschalten des Ventils ist vorgesehen, die Ven tilspannung beziehungsweise den Ventilstrom sprung artig zu verringern und zwar auf einen Wert, der zwischen dem dritten Wert und dem spannungsfreien Zustand liegt. Dieser Wert bildet - in einer Weiter bildung der Erfindung - gleichzeitig einen Anfangs wert einer Abschaltrampe. Während der Abschaltrampe wird die Ventilspannung beziehungsweise der Ventil strom linear auf Null abfallen. Alternativ kann der Verlauf der Abschaltrampe nichtlinear, insbesondere progressiv oder degressiv abfallend sein. Die Zeit dauer der Abschaltrampe wird durch einen Spulen freilauf bestimmt, der beispielsweise durch eine parallel zur Spule geschaltete Freilaufdiode gebil det ist.

In besonders bevorzugter Ausführungsform ist vorge sehen, daß die einzelnen Ansteuerabschnitte (Ein schaltimpuls, Totzeit, Einschaltrampe, Einschalt stellung und Abschaltrampe) nicht durch fest vorge gebene Bedingungen bestimmt sind, sondern daß aktu elle Zustandsparameter die Amplitude und/oder die Zeitdauer mindestens eines Ansteuerabschnitts be stimmen. Bei einem Kraftfahrzeug sind beispiels weise solche Zustandsparameter die Batteriespan nung, die Drehzahl einer Wasserpumpe eines Verbren nungsmotors, der Fluiddruck eines Wasserkreislaufs einer Klimaanlage und die Spulentemperatur. Dazu ist es notwendig, die Zustandsparameter mittels ge eigneter Sensoren zu erfassen. Beispielsweise kann ein Thermoelement zur Erfassung der Spulentempera tur vorgesehen sein.

Weiterhin ist vorzugsweise vorgesehen, die Höhe des Einschaltimpulses, also die Höhe des ersten Werts, mittels des elektronischen Schaltelements unabhän gig von der Versorgungsspannung - beispielsweise ist das die Bordnetzspannung eines Kraftfahrzeugs, also die Batteriespannung - der elektronischen Steuer schaltung auf eine gewünschte Höhe einzustellen. Dies ist insbesondere von Bedeutung, wenn die Bat teriespannung aufgrund äußerer Einflüsse, zum Bei spiel Außentemperatur, nicht konstant ist, da dann dennoch stets reproduzierbare Einschaltvorgänge re alisiert werden.

Ferner ist insbesondere vorgesehen, daß die Dauer des Einschaltimpulses automatisch einstellbar ist. Dabei hängt die Dauer des Einschaltimpulses von der Position des Ankers ab. Die Position des Ankers wird mittels einer geeigneten elektronischen Schal tung, die der elektronischen Steuerschaltung zuor denbar ist, aus dem Verlauf der Ventilspannung und/oder des Ventilstroms abgeleitet.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß der elektronischen Steuerschaltung eine Auswerteeinrichtung zugeordnet ist. Die Zuord nung umfaßt nicht nur eine Bereitstellung von In formationen untereinander, sondern auch die räum liche Zuordnung zueinander. Insbesondere ist die Auswerteeinrichtung Bestandteil der elektronischen Steuerschaltung.

Es ist vorgesehen, daß die Auswerteeinrichtung beim Start des Einschaltvorganges des Ventils aus der Steigung des Ventilstroms und/oder der Ventilspan nung einen Zeitpunkt ermittelt, in dem der Ventil strom einen Plateauwert annehmen wird, der unter dem Haltestrom des Ankers liegt und in dem die Steigung des Ventilstroms Null beziehungsweise etwa Null ist. Der Anstieg des Ventilstroms entspricht in diesem Zeitbereich dem eingangs erwähnten Ein schaltimpuls, jedoch erfolgt der Ventilstromanstieg- in Abhängigkeit der Induktivität der Spule - vor zugsweise nichtlinear. Dazu wird zunächst der Ver lauf des Ventilstroms beziehungsweise der Ventil spannung während eines Einschaltvorganges erfaßt, wenn keine oder aber in ihrer Höhe bekannte Stör größen auf das Ventil wirken. Dieser Verlauf ent spricht einem Sollkurvenverlauf aus dem zu jedem gewünschten Zeitpunkt die Steigung ermittelt wird, so daß bei einem davon abweichenden Verlauf - daraus folgt auch eine abweichende Steigung - des Ventil stroms beziehungsweise der Ventilspannung Rück schlüsse darauf gezogen werden können, unter wel chen Bedingungen das Ventil arbeitet. Wirken auf das Ventil Störgrößen oder gehen vom Ventil selbst Störgrößen aus, ändert sich der Verlauf und die Steigung des Ventilstroms beziehungsweise der Ven tilspannung. Mithin ist es möglich, aufgrund eines Vergleichs zwischen dem Sollkurvenverlauf und dem Verlauf des Ventilstroms beziehungsweise der Ven tilspannung eine Aussage über die Höhe der wirken den Störgröße(n) zu machen, so daß der Verlauf des Ventilstroms beziehungsweise der Ventilspannung mittels der elektronischen Schaltung an den Soll kurvenverlauf anpaßbar ist. Alternativ kann vorge sehen sein, daß zu festlegbaren Zeitpunkten ein zelne Werte der Sollkurve ermittelt werden. In ei nem betriebsbedingten Einschaltvorgang erfaßte, aufgrund von einwirkenden Störgrößen abweichende Werte des Ventilstroms beziehungsweise der Ventil spannung ergeben durch direkten Vergleich mit den ermittelten Werten der Sollkurve Aufschluß über die Höhe der einwirkenden Störgröße(n). Folglich ist auch hier eine Anpassung des Verlaufs des Ventil stroms beziehungsweise der Ventilspannung an den Sollkurvenverlauf in vorteilhafter Weise möglich. Beide vorstehend beschriebenen Varianten ermögli chen für verschiedene Betriebsbedingungen ein si cheres Schließen des Ventils in genügend kurzer Zeit, wobei eine optimale Geräuschreduzierung er reicht wird.

Zumindest eine Störgröße tritt bei jedem Steue rungs- beziehungsweise Regelvorgang auf. Im vorlie genden Fall treten mehrere Störgrößen auf, worauf nachfolgend näher eingegangen wird. Erfolgt eine Ansteuerung dem Spule für einen Einschaltvorgang, bildet sich ein elektromagnetisches Feld aus, wel ches auf den Anker wirkt, wodurch sich dieser in Bewegung setzt. Gleichzeitig wirkt der Anker in seiner Bewegung auf eine Ventileinheit, die den Kreislauf des Heiz- beziehungsweise Kühlwasserkrei ses schließen soll. Der Wasserdruck im Mediumkreis wirkt der Ventileinheit und somit dem Anker entge gen, der seinerseits der durch die Spule erzeugten elektromagnetischen Kraft entgegenwirkt. Es tritt also eine Störgröße an der Ventileinheit auf, die indirekt über den Anker auch auf die Spule wirkt. Ferner erzeugt eine weitere Störgröße der Anker selbst, nämlich durch Reibung in seiner mechani schen Führung und/oder dadurch, daß der Acker in seiner Bewegung, beispielsweise durch eine Feder, gedämpft ist. Eine weitere Störgröße wirkt auf die Spule, die sich aus einem in Abhängigkeit von der Spulentemperatur veränderbaren elektrischen Spulen widerstand, durch die von der Ankerbewegung hervor gerufene Änderung des magnetischen Kreises (der An ker wird aus der Spule herausbewegt) und durch die daraus resultierende Änderung des Ventilstroms zu sammensetzt. Schließlich wird durch die Bewegung des Ankers in der Spule eine Spannung induziert, die einen Strom entgegen dem Ventilstrom bewirkt. Durch diese inneren und äußeren Einflüsse, steigt bei einem Einschaltvorgang des Ventils der Ventil strom beziehungsweise die Ventilspannung nicht ge mäß dem Sollkurvenverlauf an, sondern abweichend zu ihm. Diese Abweichung ist vorzugsweise mittels der Auswerteeinrichtung erfaßbar, so daß diese der elektronischen Steuerschaltung Informationen über die auf das Ventil wirkenden Störgrößen übermit telt, wodurch der Verlauf des Ventilstroms bezie hungsweise der Ventilspannung an den Sollkurvenver lauf anpaßbar ist. Dadurch wird in vorteilhafter Weise ein geräuschreduzierter Schließvorgang des Ventils in genügend kurzer Zeit ermöglicht.

In Abweichung zum vorstehend Beschriebenen wird der Sollkurvenverlauf des Ventilstroms beziehungsweise der Ventilspannung nicht mittels eines Einschalt vorganges des Ventils ermittelt, bei dem keine oder in ihrer Höhe bekannte Störgrößen wirken, sondern es ist - in einer Ausführungsvariante - selbstver ständlich auch möglich, den Sollkurvenverlauf an hand einer Simulation und/oder eines (Labor-Ver suchs zu ermitteln. Die dadurch ermittelten Werte dienen als Standardwerte und können insbeson dere in der Auswerteeinrichtung gespeichert werden.

Schließlich ist vorzugsweise vorgesehen, daß die Auswerteeinrichtung aus der Steigung und/oder aus einzelnen Werten des Ventilstroms und/oder der Ven tilspannung vom Einschaltzeitpunkt des Ventils bis zum Zeitpunkt des Erreichens des Plateauwertes in Abhängigkeit von den auf das Ventil wirkenden Stör größen Steuerungsparameter für die Beeinflussung des Verlaufs des Ventilstroms und/oder der Ventil spannung eines späteren Zeitbereichs ermittelt. Ferner ist aus dem anfänglichen Verlauf des Ansteu ersignals des Ventils eine Vorhersage über die zu erwartende Gesamtschließdauer des Ventils möglich. Ist beispielsweise die vorhergesagte Gesamt schließdauer aufgrund eines hohen Wasserdruckes zu lang, so kann die elektronische Steuerschaltung den Ventilstrom oder die Ventilspannung erhöhen, so daß der Anker stärker beschleunigt wird, wodurch eine gegenüber der erwarteten Gesamtschließdauer kürzere Schließdauer erzielt wird. Andererseits ist es je doch auch möglich, bei einer vorhergesagten zu kur zen Gesamtschließzeit, resultierend aus einer hohen Geschwindigkeit des Ankers, den Ventilstrom bezie hungsweise die Ventilspannung kurzzeitig auszu schalten, so daß dadurch die Geschwindigkeit des Ankers reduziert wird, wodurch auch hier ein opti maler, geräuschreduzierter Schließvorgang erzielt wird.

Zeichnungen

Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der elek tronischen Steuerschaltung mit einem an zusteuernden elektromagnetischen Ventil,

Fig. 2 einen zeitabhängigen Verlauf der an der Spule liegenden Ventilspannung,

Fig. 3 ein Blockschaltbild eines zweiten Ausfüh rungsbeispiels der elektronischen Steuer schaltung,

Fig. 4 ein Blockschaltbild eines dritten Ausfüh rungsbeispiels der elektronischen Steuer schaltung und

Fig. 5 einen zeitabhängigen Verlauf eines Ventil stroms, bei einer Ansteuerung des Ventils mit der elektronischen Schaltung nach Fig. 4.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Die Fig. 1 zeigt eine elektronische Steuerschal tung 1, im folgenden als Steuergerät 2 bezeichnet, das über Anschlüsse 3 mit Spannung versorgt wird. Dabei stellt ein Anschluß 3' eine Verbindung mit einem Pluspol eines hier nicht dargestellten Bord netzes eines Kraftfahrzeugs dar. Ferner zeigt Fig. 1 ein elektromagnetisches Ventil 4 mit einem Spu lenfreilauf 5. Das elektromagnetische Ventil 4 ist einem hier nicht dargestellten Mediumkreislauf der art zugeordnet, daß es einen Heiz- /beziehungsweise Kühlwasserzulauf für einen Wärmetauscher einer Hei zungs- und/oder Klimaanlage reguliert. Das Steuer gerät 2 beinhaltet eine Regeleinrichtung 6, eine Ansteuerschaltung 7, ein elektronisches Schaltele ment 8 sowie einen Shunt-Widerstand 10. Das Schalt element 8 ist als Feldeffekt-Transistor, im folgen den kurz als FET 9 bezeichnet, ausgebildet.

Das elektromagnetische Ventil 4 weist eine Spule 12, einen innerhalb der Spule 12 beweglich ange brachten Anker 13 und eine Ventileinheit 14 auf, wobei der hier nicht dargestellte bewegliche Teil der Ventileinheit 14 mittels des Ankers 13 betätigt wird. Ein Anschluß 15 der Spule 12 des elektro magnetischen Ventils 4 ist mit einem Pluspol des hier nicht dargestellten Bordnetzes des Kraftfahr zeugs verbunden, dies ist der Pluspol der Batterie des Kraftfahrzeugs. Mit ihrem anderen Anschluß 16 ist die Spule 12 mit dem Steuergerät 2 verbunden. Parallel zur Spule 12 ist der Spulenfreilauf 5 an geschlossen, das heißt ein Anschluß 17 des Spulen freilaufs ist mit dem Anschluß 15 der Spule verbun den und ein weiterer Anschluß 18 des Spulenfrei laufs 5 mit dem anderen Anschluß 16 der Spule 12. Alternativ kann der Spulenfreilauf 5 auch im Steu ergerät 2 integriert sein (nicht dargestellt). Der Spulenfreilauf 5 wirkt dann entweder zwischen den Anschlüssen 3' und 16 oder er ist parallel zum Schaltelement 8 angeschlossen und wirkt zwischen dem Anschluß 16 und der Masse (Minuspol der Bord batterie) des Bordnetzes.

Die Regeleinrichtung 6 des Steuergeräts 2 überträgt Informationen über eine Verbindung 19 zur Ansteuer schaltung 7 und erhält über eine Verbindung 20 In formationen von der Ansteuerschaltung 7. Die An steuerschaltung 7 steuert mit ihrem Ausgang 21 das Gate 22 des FET 9 an, so daß sich der Durchgangswi derstand zwischen einem Source-Anschluß, im folgen den nur als Source 23 bezeichnet und einem Drain-An schluß, im folgenden nur als Drain 24 bezeichnet, in Abhängigkeit von einem am Gate 22 anliegenden Ansteuersignal verändern läßt. Weiterhin weist die Ansteuerschaltung 7 Anschlüsse 25 und 26 auf, wobei der Anschluß 25 mit der Source 23 und der Anschluß 26 mit dem Drain 24 verbunden ist. Ferner ist am Drain 24 der Shunt-Widerstand 10 mit seinem einen Anschluß 27 angeschlossen. Ein anderer Anschluß 28 des Shunt-Widerstands 10 ist mit der Masse verbun den, nämlich dem Minuspol der Batterie des Kraft fahrzeugs.

Es ergibt sich insgesamt ein Strompfad, in dem die Spule 12, der FET 9 und der Shunt-Widerstand 10 in Serie geschaltet sind, wobei die Spule 12 mit ihrem Anschluß 15 - wie bereits erwähnt - am Pluspol der Batterie und der Shunt-Widerstand 10 an der Masse angeschlossen ist. Durch die Serienschaltung der Bauteile liegt eine Teilspannung, nämlich eine Ven tilspannung 29, an der Spule 12 an.

Das Diagramm in Fig. 2 zeigt einen zeitabhängigen Verlauf der Ventilspannung 29 während eines Schalt vorganges, der in eine Einschaltphase E (0 bis t₃), eine Phase mit konstanter Ventilspannung K (t₄-t₃) und eine Ausschaltphase A (t₅-t₄) unterteilt ist. Auf der Ordinatenachse ist die Spannung U und auf der Abszissenachse die Zeit t aufgetragen. Der Ver lauf der Ventilspannung 29 setzt sich beim Ein schalten des Ventils 4 aus einem Einschaltimpuls 30, einer Einschaltrampe 32, einer Schließzeit 41 und einer Abschaltrampe 34 zusammen. Die Ein schaltrampe 32 weist eine Totzeit 31 und einen Hochlauf 33 auf. Die Höhe des Einschaltimpulses 30 stellt einen ersten Wert U₁ dar, der größer oder kleiner als ein Nominalwert N sein kann und während einer Zeitdauer t₁-t₀ an der Spule 12 anliegt. Zum Zeitpunkt t₁ beginnt die Einschaltrampe 32 und die Ventilspannung 29 fällt auf einen zweiten Wert U₂ ab. Der zweite Wert U₂ bildet somit den Anfangswert der Einschaltrampe 32, wobei die Einschaltrampe 32 insgesamt eine Zeitdauer t₃-t₁ aufweist. Während der Totzeit 31 ist der zweite Wert U₂ konstant. Die zum Zeitpunkt t₂ beginnende Hochlaufzeit 33 weist eine linear ansteigende Ventilspannung 29 bis zum Zeitpunkt t₃ auf den Nominalwert N auf. Der Nomi nalwert N der Ventilspannung 29 liegt an der Spule 12 während dem Schließzeit 41 für eine Zeitdauer t₄-t₃ an und bildet somit eine Haltespannung. Zum Zeitpunkt t₄ fällt die Ventilspannung 29 auf einen dritten Wert U₃ ab, der gleichzeitig einen Anfangs wert für die Abschaltrampe 34 darstellt. Während einer Zeitdauer t₅-t₄ der Abschaltrampe 34 fällt die Ventilspannung 29 bis auf einen spannungsfreien Zustand 35 ab. Das elektromagnetische Ventil 4 be findet sich folglich zum Zeitpunkt t₅ vorzugsweise in seiner Abschaltstellung.

Der in Fig. 2 gezeigte Verlauf der Ventilspannung 29 wird dadurch erzeugt, daß über den Ausgang 21 der Ansteuerschaltung 7 das Gate 22 des FET 9 mit einem Signal so angesteuert wird, daß sich zwischen der Source 23 und dem Drain 24 jeweils ein derarti ger Durchgangswiderstand einstellt, daß an dem Schaltelement 8 der gewünschte Spannungsfall auf tritt, also die Ventilspannung 29 nach dem Verlauf der Fig. 2 entsteht. Über die Anschlüsse 25 und 26 wird der Spannungsfall sensiert, wobei hierbei die Höhe der Batteriespannung berücksichtigt wird. Da durch ist es möglich die Höhe der Ventilspannung 29 durch die Regeleinrichtung 6 genau auf den ge wünschten Sollkurvenverlauf einzustellen. Für den Betrieb des elektromagnetischen Ventils 4 werden vom Steuergerät 2 aufeinanderfolgend mehrere Schaltvorgänge mit der Zeitdauer t₅-t₀ generiert, wobei der Zeitraum zwischen zwei Schaltvorgängen von der vom Wärmetauscher der Heizungs- und/oder Klimaanlage abgeforderten Leistung bestimmt wird.

Das Ausführungsbeispiel in Fig. 3 zeigt eine elek tronische Schaltung 1a, die als Steuergerät 2a aus gebildet ist. Am Anschluß 25 des Steuergeräts 2a befindet sich der Anschluß 16 des elektromagneti schen Ventils 4, so daß sich der gleiche grundsätz liche Aufbau, wie in Fig. 1 gezeigt, ergibt. Zu sätzlich zum Steuergerät 2 aus Fig. 1 weist das Steuergerät 2a Anschlüsse 36 und 37 auf, an denen Sensoren 38 angeschlossen sind. Ein Thermoelement 39 mißt die Temperatur - als Störgröße - der Spule, so daß das Steuergerät 2a die Ventilspannung 29 temperaturabhängig von der Spule 12 regelt. Der am Ausgang 37 angeschlossene Sensor 38 ist ein Druck sensor 40, der einen Wasserdruck - als weitere Stör größe - in dem Heiz- /beziehungsweise Kühlwasserzu lauf sensiert, nämlich den, den das elektromagneti sche Ventil 4 öffnen oder schließen soll. Die von den Sensoren 38 ermittelten Größen dienen somit zur Ermittlung von Steuerungsparametern, wodurch die einzelnen Ansteuerabschnitte hinsichtlich ihrer Zeitdauer und Amplitude optimal an wechselnde Be triebszustände einer Heiz- beziehungsweise Klimaan lage angepaßt werden. Selbstverständlich sind dem Steuergerät 2a weitere Sensoren 38 über weitere An schlüsse zuordenbar, worauf jedoch bei der Fig. 3 der Einfachheit halber verzichtet wurde.

Die im Anspruch 1 angesprochene Alternative, näm lich, daß anstelle der Ventilspannung auch der Ven tilstrom gesteuert werden kann, wird in einem wei teren Ausführungsbeispiel - dargestellt in Fig. 4 - nä her erläutert. Demgemäß gilt auch für dieses Aus führungsbeispiel der Anspruch 1 sinngemäß, wenn in ihm anstelle des Begriffs "Ventilspannung" der Be griff "Ventilstrom" angenommen wird.

Für das Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist vorge sehen, daß einem Steuergerät 2b eine digi tal- und/oder analogarbeitende Auswerteeinrichtung 42 zugeordnet ist. Sie erfaßt das das Ventil 4 ansteu ernde Signal, nämlich einen Ventilstrom 44 (Fig. 5). Aus dessen zeitlichen Verlauf ermittelt sie zu mindest zu einem festlegbaren Zeitpunkt die Stei gung des Ventilstroms 44, wodurch im Vergleich mit einer Steigung der Sollkurve (nicht dargestellt) ein Bewegungsverlauf des Ankers 13 ableitbar ist.

Erfolgt eine Ansteuerung der Spule 12 durch das Steuergerät 2b über das Schaltelement 8 (in Fig. 4 nicht dargestellt) mit einer über einem Zeitraum t₃-t₀ konstanten Ventilspannung 29' mit dem Wert U (Fig. 5), so steigt zunächst der Ventilstrom 44 in Abhängigkeit der Induktivität und des ohmschen Wi derstands der Spule 12 an. Hierzu sei angemerkt, daß bei einer Ventilstromsteuerung das Schaltele ment 8 vorzugsweise parallel mit der Spule 12 ver schaltet ist. Aufgrund der Ansteuerung bildet sich ein elektromagnetisches Feld in der Spule 12 aus, das auf den Anker 13 wirkt, der sich dadurch in Be wegung setzt. Dieser wirkt in seiner Bewegung auf die Ventileinheit 14, welche den Kreislauf des Heiz- beziehungsweise Kühlwasserkreises (nicht dar gestellt) unterbrechen beziehungsweise schließen soll. Durch das Schließen überträgt der unterbro chene Mediumkreislauf eine Störgröße Z₁₄ auf die Ventileinheit 14. Die Störgröße Z₁₄ wird durch den Differenzdruck zwischen Ein- und Auslaß (nicht dar gestellt) der Ventileinheit 14 und durch die Höhe der zu sperrenden Durchflußmenge hervorgerufen. Die Störgröße Z₁₄ ist abhängig von der Temperatur und der Viskosität des Mediums, von der Drehzahl der Pumpe, die das Medium umpumpt und von Be triebszuständen von eventuell vorhandenen verzweig ten Medienkreisen. Da die Störgröße Z₁₄ auf die Ventileinheit 14 wirkt, wirkt sie auch dem Anker 13 entgegen. Während der Bewegung des Ankers 13 er fährt dieser zusätzlich eine Störgröße Z₁₃, hervor gerufen durch Reibung in seiner mechanischen Füh rung und durch eine Dämpfung (elektrisch, magne tisch und/oder mechanisch), die auf ihn wirkt. Der Anker 13 wirkt somit der durch die Spule 12 erzeug ten elektromagnetischen Kraft entgegen. Ferner wirkt eine Störgröße Z₁₂ auf die Spule 12, die sich aus einem in Abhängigkeit von der Spulentemperatur veränderbaren elektrischen Spulenwiderstand, durch die von der Ankerbewegung hervorgerufene Änderung des magnetischen Kreises und durch die daraus re sultierende Änderung des Spulenstroms (Ventilstrom 44) zusammensetzt. Ferner wird in der Spule 12 durch die Bewegung des Ankers 13 eine Spannung in duziert, die einen Strom entgegen dem die Spule 12 speisenden Strom bewirkt.

Dadurch, daß - wie bereits erwähnt - die Auswerteein richtung 42 die Steigung des Ventilstroms 44 er faßt, können aus dieser Informationen über die auf das Ventil 4 wirkenden Störgrößen Z₁₂, Z₁₃ und Z₁₄ abgeleitet werden, so daß der Ventilstrom 44 in de ren Abhängigkeit durch das Steuergerät 2b steuerbar ist. Dadurch ist es möglich, daß er optimal an die Betriebszustände der Heiz- beziehungsweise Klimaan lage angepaßt werden kann. Mithin wird in vorteil hafter Weise ein geräuschreduzierter Schließvorgang des Ventils 4 ermöglicht, worauf im folgenden an hand der Fig. 5 näher eingegangen wird.

Beim Ansteuern des Ventils 4 zu Beginn des Ein schaltvorganges mit der Ventilspannung 29' steigt - wie bereits beschrieben - der Ventilstrom 44 wäh rend eines Zeitbereichs t₁-t₀ nichtlinear an. Durch die Bewegung des Ankers 13 wird in der Spule 12 eine Spannung induziert, die eine Stromrichtung entgegen dem versorgenden Ventilstrom 44 bewirkt. Durch die nach Überwindung der ersten Reibungs- und Federkräfte zunehmende Geschwindigkeit des Ankers 13 und die daraus erzeugte höhere Induktionsspan nung, nimmt die Steigung des Ventilstroms 44 mit zunehmender Zeit t ab. Zum Zeitpunkt t₁ erreicht der Ventilstrom 44 einen Plateauwert I₁, der vor zugsweise unter einem Nominalwert N₁ liegt, der dem Haltestrom des Ankers in seiner Einschaltstellung entspricht. Dabei ist die Steigung des Ventilstroms 44 Null. Daraus leitet die Auswerteeinrichtung 42 eine Information ab, nämlich daß sich der Anker 13 bewegt haben muß. Durch die weiterhin zunehmende Geschwindigkeit des Ankers 13 nimmt im weiteren Verlauf der Ventilstrom 44 ab, bis er zu einem Zeitpunkt t₂ ein relatives Minimum mit dem Wert I₂ einnimmt, der unter dem Wert I₁ liegt. Die Steigung des Ventilstroms 44 ist im Zeitbereich t₂-t₁ nega tiv. Zum Zeitpunkt t₂ erreicht die Ventileinheit 14 ihren Endanschlag und somit das Ventil 4 seine Ein schaltstellung. Die Bewegung des Ankers 13 ist nun beendet. Dadurch wird der durch die beschleunigte Bewegung des Ankers 13 in der Spule 12 erzeugte Ge genstrom, der während der Bewegung des Ankers zur Abnahme des Ventilstroms 44 (auch Gesamtspulenstrom genannt) führt, jetzt nahezu 0. Der Ventilstrom 44 kann sich somit in dem Zeitbereich t₃-t₂ unge hindert bis zu einem Nominalwert N₁ aufbauen. Die ser Verlauf des Ventilstroms 44 entspricht einer digitalen Ansteuerung des Ventils 4 mittels einer Ventilspannung 29', die zum Zeitpunkt t₀ von einem Wert gleich null, sprungartig zu einem Nominalwert U ausgesteuert wird.

Selbstverständlich ist es für das Ausführungsbei spiel nach Fig. 4 auch möglich, ab dem Zeitpunkt t₁, wenn der Ventilstrom 44 den Plateauwert I₁ bzw. die Steigung des Ventilstroms 44 einen vorgebbaren Wert erreicht hat, das Ventil mit einer Ventilspan nung 29 (gemäß Fig. 2 im Zeitbereich t₅-t₂) zu be treiben. Demnach wird zum Zeitpunkt t₁ die Ventil spannung 29' mit dem Nominalwert U zum Zeitpunkt t₁ auf einen Wert U₂ zurückgefahren, wodurch die elek tromagnetische Energie in der Spule 12 abnimmt. Das führt zu einer verminderten Beschleunigung des An kers 13. Dadurch stellt sich eine Geschwindigkeit ein, die genügend groß ist, um ein sicheres Schließen des Ventils 4 zu gewährleisten, jedoch so gering ist, daß eine Geräuschentwicklung beim Auf treffen des Ankers 13 auf seinen Endanschlag im we sentlichen verhindert wird, wobei der Einfluß der Störgrößen Z₁₂, Z₁₃ und Z₁₄ bis zum Erreichen des Plateauwerts I₁ des Ventilstroms berücksichtigt wird.

Ändern sich die Zustandsparameter im Mediumkreis, so wären die Zeitbereiche t₁-t₀, t₂-t₁ und t₃-t₂ nicht bei jedem Schaltvorgang des Ventils 4 kon stant, sondern in Abhängigkeit der einwirkenden Störgrößen Z₁₂, Z₁₃ und Z₁₄ veränderbar. Herrscht beispielsweise im Mediumkreis ein besonders hoher Fluiddruck, so würde sich beim Ansteuern des Ven tils 4 das Erreichen des Zeitpunkts t₁ verzögern, da der Ventileinheit 14 und somit dem Anker 13 hö here Kräfte entgegenstehen. Der Ventilstrom 44 steigt dabei weniger steil an, dies erkennt die Auswerteeinrichtung 42 und ermittelt im Vergleich mit einer Steigung der Sollkurve den zu erwartenden Zeitpunkt t₁. Wäre demgemäß die Zeitdauer t₁-t₀ zu groß, so daß eine Schließung des Ventils 4 zu lange dauern würde, veranlaßt sie das Steuergerät 2b den Ventilstrom 44 zu erhöhen, so daß der Anker 13 den erhöht entgegenwirkenden Kräften entgegentritt, wo durch das Ventil 4 in genügend kurzer Zeit ge räuscharm und dennoch sicher geschlossen werden kann. Ferner ermittelt die Auswerteeinrichtung 42 aus der Steigung des Ventilstroms 44 im Zeitbereich t₁-t₀ Informationen über die wirkenden Störgrößen Z₁₂, Z₁₃ und Z₁₄, so daß in deren Abhängigkeit der Ventilstrom 44 hinsichtlich seiner Amplitude auch im nachfolgenden Zeitbereich t₃-t₁ veränderbar ist.

Weiterhin ist bei einer zu schnellen Bewegung des Ankers 13, wodurch sich ein sehr steiler Stroman stieg einstellt, vorgesehen, die Ventilspannung 29' kurzzeitig durch das Steuergerät 2b zu unterbre chen, so daß eine Totzeit - wie im Ausführungsbei spiel nach Fig. 1 - in der Ventilspannung 29' inte griert sein kann. Natürlich sind - bei Bedarf - meh rere Kurzunterbrechungen der Ventilspannung 29' in allen Ansteuerabschnitten möglich. Mithin wird auch in dieser Situation ein optimaler Schließvorgang des Ventils 4 unter Berücksichtigung der Störgrößen Z₁₂, Z₁₃ und Z₁₄ durchgeführt.

Zum Öffnen des Ventils 4 nach der Schließzeit kann vorgesehen sein, entweder den Ventilstrom 44 ge steuert oder ungesteuert abzuschalten. Jedoch ist sicherzustellen, daß der Ventilstrom 44 in der Aus schaltphase - entsprechend dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 - auf Null abfällt, so daß das Ventil 4 seine Abschaltstellung einnehmen kann.

Claims

1. Elektronische Steuerschaltung zur Ansteuerung eines, einen Anker aufweisenden elektromagnetischen Ventils, insbesondere für eine Heizungs- und/oder Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs, mit einem in Reihe zur Spule des Ventils liegenden elektroni schen Schaltelement, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement (8) die an der Spule (12) lie gende Ventilspannung (29) (beziehungsweise den Ven tilstrom (44)) derart steuert, daß die Ventilspan nung (29) beim Einschalten des Ventils einen ersten Wert (U₁) erreicht, daß anschließend die Ventil spannung (29) auf einen zweiten Wert (U₂) zurückge fahren wird, der kleiner als der erste Wert (U₁) ist, und daß nachfolgend die Ventilspannung (29) einen dritten Wert (N) annimmt, der größer als der zweite Wert (U₂) ist und der eine Haltespannung für das Halten des Ankers (13) in seiner Einschaltstel lung darstellt.

2. Elektronische Steuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Wert (U₁) in Form eines Einschaltimpulses (30) gebildet wird.

3. Elektronische Steuerschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitude des Einschaltimpulses (30) größer als die Hälfte der Haltespannung ist.

4. Elektronische Steuerschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitdauer des Einschaltimpulses (30) etwa zwischen dem 0,1- und dem 0,6-fachen Wert der Ven tilschaltzeit bei sprungförmiger Erregung des Ven tils mit einer über der Haltespannung liegenden Spannung ist.

5. Elektronische Steuerschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Einschaltimpuls (30) aus mehreren Impulsen zusammengesetzt ist.

6. Elektronische Steuerschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Wert (U₂) einen Anfangswert einer Einschaltrampe (32) bildet.

7. Elektronische Steuerschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Endwert der Einschaltrampe (32) den dritten Wert (N) bildet.

8. Elektronische Steuerschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einschaltrampe (32) eine sich an den Ein schaltimpuls (30) anschließende Totzeit (31) auf weist, während der sich der Wert der Ventilspannung (29) nicht ändert.

9. Elektronische Steuerschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilspannung (29) beim Abschalten des Ventils auf einen Anfangswert (U₃) einer Ab schaltrampe (34) fällt, der zwischen dem dritten Wert (N) und dem spannungsfreien Zustand (35) liegt.

10. Elektronische Steuerschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Endwert der Abschaltrampe (34) kleiner als der Anfangswert der Abschaltrampe (34) ist.

11. Elektronische Steuerschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsverlauf der Einschaltrampe (32) und/oder der Abschaltrampe (34) linear, progressiv oder degressiv verläuft.

12. Elektronische Steuerschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitdauer des Einschaltimpulses (30) von der jeweiligen Position des Ankers (13) abhängig ist.

13. Elektronische Steuerschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Position des Ankers (13) aus dem Verlauf der Ventilspannung (29) und/oder dem Ventilstrom (44) mittels einer elektronischen Schaltung ermittelt wird.

14. Elektronische Steuerschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das elektronische Schaltelement (8) die Höhe des Einschaltimpulses (30) unabhängig von der Ver sorgungsspannung der elektronischen Steuerschaltung (1) auf den ersten Wert (U₁) einstellt.

15. Elektronische Steuerschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Auswerteeinrichtung (42) beim Start des Einschaltvorgangs des Ventils (4) aus der Steigung des Ventilstroms (44) und/oder der Ventilspannung (29) einen Zeitpunkt t₁ ermittelt, in dem der Ven tilstrom (44) einen Plateauwert (I₁) annehmen wird, der unter dem Haltestrom des Ankers (13) liegt und in dem die Steigung des Ventilstroms (44) Null be ziehungsweise etwa Null ist.

16. Elektronische Steuerschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinrichtung (42) aus der Steigung und/oder aus einzelnen Werten des Ventilstroms (44) und/oder der Ventilspannung (29) vom Einschaltzeit punkt des Ventils (4) bis zum Zeitpunkt t₁ in Ab hängigkeit von auf das Ventil (4) wirkenden Stör größen (Z₁₂, Z₁₃, Z₁₄) Steuerungsparameter für die Beeinflussung des Verlaufs des Ventilstroms (44) und/oder der Ventilspannung (29) eines späteren Zeitbereichs ermittelt.

17. Elektronische Steuerschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die auf das Ventil (4) wirkenden Störgrößen (Z₁₂, Z₁₃, Z₁₄) aus der Steigung des Ventilstroms (44) und/oder der Ventilspannung (29) durch Ver gleich mit einer störgrößenfreien Steigung von der Auswerteeinrichtung (42) zur Beeinflussung des Ver laufs des Ventilstroms (44) und oder der Ventil spannung (29) ermittelt werden.

18. Elektronische Steuerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Störgrößen (Z₁₂, Z₁₃, Z₁₄) vom Steuergerät (2a) mit tels Sensoren (38) erfaßt werden.

19. Elektronische Steuerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinrichtung (42) dem Steuergerät (2b) zuge ordnet ist.