DE19731381A1 - Electromagnetic setting device for i.c. engine valve - Google Patents
Electromagnetic setting device for i.c. engine valveInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Stelleinrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.The invention relates to an electromagnetic actuator with the features of Preamble of claim 1.
Eine derartige Stelleinrichtung ist z. B. aus der DE 35 46 513 C2 bekannt. Dort wird die Wicklung jedes Elektromagnets zuerst bis zum Erreichen eines maximalen Stroms an Spannung gelegt. Dann wird der Strom abgeschaltet. Über eine Freilaufschaltung fällt nun der Strom ab. Bei Erreichen eines unteren Werts des Stroms wird wieder Spannung an die Wicklung gelegt bis ein oberer Stromwert erreicht ist. Nun wird wieder abgeschaltet usw. also die Wicklung um einen gegenüber dem maximalen Stromwert kleineren Stromwert getaktet, wodurch die Leistung und die Magnetkraft auf den zum Halten notwendigen Wert vermindert werden.Such an actuator is such. B. known from DE 35 46 513 C2. There will the winding of each electromagnet first until a maximum is reached Current to voltage. Then the power is turned off. Over a Freewheeling now drops the current. When a lower value of the Current is again applied to the winding until an upper current value is reached. Now it is switched off again, etc. So the winding by one clocked smaller current value compared to the maximum current value, whereby the Power and the magnetic force reduced to the value necessary for holding become.
Es ist auch bekannt Permanentmagnete zum Halten des Ankers zu benutzen (sh. z. B. DE 35 00 530 C2).It is also known to use permanent magnets to hold the armature (see e.g. B. DE 35 00 530 C2).
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die Leistung für das Halten des Ankers in wenigstens einer seiner Endstellungen und damit den Gesamtleistungsbedarf der elektromagnetischen Stelleinrichtung zu verringern. Dies ist insbesondere bei Anwendung der elektromagnetischen Stelleinrichtung zur Ventilbetätigung bei Verbrennungsmotoren von Interesse.The invention is based on the object, the power for holding the anchor in at least one of its end positions and thus the total power requirement of reduce electromagnetic actuator. This is particularly the case with Use of the electromagnetic actuator for valve actuation Internal combustion engines of interest.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. This object is achieved by the features specified in claim 1.
Die Hauptwicklung muß den Strom schnell ansteigen lassen, kann also nicht eine hohe Windungszahl aufweisen. Deshalb ist zur Erzeugung der notwendigen Amperewindungen eine hohe Leistung notwendig. Dagegen hat die Haltewicklung Zeit, um auf die zum Halten notwendige Erregung zu kommen. Die Haltewicklung darf also deutlich mehr Windungen aufweisen, und kommt somit mit deutlich geringerem Strom aus. Die Reduzierung der Halteleistung ist erheblich, sie wird auf ca. 15 bis 20% gegenüber einer Wicklung abgesenkt. Die Stromabsenkung bedeutet jedoch auch eine wesentliche Wärmereduzierung.The main winding must let the current rise quickly, so not one have a high number of turns. That is why it is necessary to generate Ampere turns require high performance. In contrast, the holding winding Time to get the excitement you need to stop. The holding winding may thus have significantly more turns, and thus comes with significantly fewer Power off. The reduction in the holding power is considerable, it is about 15 to 20% lower than a winding. However, the current reduction means also a significant reduction in heat.
Die Unteransprüche beinhalten günstige Ausgestaltungen und Weiterbildungen. Insbesondere sind dort Möglichkeiten angesprochen, wie man die beiden Wicklungen gemeinsam oder als gegenseitige Redundanz nutzen kann, was von großem Vorteil ist, weil damit der Ausfall einer Spule nicht den Ausfall der gesamten Stelleinrichtung bedeutet.The subclaims contain favorable refinements and developments. In particular, options are addressed there on how to make the two windings can use together or as mutual redundancy, which is a great advantage is because the failure of a coil does not mean the failure of the entire control device means.
Anhand der Zeichnung werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.Exemplary embodiments of the invention are explained in more detail with reference to the drawing.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 den möglichen Aufbau einer erfindungsgemäßen Stelleinrichtung, Fig. 1 shows the possible construction of a control device according to the invention,
Fig. 2 eine Schaltung zur Betätigung der Stelleinrichtung, Fig. 2 shows a circuit for actuating the adjusting device,
Fig. 3 bis 6 Diagramme zum Aufzeigen unterschiedlicher Ansteuerungen der Wicklungen einer Stelleinrichtung. FIGS. 3 to 6 are diagrams for showing different control systems of the windings of an adjusting device.
In Fig. 1 ist eine möglicher Aufbau einer erfindungsgemäßen Stelleinrichtung gezeigt. Es sind zwei Magnetkreise 3 und 4 dargestellt, auf denen Wicklungen 11 und 9 aufgebracht sind. Ein Anker 7 ist mittels eines Drehstabs 8 gelagert, der um die Achse 8a verdreht werden kann. Die Magnetpole 3a und 4a sind entsprechend dieser Drehbewegung schräg ausgebildet. Der Drehstab 8 stellt den Anker 7 ohne Ansteuerung einer der Wicklungen 11 oder 9 in die gezeichnete Zwischenstellung. Durch Ansteuerung einer der Wicklungen 9 oder 11 wird der Anker 7 in eine Endstellung in der Nähe der Pole 3a oder 4a gebracht. Der Anker 7 ist mittels eines Käfigs 1 mit dem Drehstab 8 verbunden. Am Anker 7 ist eine Betätigungsstange angelenkt, die mit einem zu betätigenden Ventil 6 über eine Kopplung 5 verbunden ist. Auf den Magnetkreisen, 3 und 4 sind zusätzlich Haltewicklungen 10 und 12 aufgebracht, die im Grundsatz dazu dienen den Anker 7 in den Endstellungen festzuhalten. Diese Wicklungen 10 und 12 weisen gegenüber den Wicklungen 9 und 11 eine höhere Windungszahl und damit eine größere Zeitkonstante auf.In Fig. 1, a possible structure of a control device according to the invention is shown. Two magnetic circuits 3 and 4 are shown, on which windings 11 and 9 are applied. An anchor 7 is mounted by means of a torsion bar 8 , which can be rotated about the axis 8 a. The magnetic poles 3 a and 4 a are formed obliquely in accordance with this rotary movement. The torsion bar 8 sets the armature 7 into the intermediate position shown without actuating one of the windings 11 or 9 . By controlling one of the windings 9 or 11 , the armature 7 is brought into an end position in the vicinity of the poles 3 a or 4 a. The armature 7 is connected to the torsion bar 8 by means of a cage 1 . An actuating rod is articulated on the armature 7 and is connected to a valve 6 to be actuated via a coupling 5 . On the magnetic circuits 3 and 4 additional holding windings 10 and 12 are applied, which in principle serve to hold the armature 7 in the end positions. These windings 10 and 12 have a higher number of turns than windings 9 and 11 and thus a larger time constant.
In Fig. 2 sind links die zwei Hauptwicklungen 9 und 11 und rechts die zwei Haltewicklungen 10 und 11 gezeigt. Diese Wicklungen 9-12 werden von einem gemeinsamen µ-Prozessor angesteuert, der in der Zeichnung der einfacheren Darstellung halber in zwei Teile 13a und 13b aufgeteilt ist. Die Hauptwicklungen 9 und 11 werden von dem M-Prozessorteil 13a über Verstärker 14a und 14b angesteuert, die an einer Spannungsquelle 15 von z. B. 42 Volt liegen. Bei den beiden Hauptwicklungen sind zwei Alternativen für eine Rückmeldung dargestellt, nämlich eine Rückmelderleitung 16 vom Verstärker 14a zur Signalisierung des Stromflusses und eine Rückmeldeleitung 17 vom als Shunt wirkenden Widerstand 18, mittels dem der Spulenstrom gemessen wird.In Fig. 2, the two main windings 9 and 11 are shown on the left and the two holding windings 10 and 11 on the right. These windings 9-12 are controlled by a common μ-processor, which is divided into two parts 13 a and 13 b in the drawing for the sake of simplicity. The main windings 9 and 11 are controlled by the M processor part 13 a via amplifiers 14 a and 14 b, which are connected to a voltage source 15 of e.g. B. 42 volts. The two main windings show two alternatives for feedback, namely a feedback line 16 from amplifier 14 a for signaling the current flow and a feedback line 17 from resistor 18 acting as a shunt, by means of which the coil current is measured.
Die Haltewicklungen 10 und 12 werden über Verstärker 19a und 19b, bzw. 20a und 20b angesteuert. Die Verstärker 19a und 20a liegen an einer Spannungsquelle 21 von z. B. 12 V an. Die Verstärker 19b und 20b liegen an der Spannungsquelle 15. Alle Verstärker werden vom µ-Prozessorteil 13b durch- bzw. abgeschaltet. Beiden Wicklungen 10 und 12 sind Shunts 22 bzw. 23 nachgeschaltet. Rückführleitungen 24 bzw. 25 führen zum µ-Prozessorteil 13b zurück.The holding windings 10 and 12 are controlled via amplifiers 19 a and 19 b, or 20 a and 20 b. The amplifiers 19 a and 20 a are connected to a voltage source 21 of z. B. 12 V. The amplifiers 19 b and 20 b are connected to the voltage source 15 . All amplifiers are respectively switched off by the μ-processor portion 13 b throughput. Both windings 10 and 12 are followed by shunts 22 and 23, respectively. Return lines 24 and 25 lead back to the µ processor part 13 b.
An die Spannungsquelle 15 ist ein Converter 26 angeschaltet, der die Spannung der Spannungsquelle 15 erhöht, die an den Verstärkern 19b und 20b anliegt.To the voltage source 15, a converter 26 is turned on, which increases the voltage of the voltage source 15 to the amplifiers 19 b and 20 b is applied.
Anhand der Diagramme der Fig. 3 bis 6 werden Alternativen der Ansteuerung erläutert. Diese Figuren zeigen Stromverläufe an je einer Hauptwicklung z. B. 9 und der zugehörigen Haltewicklung z. B. 10.Alternatives of the control are explained on the basis of the diagrams in FIGS. 3 to 6. These figures show current profiles on a main winding z. B. 9 and the associated holding winding z. B. 10 .
Fig. 3 zeigt unten die Ansteuerspannung. Ein Impuls der Spannungsquelle 15 mit der Spannungshöhe U2 wird auf die Verstärker 14 a und 19b gegeben. Dieser Impuls erzeugt in der Hauptspule 14a den Stromverlauf iHs und in der Haltespule 19a den Verlauf iHaS bis zum Zeitpunkt t1. Danach werden auf die Haltespule 19a über dem Verstärker 19a Impulse mit der Amplitude U1 der Spannungsquelle 21 gegeben, die den getakteten Stromverlauf in der Haltespule ab t1 erzeugen. Hieran anschließen kann sich nach t2 durch Änderung der Ansteuerimpulse ein Takten um einen im Mittel kleineren Stromwert. Für das Takten kann die Leitung 24 benutzt werden, die den oberen und unteren Wert des Wicklungsstroms zum µ-Prozessor 13b signalisiert und damit den Verstärker 19a ein- und ausschaltet. Fig. 3 shows the drive voltage below. A pulse of the voltage source 15 with the voltage level U 2 is given to the amplifiers 14 a and 19 b. This pulse generates the current profile i Hs in the main coil 14 a and the profile i HaS in the holding coil 19 a until time t 1 . Thereafter, pulses with the amplitude U 1 of the voltage source 21 are given to the holding coil 19 a via the amplifier 19 a, which generate the clocked current profile in the holding coil from t 1 . This can be followed after t 2 by changing the control pulses, a clocking by an average smaller current value. The line 24 can be used for clocking, which signals the upper and lower value of the winding current to the microprocessor 13 b and thus switches the amplifier 19 a on and off.
In Fig. 4 ist unterstellt, daß durch die Hilfswicklung 19a mit ihrem Strom iHaS und die Hauptwicklung 14a mit ihrem Strom iHS ab t1 zuerst die Haltefunktion gemeinsam bewirken. Ab t2 übernimmt die Haltewicklung 19a allein diese Funktion, und deren Strom wird getaktet. Auch hier kann der Shunt 22 und die Leitung 24 in die Taktung einbezogen sein; desgleichen kann die Leitung 16 für die Hauptspule bzw. eine Ausbildung 17/18 entsprechend der Hauptspule 11 zur Taktung genutzt werden. Im ersten Fall ist die Endstufe 14a eine moderne Endstufe mit virtuellem Shunt. Diese liefert ein Signal wenn Strom fließt.In Fig. 4 it is assumed that the auxiliary winding 19 a with its current i HaS and the main winding 14 a with its current i HS from t 1 first effect the holding function together. From t 2 , the holding winding 19 a takes over this function alone, and its current is clocked. Here too, the shunt 22 and the line 24 can be included in the timing; can likewise the line 16 for the main coil or training are used / 17 18 corresponding to the main coil 11 for clocking. In the first case, the amplifier 14 a is a modern amplifier with a virtual shunt. This provides a signal when current is flowing.
Im Fall der Fig. 5 ist die Haltewicklung ausgefallen. Hier muß die Hauptwicklung das Halten übernehmen, wozu auf unterschiedlichen Niveau getaktet wird.In the case of FIG. 5, the holding winding has failed. Here the main winding has to stop, which is why the clocking is at different levels.
Im Fall der Fig. 6 ist unterstellt, daß die Hauptwicklung 9 ausgefallen ist, was über die Leitung 16 erkannt wird. Jetzt wird der Converter 26 über eine Steuerleitung 26a eingeschaltet und dessen hohe Spannung U3 auf die Verstärker 19b und 20b gegeben. Jetzt erzeugt diese hohe Spannung einen schnell ansteigenden Impuls vergleichbar mit dem der Fig. 3. Danach wird zum Halten wieder getaktet.In the case of FIG. 6, it is assumed that the main winding 9 has failed, which is recognized via the line 16 . Now the converter 26 is switched on via a control line 26 a and its high voltage U 3 is applied to the amplifiers 19 b and 20 b. Now this high voltage generates a rapidly rising pulse comparable to that of FIG. 3. After that, the clocking is stopped again.
Es ist auch möglich zum Anschwingen des Systems, d. h. wenn der Anker aus der Ruhestellung heraus beschleunigt werden soll, beide Spulen hierfür anzusteuern, wozu man vorzugsweise die Haltespule mit einer erhöhten Spannung ansteuert. It is also possible to start the system, i. H. when the anchor from the Accelerated rest position should be accelerated to control both coils for this, which is why the holding coil is preferably driven with an increased voltage.
Das Ausführungsbeispiel der Fig. 7 zeigt wieder einen Mikroprozessor 33 der fünf Endstufen 34a, 34b, 34c, 39 und 40 ansteuert. Die Endstufen sind Endstufen mit integrierten Shunts. Die Endstufe 34c ist einer Hauptwicklung 31 zugeordnet. Die Endstufen 39 und 40 sind den beiden Haltewicklungen 30 und 32 der beiden Magnete zugeordnet. Im Gegensatz zur Fig. 2 ist die zweite Hauptwicklung und zwar die für den Magneten, der das Ventil schließt, in zwei Teilwicklungen 29a und 29b aufgeteilt, die auch über getrennte Endstufen 3a und 34b angesteuert werden. Hierdurch wird schneller eine ausreichende Erregung des Magneten erzeugt. Die Aufteilung ist auch bei der anderen Hauptwicklung möglich. Es ist wie in Fig. 2 ein Converter 36 vorgesehen. Wie im Fall der Fig. 2 können auch hier bei Wicklungsausfall die Wicklungen ausgetauscht werden. In Fig. 7 ist auch eine Ansteuerung der Hauptwicklungen 29a, 29b, und 29c mit der hohen Ausgangsspannung des Converters möglich.The embodiment of FIG. 7 again shows a microprocessor 33 which controls the five output stages 34 a, 34 b, 34 c, 39 and 40 . The power amplifiers are power amplifiers with integrated shunts. The output stage 34 c is assigned to a main winding 31 . The output stages 39 and 40 are assigned to the two holding windings 30 and 32 of the two magnets. In contrast to FIG. 2, the second main winding, namely that for the magnet that closes the valve, is divided into two partial windings 29 a and 29 b, which are also controlled via separate output stages 3 a and 34 b. As a result, sufficient excitation of the magnet is generated more quickly. The division is also possible with the other main winding. A converter 36 is provided as in FIG. 2. As in the case of FIG. 2, the windings can also be replaced in the event of a winding failure. In Fig. 7 is also a control of the main windings 29 a, b 29, and 29c is possible with the high output voltage of the converter.
Im Ausführungsbeispiel der Fig. 8 sind keine Haltespulen vorgesehen. Hier ist unterstellt, daß eine Rasteinrichtung vorgesehen ist, die bei Erreichen der Endstellungen einrastet und den Anker ohne Erregung festhält. Ein Rastmagnet bewirkt jeweils die Entrastung des Ankers. In Fig. 8 ist eine zweigeteilte Hauptwicklung 49a und 49b, eine einteilige Hauptwicklung 49c und aus Redundanzgründen eine zweigeteilte Rastmagnetwicklung 50a und 50b dargestellt. Ansonsten entspricht die Darstellung der Fig. 8 der, der Fig. 7. Auch hier kann im Falle eines Wicklungsausfalls eine andere Wicklung zum Notbetrieb eingesetzt werden.In the exemplary embodiment in FIG. 8, no holding coils are provided. It is assumed here that a locking device is provided which engages when the end positions are reached and holds the armature without excitation. A locking magnet causes the armature to be unlatched. In FIG. 8 is a two-part main winding 49 a and 49 b, a one-piece main winding 49 a shown c and redundancy reasons a two-part locking magnet winding 50 and 50 b. Otherwise, the representation of FIG. 8 corresponds to that of FIG. 7. Here, too, another winding can be used for emergency operation in the event of a winding failure.
Claims (13)
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