DE19832196A1 - Controlling armature motion in electromagnetically operated valve of internal combustion engine - Google Patents
Controlling armature motion in electromagnetically operated valve of internal combustion engineInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduzierung der Auftreffgeschwin digkeit eines Ankers eines elektromagnetischen Aktuators, insbesondere zur Betätigung eines Gaswechsel-Hubventiles einer Brennkraftmaschine, wobei der Anker oszillierend zwischen zwei Elektromagnet-Spulen jeweils gegen die Kraft zumindest einer Rückstellfeder durch alternierende Bestromung der Elektromagnet-Spulen bewegt wird, und wobei mit einer Annäherung des Ankers an die zunächst bestromte Spule während des sogenannten Fang vorganges die an der den Anker einfangenden Spule anliegende elektrische Spannung reduziert wird. Zum technischen Umfeld wird auf die DE 195 30 121 A1 verwiesen.The invention relates to a method for reducing the impact speed ability of an armature of an electromagnetic actuator, in particular for Actuation of a gas exchange stroke valve of an internal combustion engine, wherein the armature oscillating between two electromagnetic coils the force of at least one return spring by alternating energization of the Electromagnetic coils is moved, and being with an approximation of Anchor to the initially energized coil during the so-called catch process the electrical applied to the coil capturing the armature Tension is reduced. The technical environment is based on the DE 195 30 121 A1 referenced.
Ein bevorzugter Anwendungsfall für einen elektromagnetischen Aktuator mit den Merkmalen des Anspruchs 1 ist der elektromagnetisch betätigte Ventil trieb von Brennkraftmaschinen, d. h. die Gaswechsel-Hubventile einer Hub kolben-Brennkraftmaschine werden von deratigen Aktuatoren in gewünsch ter Weise betätigt, d. h. oszillierend geöffnet und geschlossen. Bei einem derartigen elektromechanischen Ventiltrieb werden die Hubventile einzeln oder auch in Gruppen über elektromechanische Stellglieder, die sog. Aktua toren bewegt wobei der Zeitpunkt für das Öffnen und das Schließen jedes Hubventiles im wesentlichen völlig frei gewählt werden kann. Hierdurch kön nen die Ventilsteuerzeiten der Brennkraftmaschine optimal an den aktuellen Betriebszustand (dieser ist durch Drehzahl und Last definiert) sowie an die jeweiligen Anforderungen hinsichtlich Verbrauch, Drehmoment, Emissionen, Komfort und Ansprechverhalten eines von der Brennkraftmaschine angtrie benen Fahrzeuges angepaßt werden.A preferred application for an electromagnetic actuator with the features of claim 1 is the electromagnetically actuated valve powered by internal combustion engines, d. H. the gas exchange globe valves of a stroke Piston internal combustion engines are desired by such actuators actuated way, d. H. oscillatingly opened and closed. At a Such electro-mechanical valve train, the globe valves are individually or also in groups via electromechanical actuators, the so-called Aktua toren moves with the time for opening and closing each Lift valves can be chosen essentially completely freely. This allows the valve timing of the internal combustion engine optimally to the current Operating state (this is defined by speed and load) and to the respective requirements with regard to consumption, torque, emissions, Comfort and responsiveness of a driven by the internal combustion engine been adapted vehicle.
Die wesentlichen Bestandteile eines bekannten Aktuators zur Betätigung der Hubventile einer Brennkraftmaschine sind ein Anker sowie zwei Elektroma gnete für das Halten des Ankers in der Position "Hubventil offen", bzw. "Hubventil geschlossen" mit den zugehörigen Elektormagnet-Spulen, und ferner Rückstellfedern für die Bewegung des Ankers zwischen den Positio nen "Hubventil offen" und "Hubventil geschlossen". Hierzu wird auch auf die beigefügte Fig. 1 verwiesen, die einen deratigen Aktuator mit zugeordne tem Hubventil in den beiden möglichen Endlagen des Hubventiles und Ak tuator-Ankers zeigt, und wobei zwischen den beiden gezeigten Zuständen bzw. Positionen der Aktuator-Hubventil-Einheit der Verlauf des Ankerhubes z bzw. Ankerweges zwischen den beiden Elektromagnet-Spulen und ferner der Verlauf des Stromflusses 1 in den beiden Elektromagnet-Spulen jeweils über der Zeit t entsprechend einem (gegenüber der eingangs genannten DE 195 30 121 A1 einfacheren) bekannten Stand der Technik dargestellt ist.The essential components of a known actuator for actuating the lift valves of an internal combustion engine are an armature and two electromagnets for holding the armature in the position "lift valve open" or "lift valve closed" with the associated electromagnetic coils, and also return springs for the Movement of the armature between the positions "lift valve open" and "lift valve closed". For this purpose, reference is also made to the attached FIG. 1, which shows a actuator of this type with an associated lifting valve in the two possible end positions of the lifting valve and actuator armature, and between the two states or positions of the actuator / lifting valve unit shown The course of the armature stroke z or armature path between the two electromagnetic coils and also the course of the current flow 1 in the two electromagnetic coils are each shown over time t in accordance with a known state of the art (compared to DE 195 30 121 A1 mentioned earlier) is.
Wie ersichtlich ist in Fig. 1 der Schließvorgang eines Brennkraftmaschinen- Hubventiles dargestellt, welches mit der Bezugsziffer 1 bezeichnet ist. Wie üblich greift an diesem Hubventil 1 eine Ventilschließfeder 2a an, ferner wirkt auf den Schaft des Hubventiles 1 - hier unter Zwischenschaltung eines (nicht unbedingt erforderlichen) hydraulischen Ventilspielausgleichselementes 3 - der in seiner Gesamtheit mit 4 bezeichnete Aktuator ein. Dieser besteht ne ben zwei Elektromagnet-Spulen 4a, 4b aus einer auf den Schaft des Hub ventiles 1 einwirkenden Stößelstange 4c, die einen Anker 4d trägt, der zwi schen den Elektromagnet-Spulen 4a, 4b oszillierend längsverschiebbar ge führt ist. Am dem Schaft des Hubventiles 1 abgewandten Ende der Stößel stange 4c greift ferner eine Ventilöffnungsfeder 2b an.As can be seen in Fig. 1, the closing process of an internal combustion engine lift valve, which is designated by the reference number 1 . As usual, a valve closing spring 2 a acts on this lifting valve 1 , furthermore the actuator designated in its entirety with 4 acts on the stem of the lifting valve 1 - here with the interposition of a (not absolutely necessary) hydraulic valve lash compensation element 3 . This consists of ne two solenoid coils 4 a, 4 b of an acting on the stem of the lifting valve 1 push rod 4 c, which carries an armature 4 d, which leads between the solenoid coils 4 a, 4 b oscillating longitudinally ge is. At the shaft of the lift valve 1 facing away from the tappet rod 4 c further attacks a valve opening spring 2 b.
Hierbei handelt es sich somit um ein schwingungsfähiges System, für wel ches die Ventilschließfeder 2a und die Ventilöffnungsfeder 2b eine erste so wie eine zweite Rückstellfeder bilden, für welche folglich im weiteren eben falls die Bezugsziffern 2a, 2b verwendet werden. Linksseitig ist in Fig. 1 die erste Endposition dieses schwingungsfähigen Systemes dargestellt, in wel cher das Hubventil 1 vollständig geöffnet ist und der Anker 4d an der unteren Elektromagnet-Spule 4b anliegt, die im folgenden auch als Öffner-Spule 4b bezeichnet wird, nachdem diese Spule 4b das Hubventil 1 in seiner geöff neten Position hält. Rechtsseitig ist in Fig. 1 die zweite Endposition des schwingungsfähigen Systemes dargestellt, in welcher das Hubventil 1 voll ständig geschlossen ist und der Anker 4d an der oberen Elektromagnet- Spule 4a anliegt, die im folgenden auch als Schließer-Spule 4a bezeichnet wird, nachdem diese Spule 4a das Hubventil 1 in seiner geschlossenen Po sition hält.This is thus is an oscillatory system for wel ches the valve closing spring 2 a and the valve opening spring 2 b a first as a second return spring form for which consequently the further precisely if the reference numerals 2 a, 2 may be used b. On the left side in Fig. 1, the first end position of this vibratory system is shown, in which cher the lift valve 1 is fully open and the armature 4 d is applied to the lower electromagnetic coil 4 b, which is also referred to as opener coil 4 b in the following after this coil 4 b holds the globe valve 1 in its open position. The second end position of the oscillatory system is shown on the right-hand side in FIG. 1, in which the globe valve 1 is fully closed all the time and the armature 4 d bears against the upper electromagnetic coil 4 a, which is also referred to below as a make coil 4 a after this coil 4 a holds the globe valve 1 in its closed position.
Im folgenden wird nun kurz der Schließvorgang des Hubventils 1 beschrie ben, d. h. in Fig. 1 der Übergang vorn linksseitigen Zustand in den rechts seitig dargestellten Zustand; dazwischen sind die entsprechenden Verläufe der in den Spulen 4a, 4b fließenden elektrischen Ströme 1 sowie der Hub verlauf bzw. die Wegkoordinate z des Ankers 4d jeweils über der Zeit t auf getragen.In the following, the closing operation of the globe valve 1 is now briefly described, ie in FIG. 1 the transition from the left-hand state to the right-hand state; in between, the corresponding courses of the electrical currents 1 flowing in the coils 4 a, 4 b and the stroke or the path coordinate z of the armature 4 d are each plotted over the time t.
Ausgehend von der linksseitigen Position "Hubventil offen" wird zunächst die Öffner-Spule 4b bestromt, um den Anker 4d in dieser Position gegen die ge spannte Ventilschließfeder 2a (= untere erste Rückstellfeder 2a) zu halten, wobei der Strom I in dieser Spule 4b im I-t-Diagramm gestrichelt dargestellt ist. Wird nun der Strom I der Öffner-Spule 4b für einen gewünschten Über gang nach "Hubventil geschlossen" ausgeschaltet, so löst sich der Anker 4d von dieser Spule 4b und das Hubventil 1 wird durch die gespannte Ventil schließfeder 2a in etwa bis zu seiner Mittellage (nach oben hin) beschleu nigt, bewegt sich jedoch aufgrund seiner Massenträgheit weiter und spannt dabei die Ventilöffnungsfeder 2b, so daß das Hubventil 1 (und der Anker 4d) dadurch abgebremst werden. Daraufhin wird die Schließer-Spule 4a zu ei nem geeigneten Zeitpunkt bestromt (der Strom I für die Spule 4a ist im I-t- Diagramm in durchgezogener Linie dargestellt), wodurch diese Spule 4a den Anker 4d einfängt - hierbei handelt es sich um den sog. Fangvorgang -, und ihn schließlich in der rechtsseitig dargestellten Position "Hubventil geschlos sen" hält. Nachdem der Anker 4d sicher von der Spule 4a gefangen ist, wird in dieser im übrigen auf ein niedrigeres Haltestrom-Niveau umgeschaltet (vgl. I-t-Diagramm).Starting from the left-hand position "lifting valve open", the opening coil 4 b is first energized to hold the armature 4 d in this position against the ge valve closing spring 2 a (= lower first return spring 2 a), the current I in this coil 4 b is shown in dashed lines in the It diagram. If the current I of the opening coil 4 b is switched off for a desired transition to "lift valve closed", then the armature 4 d releases from this coil 4 b and the lift valve 1 is closed by the tensioned valve closing spring 2 a Accelerated to its central position (upwards), however, moves further due to its inertia and tensions the valve opening spring 2 b, so that the globe valve 1 (and the armature 4 d) are braked thereby. Then, the normally open coil 4a will ei nem appropriate time energized (the current I to the coil 4 a is shown in It- diagram in solid line), whereby this coil 4 captures a the armature 4 d - these are to be the so-called catching process -, and finally holds it in the position shown on the right "lifting valve closed". After the armature 4 d is securely caught by the coil 4 a, this is switched to a lower holding current level in the rest of this (see. It diagram).
Der umgekehrte Übergang von "Hubventil geschlossen" zu "Hubventil offen" geschieht ausgehend von der in Fig. 1 rechtsseitig dargestellten Position analog durch Ausschalten des Stromes I in der Schließer-Spule 4a und zeit versetztes Einschalten des Stromes für die Öffner-Spule 4b. Generell wird dabei für das Bestromen der Spulen 4a, 4b an diese eine ausreichende elektrische Spannung gelegt, während das Abschalten des elektrischen Stromes I durch eine Herabsetzung der elektrischen Spannung auf den Wert "Null" initiiert wird. Die notwendige elektrische Energie für den Betrieb jedes Aktuators 4 wird dabei entweder dem Bordnetz des von der zugehörigen Brennkraftmaschine angetriebenen Fahrzeuges entnommen oder über eine separate, dem Ventiltrieb der Brennkraftmaschine angepaßte Energiever sorgung bereitgestellt. Dabei wird die elektrische Spannung durch die Ener gieversorgung konstant gehalten, und der Spulenstrom I der den Brenn kraftmaschinen-Hubventilen 1 zugeordneten Aktuatoren 4 durch ein Steuer gerät derart gesteuert, daß sich die notwendigen Kräfte für das Öffnen, Schließen und Halten des bzw. der Hubventile 1 in der jeweils gewünschter Position ergeben.The reverse transition from "lift valve closed" to "lift valve open" takes place analogously from the position shown on the right in FIG. 1 by switching off the current I in the make coil 4 a and switching the current for the break coil 4 b at different times . In general, an adequate electrical voltage is applied to the coils 4 a, 4 b while the switching off of the electrical current I is initiated by a reduction in the electrical voltage to the value "zero". The electrical energy required for the operation of each actuator 4 is either taken from the vehicle electrical system of the vehicle driven by the associated internal combustion engine or is provided via a separate energy supply adapted to the valve train of the internal combustion engine. The electrical voltage is kept constant by the energy supply, and the coil current I of the internal combustion engine lift valves 1 associated actuators 4 is controlled by a control device such that the necessary forces for opening, closing and holding the lift valve or valves 1 in the desired position.
Beim soeben erläuterten Stand der Technik wird der Spulenstrom I während des sogenannten Fangvorganges, in welchem eine der beiden Spulen 4a, 4b danach trachtet, den Anker 4d einzufangen, vom genannten Steuergerät bzw. von einer Steuereinheit durch Taktung auf einen konstanten Wert gere gelt, der groß genug ist um den Anker 4d unter allen Bedingungen sicher einzufangen. Nun ist die Kraft der fangenden Elektromagnet-Spule 4a bzw. 4b auf den Anker 4d näherungsweise proportional zum Strom I und umge kehrt proportional zum Abstand zwischen Spule und Anker. Wird nun - wie im bekannten Stand der Technik - ein konstanter Strom I eingestellt, so steigt die auf den Anker 4d einwirkende Magnet-Kraft mit seiner Annäherung an die jeweilige ihn einfangende Spule 4a bzw. 4b umgekehrt proportional zum verbleibenden Spalt, wodurch die Ankerbeschleunigung und Ankerge schwindigkeit ansteigen. Hieraus resultiert eine hohe Auftreffgeschwindigkeit des Ankers 4d auf die jeweilige Elektromagnet-Spule 4a bzw. 4b, was zum einen einen hohen Verschleiß im Aktuator 4, zum anderen aber auch eine hohe Geräuschentwicklung zur Folge hat. Ein weiterer Nachteil sind die bei der kurz beschriebenen getakteten Stromregelung auftretenden Umschalt verluste der Transistoren, die eine erhöhte Leistungsaufnahme und Tempe raturbelastung des verwendeten Steuergerätes sowie eine erhöhte elektro magnetische Abstrahlung in den Zuleitungen der Aktuatoren zur Folge ha ben.In the prior art just explained, the coil current I during the so-called capture process, in which one of the two coils 4 a, 4 b seeks to capture the armature 4 d, is increased to a constant value by the control unit or a control unit by clocking applies that is large enough to safely catch the anchor 4 d under all conditions. Now the force of the catching electromagnetic coil 4 a or 4 b on the armature 4 d is approximately proportional to the current I and vice versa proportional to the distance between the coil and armature. If - as in the known prior art - a constant current I is set, the magnetic force acting on the armature 4 d increases with its approach to the coil 4 a or 4 b capturing it in inverse proportion to the remaining gap, thereby the armature acceleration and armature speed increase. This results in a high impact speed of the armature 4 d on the respective electromagnetic coil 4 a or 4 b, which on the one hand results in high wear in the actuator 4 and on the other hand also results in a high level of noise. Another disadvantage are the switching losses of the transistors that occur in the briefly described clocked current control, which result in increased power consumption and temperature loading of the control unit used and increased electromagnetic radiation in the feed lines of the actuators.
Verbesserungen insbesondere im Hinblick auf die Geräuschentwicklung so wie den Aktuatorverschleiß bringt der aus der eingangs genannten DE 195 30 121 A1 bekannte Stand der Technik. Hierin ist ein Verfahren zur Reduzierung der Auftreffgeschwindigkeit eines Ankers an einem elektroma gnetischen Aktuator vorgeschlagen, wobei mit einer Annäherung des Ankers an die Polfläche der den Anker einfangenden Spule die an dieser anliegende Spannung auf einen vorgebbaren Maximalwert begrenzt (d. h. im wesentli chen reduziert) wird, so daß der durch die Spule fließende Strom während eines Teils der Zeit der Spannungsbegrenzung abfällt. In dieser besagten Schrift ist ferner noch davon die Rede, daß das Ausmaß der Spannungsbe grenzung bzw. Spannungsreduzierung in einem Kennfeld festgelegt sein kann, wobei zu vermuten ist, daß die entsprechenden Werte und insbeson dere auch der jeweilige Zeitpunkt, zu welchem diese Spannungsreduzierung einsetzen soll, auf experimentellem Wege bestimmt werden müssen.Improvements in particular with regard to noise as the actuator wear brings that from the above DE 195 30 121 A1 known prior art. Here is a procedure for Reduction of the speed at which an anchor hits an electroma genetic actuator proposed, with an approach of the armature to the pole face of the coil capturing the armature, the one lying against it Voltage is limited to a predeterminable maximum value (i.e. essentially Chen reduced), so that the current flowing through the coil during part of the time of the voltage limitation drops. In this said Scripture also speaks of the extent of the tension limit or voltage reduction can be defined in a map can, whereby it can be assumed that the corresponding values and in particular the time at which this voltage reduction should begin to be determined experimentally.
Demgegenüber weitere Verbesserungen aufzuzeigen, ist Aufgabe der vor liegenden Erfindung, d. h. es soll ein einfach praktikables und dabei effizien tes Verfahren zur Reduzierung der Auftreffgeschwindigkeit eines Ankers ei nes elektromagnetischen Aktuators nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aufgezeigt werden.In contrast, it is the task of the to show further improvements lying invention, d. H. it is supposed to be simple and practical method for reducing the speed of impact of an anchor nes electromagnetic actuator according to the preamble of claim 1 be shown.
Die Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, daß sich an die Fangphase des Fangvorganges eine Bremsphase anschließt, in welcher bis zum Auftreffen des Ankers auf die Spule an diese eine getaktete elektrische Spannung angelegt wird, wobei die jeweiligen Schalt-Zeitpunkte und das Spannungs-Taktverhältnis von einem Regler anhand einer die Anker- Sollbewegung beschreibenden Solltrajektorie bestimmt werden. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche, dabei wird in ei ner bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vom Regler zusätzlich zum Spannungs-Taktverhältnis auch das Vorzeichen des betragsmäßig kon stanten Spannungswertes bestimmt, d. h. es wird getaktet entweder ein posi tiver oder ein negativer Spannungswert oder der Spannungswert "Null" an die den Anker einfangende Spule angelegt. The solution to this problem is characterized in that the Catch phase of the catching process is followed by a braking phase in which to to hit the armature on the coil to this a clocked electrical Voltage is applied, the respective switching times and Voltage-pulse ratio of a controller based on an the armature Desired target descriptive movement can be determined. Beneficial Training and further education are the content of the subclaims ner preferred embodiment of the invention from the controller in addition to Voltage-clock ratio also the sign of the amount con constant voltage value is determined, d. H. either a posi is clocked tive or a negative voltage value or the voltage value "zero" the coil capturing the anchor.
Allgemein wird nach der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen, die be kannte Stromregelung oder die ebenfalls bekannte (empirisch festzulegen de) Spannungsreduzierung während des Fangvorganges durch eine Rege lung zu ersetzen, welche während der sog. Bremsphase des Fangvorganges kurz vor einem Auftreffen des Ankers auf der ihn einfangenden Magnetspule an diese Spule geregelt elektrische Spannung anlegt, und zwar getaktet, wobei die jeweiligen Schalt-Zeitpunkte für das Abschalten und Zuschalten der elektrischen Spannung (sowie ggf. zusätzlich deren Vorzeichen) anhand einer die Anker-Sollbewegung beschreibenden Solltrajektorie bestimmt wer den.It is generally proposed according to the present invention that be known current regulation or the also known (to be determined empirically de) voltage reduction during the catching process by a rain lung to replace, which during the so-called braking phase of the catching process shortly before the armature hits the magnet coil catching it electrical voltage is applied to this coil in a controlled manner, namely clocked, the respective switching times for switching off and switching on the electrical voltage (and possibly also its sign) based on a target trajectory describing the anchor target movement determines who the.
Der Begriff "Trajektorie" ist dem Fachmann für Regelungstechnik bekannt und beschreibt eine Bahnkurve eines mittels eines Reglers gesteuert zu be wegenden Objektes in einem Zustandsraum, im vorliegenden Fall also die Bahnkurve des Ankers zwischen den beiden Elektromagnetspulen. Bevor zugt enthält dabei diese Soll-Trajektorie über bzw. in Abhängigkeit von der Zeit (wie üblich mit "t" bezeichnet) Werte für die Position des Ankers (im fol genden auch als "Wegkordinate" bezeichnet), für dessen Geschwindigkeit und für die Beschleunigung des Ankers, d. h. es handelt es sich quasi um eine einfache Wertetabelle, die entweder fix in einem geeigneten Steuerge rät abgelegt sein kann oder in Abhängigkeit von aktuellen Randbedingungen auf später noch näher erläuterte Weise jeweils individuell berechnet werden kann. Dabei hat sich sowohl durch Versuche als auch durch Berechnungen gezeigt, daß es ausreicht, eine derartige Soll-Trajektorie für die Regelung nur in der genannten Bremsphase vorzusehen, da sich zum Zeitpunkt der Aktivierung der Regelung der sich noch in der Fangphase bewegende Anker stets in einem derartigen Zustand befindet, in welchem dessen Position (d. h. die Wegkoordinate), dessen Geschwindigkeit sowie die Beschleunigung des Ankers in einem im wesentlichen konstanten Verhältnis zueinander stehen (zumindest im Rahmen der für den beschriebenen Anwendungsfall gefor derten Bedingungen).The term "trajectory" is known to the person skilled in control engineering and describes a trajectory to be controlled by a controller moving object in a state space, in this case the Path curve of the armature between the two electromagnetic coils. Before Zug contains this target trajectory above or depending on the Time (as usual with "t") Values for the position of the anchor (in the fol also referred to as "path coordinate") for its speed and for the acceleration of the anchor, d. H. it is quasi a simple table of values that either fix in a suitable tax area advises can be filed or depending on current boundary conditions can be individually calculated in a manner explained in more detail later can. It has proven both through experimentation and through calculations shown that it is sufficient to set such a target trajectory for the control to be provided only in the braking phase mentioned, since at the time of the Activation of the control of the anchor that is still moving in the catching phase is always in such a state in which its position (i.e. the path coordinate), its speed and the acceleration of the Anchor are in a substantially constant relationship to each other (at least in the context of the gefor conditions).
In Fig. 2 ist das entsprechende Regelungskonzept als Blockschaltbild dar gestellt, wobei der Regler die Bezugsziffer 10 trägt, und die Regelung an hand der Signale einer die Anker-Sollbewegung beschreibenden Solltrajekt orie 20 erfolgt, und wobei der Regler 10 ferner Signale eines der Solltrajekto rie 20 nebengeordneten Beobachters 11 verarbeitet. Die Ausgangsgröße des Regelungskonzeptes bzw. des Reglers 10 ist die an der jeweils den An ker 4d (vgl. hierzu Fig. 1) einfangenden Spule 4a bzw. 4b angelegte bzw. anliegende elektrische Spannung U. Diese Spannung U hat bevorzugt einen betragsmäßig konstanten Wert und wird vom Regler 10 zeitlich getaktet an die jeweilige Spule 4a bzw. 4b angelegt, wobei der Regler 10 weiterhin das Vorzeichen der elektrischen Spannung bestimmen kann, d. h. es wird getak tet entweder ein positiver oder ein negativer Spannungswert oder der Span nungswert "Null" an die den Anker 4d einfangende Spule 4a oder 4b ange legt.In Fig. 2 the corresponding control concept as a block diagram is provided, wherein the controller transmits the reference numeral 10, and the control on hand of the signals of the armature target motion described Solltrajekt orie 20 takes place, and wherein the controller rie 10 also signals of one of Solltrajekto 20 secondary observers 11 processed. The output of the control concept and the regulator 10 is applied to the each the on ker 4 d (see FIG. Thereto Fig. 1) capturing coil 4 a and 4 b respectively applied electrical voltage U. The voltage U preferably has a magnitude constant value and is applied clocked by the controller 10 to the respective coil 4 a or 4 b, wherein the controller 10 can still determine the sign of the electrical voltage, ie it is clocked either a positive or a negative voltage value or the voltage value "Zero" to the armature 4 d catching coil 4 a or 4 b is placed.
Dabei ist die dem Hubverlauf des Hubventiles 1 bzw. Ankers 4d entspre chende Position des Ankers 4d zwischen den Spulen 4a, 4b durch die Weg koordinate z - diese wird auf geeignete Weise gemessen - eine Eingangs größe des hier beschriebenen Regelungskonzeptes, welche vom Beobach ter 11 weiter verarbeitet wird. Der Einfachheit halber wird dabei im folgenden die Position des Ankers direkt mit "z" bezeichnet, ohne den erklärenden Be griff "Wegkoordinate" zu verwenden.The stroke of the lift valve 1 or armature 4 d corresponding position of the armature 4 d between the coils 4 a, 4 b by the path coordinate z - this is measured in a suitable manner - an input variable of the control concept described here, which is processed further by the observer 11 . For the sake of simplicity, the position of the armature is referred to directly with “z” in the following, without using the explanatory term “path coordinate”.
Aus dieser Wegkoordinate bzw. Anker-Position z ist im übrigen durch einma lige bzw. zweimalige Ableitung über der Zeit t die Bewegungsgeschwindig keit des Ankers sowie die Anker-Beschleunigung schätzbar bzw. ermit telbar. Der Wert z sowie die daraus abgeleiteten Größen , werden dabei vom Beobachter 11 ermittelt und als sog. Schätzwerte 21 dem Regler 10 mitgeteilt. Im übrigen ist eine weitere Eingangsgröße des hier beschriebenen Rege lungskonzeptes, die vom Beobachter 11 bei der Ermittlung der Schätzwerte 21 verarbeitet wird, der in den jeweiligen Spulen 4a, 4b (vgl. Fig. 1) ermittelte Stromfluß I (und zwar als Folge der angelegten Spannung U).From this path coordinate or anchor position z, the movement speed of the armature and the armature acceleration can be estimated or ascertained by one or two derivations over time t. The value z and the quantities derived therefrom are determined by the observer 11 and communicated to the controller 10 as so-called estimated values 21 . Incidentally, a further input variable of the control concept described here, which is processed by the observer 11 when determining the estimated values 21 , is the current flow I determined in the respective coils 4 a, 4 b (cf. FIG. 1) (as a result the applied voltage U).
Die im folgenden erläuterte Figurenfolge 3a, 3b, 3c, 3d zeigt die einzelnen Phasen der erfindungsgemäßen Regelung während der Fangvorganges des Ankers 4d durch eine der beiden Spulen 4a, 4b bei einem System nach Fig. 1:The sequence of figures 3 a, 3 b, 3 c, 3 d explained below shows the individual phases of the control according to the invention during the catching process of the armature 4 d by one of the two coils 4 a, 4 b in a system according to FIG. 1:
Jeweils über der Zeit t ist dabei im oberen Diagramm (Fig. 3a) die an die den Anker einfangende Elektromagnet-Spule angelegte elektrische Spannung U aufgetragen, während im zweiten Diagramm (Fig. 3b) die zugehörige Wegko ordinate z des Ankers 4d (d. h. die Ankerposition z, die Werte zwischen z = 0 und z = zmax annimmt) dargestellt ist. In Fig. 3a sind dabei die einzelnen erfin dungsgemäßen Phasen, nämlich die Fangphase FP, die Bremsphase BP und die nach dem Auftreffen des Ankers auf der Spule folgende Haltephase HP gekennzeichnet.In each case over time t, the voltage U applied to the electromagnetic coil capturing the armature is plotted in the upper diagram ( FIG. 3a), while in the second diagram ( FIG. 3b) the associated path coordinate z of the armature 4 d (ie the anchor position z, which takes values between z = 0 and z = z max ) is shown. In Fig. 3a, the individual phases according to the invention, namely the catching phase FP, the braking phase BP and the holding phase HP following after the armature strikes the coil are identified.
Was nun den Start der Fangphase FP zum Zeitpunkt t1 betrifft, zu welchem die den Anker einfangende Spule mit elektrischer Spannung U beaufschlagt wird, so kann dieser Einschaltzeitpunkt t1 grundsätzlich innerhalb gewisser Grenzen frei gewählt werden; es muß hierbei lediglich sichergestellt sein, daß der Anker 4d überhaupt noch eingefangen werden kann. Der Einfach heit halber wird hier vorgeschlagen, daß die Spannung U dann eingeschaltet wird, wenn die Ankerposition z einen bestimmten wählbaren Schwellwert überschreitet. Grundsätzlich kann dieser Schwellwert auch variabel sein, wodurch zusätzliche Randbedingungen wie z. B. unterschiedliche auf das zu bewegende Hubventil 1 einwirkende äußere Kräfte (wie insbesondere Gas kräfte) in unterschiedlichen Betriebspunkten der Brennkraftmaschine berück sichtigt werden können.As far as the start of the catching phase FP at time t 1 is concerned, at which the coil catching the armature is supplied with electrical voltage U, this switch-on time t 1 can in principle be freely selected within certain limits; it only has to be ensured that the anchor 4 d can still be captured at all. For the sake of simplicity, it is proposed here that the voltage U is switched on when the armature position z exceeds a certain selectable threshold value. In principle, this threshold value can also be variable, which means that additional boundary conditions such. Example, different to the force acting to lift valve 1 moving external forces (such as in particular gas forces) can be taken into into account in different operating points of the internal combustion engine.
Erfindungsgemäß und wie in Fig. 3a dargestellt unterteilt der Regler 10 den
gesamten Fangvorgang des Ankers 4d in zwei Phasen, nämlich:
According to the invention and as shown in FIG. 3a, the controller 10 divides the entire catching process of the armature 4 d into two phases, namely:
- - erstens eine Fangphase FP, und- firstly, a catch phase FP, and
- - zweitens eine sich daran anschließende Bremsphase BP.- secondly, a subsequent braking phase BP.
An die letzgenannte schließt sich (nach dem Auftreffen des Ankers 4d auf der jeweiligen Spule 4a bzw. 4b) als drittes die übliche Haltephase HP an, in welcher der Anker 4d, nachdem er sicher auf die jeweilige Elektromagnet- Spule 4a bzw. 4b aufgetroffen ist, an dieser gehalten wird. Hierzu wird auf Haltestromregelung umgeschaltet, was wie dargestellt durch eine getaktete Beaufschlagung der jeweiligen Spule 4a, 4b mit der (gleichwertigen) elektri schen Spannung U erfolgt.The latter is followed (after the armature 4 d strikes the respective coil 4 a or 4 b) as the third, the usual holding phase HP, in which the armature 4 d, after it has safely hit the respective electromagnetic coil 4 a or 4 b is met, is held on this. For this purpose, a switch is made to holding current control, which, as shown, is effected by a clocked application of the respective coil 4 a, 4 b with the (equivalent) electrical voltage U.
Zurückkommend zur erfindungswesentlichen Bremsphase BP wird in dieser nach der bekannten Fangphase FP zum Zeitpunkt t2 zunächst die Span nungsversorgung der jeweiligen, den Anker 4d einfangende Spule 4a bzw. 4b unterbrochen, wodurch diese Bremsphase BP gestartet wird, in welcher dann die betragsmäßig konstante elektrische Spannung U getaktet und be vorzugt vorzeichenvariabel an die betreffende Spule 4a, 4b angelegt (und somit ein Stromfluß I initiiert) wird. Die jeweiligen Zeitpunkte für das Ab schalten und Zuschalten der betragsmäßig konstanten Spannung U (d. h. das sog. Spannungs-Taktverhältnis) sowie hier zusätzlich das Vorzeichen der Spannung U (d. h. die Auswahl zwischen einem negativen oder einem positiven Spannungswert) werden dabei vom Regler 10 bestimmt.Returning to the braking phase BP that is essential to the invention, in this after the known catching phase FP at time t 2 , the voltage supply to the respective armature 4 d catching coil 4 a or 4 b is interrupted, whereby this braking phase BP is started, in which the amount constant electrical voltage U clocked and preferably signed variable to the coil 4 a, 4 b in question (and thus a current flow I initiated). The respective points in time for switching off and switching on the voltage U, which is constant in terms of amount (ie the so-called voltage-pulse ratio), and in addition the sign of the voltage U (ie the choice between a negative or a positive voltage value) are determined by the controller 10 .
Die Funktion des Reglers 10 läßt sich nun wie folgt beschreiben:
Zur Erzielung einer gewünschten Reduktion seiner Auftreffgeschwindigkeit
auf der jeweiligen ihn einfangenden Spule 4a bzw. 4b muß der Anker 4d
(vgl. Fig. 1) bereits in seiner Flugphase, d. h. vor dem eigentlichen Auftreffen,
geregelt abgebremst werden, und zwar in der sog. Bremsphase BP. Aller
dings sollte diese Bremsphase BP die Öffnungs- und Schließzeit des vom
Aktuator 4 betätigen Brennkraftmaschinen-Hubventiles 1 nicht mehr als nötig
verlängern.The function of the controller 10 can now be described as follows:
In order to achieve a desired reduction in its impact speed on the coil 4 a or 4 b catching it, the armature 4 d (cf. FIG. 1) must be braked in a controlled manner already in its flight phase, ie before the actual impact, namely in the so-called braking phase BP. However, this braking phase BP should not extend the opening and closing times of the internal combustion engine lift valve 1 actuated by the actuator 4 more than necessary.
Für den Entwurf eines diesen Anforderungen gerecht werdenden Reglers 10 sind nun geeignete Zustandsgrößen für die Ankerbewegung auszuwählen. Bevorzugt wird hier neben der Ankerposition z und der Anker- Geschwindigkeit , die durch sich grundsätzlich durch zeitliche Differenzie rung der Ankerposition z ermitteln läßt, die Ankerbeschleunigung als dritte Zustandsgröße gewählt, da sie als direkte Ableitung der Ankergeschwindig keit ebenfalls eine leicht interpretierbare Größe darstellt. Prinzipiell kann die Regelung aber auch mit anderen Zustandsgrößen aufgebaut werden.Suitable state variables for the armature movement must now be selected for the design of a controller 10 that meets these requirements. In addition to the armature position z and the armature speed, which can basically be determined by temporal differentiation of the armature position z, the armature acceleration is preferably selected as the third state variable, since it also represents an easily interpretable quantity as a direct derivative of the armature speed. In principle, the control can also be set up with other state variables.
Während der Bremsphase BP kann nun der Regler 10 zur Ausführung seiner gewünschten Funktion, nämlich den Anker 4d möglichst weich und ruckfrei auf der jeweiligen ihn einfangenden Elektromagnet-Spule 4a, 4b aufsetzen zu lassen, auf eine sogenannte Solltrajektorie 20 zurückgreifen, welche in Ab hängigkeit von der Zeit t miteinander korrelierende Werte für die Position z, die Geschwindigkeit , sowie die Beschleunigung des Ankers 4d enthält. Bei dieser Solltrajektorie 20 handelt es sich somit um nichts anderes als um eine Wertetabelle von Soll-Werten, die in Fig. 2 vereinfacht dargestellt ist.During the braking phase BP, the controller 10 can now use a so-called target trajectory 20 to perform its desired function, namely to anchor the armature 4 d as softly and smoothly as possible on the respective electromagnetic coil 4 a, 4 b that traps it Depending on the time t, correlating values for the position z, the speed and the acceleration of the armature 4 d are included. This target trajectory 20 is therefore nothing more than a value table of target values, which is shown in simplified form in FIG. 2.
Falls nun bei Betrieb des elektromagnetischen Aktuators 4 die tatsächlichen Ist-Werte für die Position z, die Geschwindigkeit z, sowie die Beschleuni gung z des Ankers 4d zu stark von den Soll-Werten abweichen, so korrigiert dies der Regler 10 durch geeignetes Zu- oder Abschalten der Spannung U (inklusive einer ggf. erforderlichen Variation von deren Vorzeichen). Die de taillierte Auslegung des Reglers 10 kann dabei durch verschiedene Verfah ren der linearen und nichtlinearen Regelungstheorie erfolgen und soll hier nicht näher behandelt werden.If, during operation of the electromagnetic actuator 4, the actual actual values for the position z, the speed z, and the acceleration z of the armature 4 d deviate too greatly from the target values, the controller 10 corrects this by suitably adding or switching off the voltage U (including any necessary variation of its sign). The detailed design of the controller 10 can be done by various procedural ren of the linear and non-linear control theory and will not be dealt with here.
Was nun die Ermittlung dieser Wertetabelle bzw. der Solltrajektorie 20 be trifft, so wird vorgeschlagen, diese unter anderem aus der Randbedingung, daß die Beschleunigung des Ankers 4d zum Zeitpunkt des Auftreffens auf der jeweiligen Elektromagnet-Spule 4a bzw. 4b den Wert "Null" haben soll, zu berechnen. In anderen Worten ausgedrückt bedeutet dies, daß der Anker 4d ruckfrei auf die Spule 4a bzw. 4b auftrifft. Weitere Randbedingen sind selbstverständlich die definierte Position des Ankers 4d beim Auftreffen (nämlich z = zmax), sowie der dann geltende Wert der Anker-Geschwindigkeit = 0 (Null).What now determines the determination of this value table or the target trajectory 20 be, it is proposed, among other things, from the boundary condition that the acceleration of the armature 4 d at the time of impact with the respective electromagnetic coil 4 a or 4 b the value Should have "zero" to calculate. In other words, this means that the armature 4 d hits the coil 4 a or 4 b without jerking. Further boundary conditions are of course the defined position of the armature 4 d when it hits (namely z = z max ) and the then valid value of the armature speed = 0 (zero).
Für die weiteren Erläuterungen wird nun auf Fig. 3b, 3c, 3d verwiesen. Hier sind abermals über der Zeit t die Position z (Fig. 3b), die (gewünschte) Anker-Geschwindigkeit (Fig. 3c), sowie die (gewünschte) Anker-Beschleu nigung (Fig. 3d) jeweils in der Endphase der Ankerbewegung, d. h. vor dem Auftreffens des Ankers 4d auf der ihn einfangenden Spule 4a bzw. 4b auf getragen. Dargestellt ist dabei im wesentlichen der Zeitraum zwischen t2 (dies ist der Endpunkt der Fangphase FP, zu welchem die Konstant- Spannung abgeschaltet und der eigentliche Regelvorgang gestartet wird) und dem Aufsetzzeitpunkt t4, d. h. dargestellt ist im wesentlichen die Brems phase BP.For further explanations, reference is now made to FIGS . 3b, 3c, 3d. Again, the position z ( FIG. 3b), the (desired) anchor speed ( FIG. 3c), and the (desired) anchor acceleration ( FIG. 3d) are in the final phase of the anchor movement over time t, ie before the impingement of the armature 4 d on the coil 4 a or 4 b catching it. This essentially shows the time period between t 2 (this is the end point of the catching phase FP, at which the constant voltage is switched off and the actual control process is started) and the touchdown time t 4 , ie essentially the braking phase BP is shown.
Linksseitig von t2 liegt somit die Fangphase FP, in welcher sich der Anker 4d auf die ihn einfangende Spule zubewegt, wobei - wie ersichtlich - die Be schleunigung in dieser Fangphase FP nicht nur abnimmt, sondern sogar bereits negative Werte annimmt, da mit dieser Annäherungsbewegung bspw. an die Spule 4a die zugehörige Rückstellfeder 2b (vgl. Fig. 1) gespannt wird, d. h. der Anker 4d wird in seiner Fluggeschwindigkeit z durch diese Rückstellfeder 2b bereits abgebremst.To the left of t 2 is therefore the capture phase FP, in which the armature 4 d moves toward the coil capturing it, whereby - as can be seen - the acceleration in this capture phase FP not only decreases, but even assumes negative values, since with this Approaching movement, for example, the associated return spring 2 b (cf. FIG. 1) is tensioned on the coil 4 a, ie the armature 4 d is already braked in its flight speed z by this return spring 2 b.
Zum Zeitpunkt t2 setzt nun der eigentliche Regelungsvorgang ein, d. h. die Bremsphase BP wird gestartet. Diese Bremsphase BP soll nun durch den Regler 10 in idealer Weise derart gestalten werden, daß ein sanftes Aufset zen des Ankers 4d auf der Spule 4a (bzw. 4b) erfolgt, d. h. im Aufsetzzeit punkt t4 muß die Beschleunigung z wieder vom Wert ,,Null" sein.The actual control process begins at time t 2 , ie the braking phase BP is started. This braking phase BP should now be designed in an ideal manner by the controller 10 such that the armature 4 d is gently placed on the coil 4 a (or 4 b), that is to say at the point of placement t 4 , the acceleration z must again be of value Be "zero".
Wie das -t-Diagramm von Fig. 3d zeigt, läßt sich dieser ideale und somit
gewünschte Beschleunigungsverlauf zwischen einem Zeitpunkt t3 (dieser
liegt später als t2) und dem Aufsetzzeitpunkt t4 sehr gut durch eine Gerade
und zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 durch eine Parabel annähern.
Für t3 < t4 gelten daher die folgenden Zusammenhänge:
As the -t diagram of FIG. 3d shows, this ideal and thus desired acceleration curve between a point in time t 3 (this is later than t 2 ) and the touchdown point in time t 4 can be very well represented by a straight line and between the points in time t 2 and approximate t 3 with a parabola. The following relationships therefore apply to t 3 <t 4 :
(t) = j.(t4-t)
(t) = j/2.(t4-t)2
z(t) = j/6.(t4-t)3+ze
(t) = j. (t 4 -t)
(t) = j / 2. (t 4 -t) 2
z (t) = j / 6. (t 4 -t) 3 + z e
Die Formeln für (t) und für z(t) ergeben sich dabei aus einer zeitlichen Inte gration der Beschleunigung (t) unter Berücksichtigung der relevanten Randbedingungen, wobei "j" eine Konstante ist.The formulas for (t) and for z (t) result from an integer in time acceleration (t) considering the relevant Boundary conditions, where "j" is a constant.
Weiterhin werden für t2 < t < t3 die folgenden Zusammenhänge angesetzt:
The following relationships are also used for t 2 <t <t 3 :
(t) = α0 + α1.t + α2.t2
(t) = 0 + α0.t + α1/2.t2 + α2/3.t3
z(t) = z0 + 0.t + α0/2.t2 + α1/6.t3 + α2/12.t4
(t) = α 0 + α 1 .t + α 2 .t 2
(t) = 0 + α 0 .t + α 1 /2.t 2 + α 2 /3.t 3
z (t) = z 0 + 0 .t + α 0 /2.t 2 + α 1 /6.t 3 + α 2 /12.t 4
Die Konstanten z0, 0, α0, α1 und α2 sind dabei aus den Stetigkeitsbedingun gen für , und z zum Zeitpunkt t3 zu bestimmen, wobei zwei von diesen Konstanten frei gewählt werden können. Bevorzugt können die Werte für α0 sowie die Lage des Scheitelpunktes der besagten Parabel (beim Zeitpunkt ts) innerhalb gewisser Grenzen beliebig gewählt werden.The constants z 0 , 0 , α 0 , α 1 and α 2 are to be determined from the continuity conditions for and z at time t 3 , two of these constants being freely selectable. The values for α 0 and the position of the vertex of said parabola (at time t s ) can preferably be chosen as desired within certain limits.
Dabei sei ausdrücklich darauf hingewiesen, daß es nicht unbedingt erforder lich ist, die besagte Solltrajektorie so wie hier durch jeweils ein Stück einer Geraden sowie einer Parabel darzustellen. Genausogut können andere ma thematisch-geometrische Funktionen, wie bspw. Polynome, eine Sinusfunk tion oder ähnliches verwendet werden.It is expressly pointed out that it is not absolutely necessary is, said target trajectory as here by a piece of one To represent straight lines and a parabola. Other ma thematic-geometric functions, such as polynomials, a sine radio tion or the like can be used.
Wie sich aus der bisherigen Beschreibung ergibt, benötigt der Regler 10 für die Durchführung seiner Funktion drei Zustandsgrößen und zwar bevorzugt die Anker-Position z, die Bewegungsgeschwindigkeit des Ankers 4d sowie die Anker-Beschleunigung . Grundsätzlich ist es möglich, diese Zustands größen über geeignete Sensoren zu messen. Um jedoch Sensoren einzu sparen oder kostspielige Sensoren durch kostengünstige Sensoren zu erset zen, können zumindest zwei dieser Zustandsgrößen auch durch einen sog. Beobachter 11 rekonstruiert werden, der in Zusammenhang mit Fig. 2 bereits kurz angesprochen wurde.As can be seen from the description so far, the controller 10 requires three state variables for the execution of its function, preferably the armature position z, the movement speed of the armature 4 d and the armature acceleration. In principle, it is possible to measure these state variables using suitable sensors. However, in order to save sensors or to replace expensive sensors with inexpensive sensors, at least two of these state variables can also be reconstructed by a so-called observer 11 , who has already been briefly mentioned in connection with FIG. 2.
In diesem Beobachter 11 ist dem Aktuator 4 ein Aktuatormodell parallel ge
schaltet, das mit einer für den Aktuator 4 wesentlichen Ist-Größe, nämlich mit
der Größe des in der jeweilige Spule 4a, 4b festgestellten Stromflusses I ge
speist wird. In diesem Beobachter 11 kann die auf dieser Basis geschätzte
Ankerposition mit der tatsächlichen gemessenen und dem Beobachter 11
zusätzlich als Eingangsgröße übermittelten Ankerposition z verglichen wer
den, und die Differenz hieraus kann dann über eine Korrekturfunktion auf die
Größen bzw. sog. Zustandsgrößen des Aktuatormodells zurückgekoppelt
werden. Bei einem Modellfehler oder bei einer fehlerhafter Schätzung der
Anfangszustände gleicht der Beobachter 11 aufgrund der darin enthaltenen
Korrekturfunktion die geschätzten Werte für (hier) die Anker-Position z, die
Bewegungsgeschwindigkeit des Ankers 4d sowie die Anker-Beschleu
nigung den tatsächlichen Werten hierfür an. (Dabei sei nochmals darauf
hingewiesen, daß abweichend von der vorliegenden Erläuterung alternativ
zu den genannten Werten z, , auch andere geeignete Größen bzw. Zu
standsgrößen zur Charakterisierung des Aktuatorzustandes herangezogen
werden können.)
Die Auslegung der soeben genannten Korrekturfunktion kann dabei durch
verschiedene Verfahren der linearen oder nichtlinearen Regelungstheorie
erfolgen und soll hier nicht näher behandelt werden.In this observer 11 , the actuator 4 is connected in parallel with an actuator model which is fed with an actual size which is essential for the actuator 4 , namely with the size of the current flow I ge detected in the respective coil 4 a, 4 b. In this observer 11 , the armature position estimated on this basis can be compared to the actual measured armature position z and additionally transmitted to the observer 11 as an input variable, and the difference from this can then be fed back to the variables or so-called state variables of the actuator model via a correction function . In the event of a model error or an incorrect estimate of the initial states, the observer 11, on the basis of the correction function contained therein, adjusts the estimated values for (here) the anchor position z, the movement speed of the anchor 4 d and the anchor acceleration to the actual values therefor. (It should be pointed out again that, in deviation from the present explanation, as an alternative to the values z, mentioned, other suitable variables or state variables can also be used to characterize the actuator state.)
The correction function just mentioned can be designed by various methods of linear or non-linear control theory and will not be dealt with in more detail here.
Abschließend seien die signifikanten Vorteile des erfindungsgemäßen Ver
fahrens, resultierend aus der Verwendung des auf eine Solltrajektorie zu
rückgreifenden Reglers 10, zusammengestellt:
Die vorgeschlagene vollständige Zustandsrückführung ermöglicht prinzipiell
die Darstellung beliebig niedriger Auftreffgeschwindigkeiten des Ankers 4d
auf der jeweiligen Elektromagnet-Spule 4a bzw. 4b.Finally, the significant advantages of the method according to the invention, resulting from the use of the controller 10 to be used on a target trajectory, are summarized:
In principle, the proposed complete state feedback enables the representation of arbitrarily low impingement speeds of the armature 4 d on the respective electromagnetic coil 4 a or 4 b.
Insbesondere ist es möglich, daß der Anker 4d ruckfrei (d. h. mit einer Be schleunigung z vom Wert "Null" auf die jeweilige Spule auftrifft, so daß die Geräuschbildung durch dieses Auftreffen im Zeitpunkt t4 minimiert wird. Durch die vorab oder in einer geeigneten Steuerelektronik im Hintergrund berechnete Solltrajektorie wird der Echtzeit-Rechenaufwand während des eigentlichen Regelungsvorganges gering gehalten.In particular, it is possible for the armature 4 d to strike the respective coil without jerk (ie with an acceleration z of the value "zero"), so that the noise formation is minimized by this impact at the time t 4 Control electronics in the background calculated target trajectory, the real-time computing effort is kept low during the actual control process.
Dabei erlaubt die Berechnung der Solltrajektorie beim genannten bevorzug ten Anwendungsfall eine Adaption während des Betriebs der Brennkraftma schine, und zwar in Abhängigkeit von deren aktuellem Betriebszustand, wie bspw. Drehzahl Lastmoment, Temperatur, Verschleiß und mehr.Here, the calculation of the target trajectory allows for the preferred adaption during the operation of the internal combustion engine machine, depending on their current operating status, such as e.g. speed load torque, temperature, wear and more.
Ferner wird das Problem der Messung aller benötigten Größen durch den Einsatz des Beobachters 11 basierend auf den Meßgrößen Ventilhub bzw. Ankerposition z und Spulenstrom I gelöst. Furthermore, the problem of measuring all the required quantities is solved by using the observer 11 based on the measured quantities valve lift or armature position z and coil current I.
Dabei sei abschließend noch darauf hingewiesen, daß eine Vielzahl von Details durchaus abweichend vom beschriebenen Ausführungsbeispiel ge staltet sein können, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlassen.Finally, it should be pointed out that a large number of Details quite different from the described embodiment ge can be designed without leaving the content of the claims.
11
Hubventil
Lift valve
22nd
a Ventilschließfeder = (erste) Rückstellfeder
a valve closing spring = (first) return spring
22nd
b Ventilöffnungsfeder = (zweite) Rückstellfeder
b Valve opening spring = (second) return spring
33rd
Ventilspielausgleichselement
Valve clearance compensation element
44th
Aktuator
Actuator
44th
a Elektromagnet-Spule = Schließer-Spule
a Electromagnetic coil = normally open coil
44th
b Elektromagnet-Spule = Öffner-Spule
b Electromagnetic coil = normally closed coil
44th
c Stößelstange
c Push rod
44th
d Anker
d anchor
1010th
Regler
Regulator
1111
Beobachter
observer
2020th
Solltrajektorie
Target trajectory
2121
Beobachter
BP Bremsphase
FP Fangphase
HP Haltephase
I Stromfluß in observer
BP braking phase
FP catch phase
HP hold phase
I current flow in
44th
a, a,
44th
b
U elektrische Spannung an b
U electrical voltage on
44th
a, a,
44th
b
t Zeit
t1 b
t time
t 1
Anfangszeitpunkt der Fangphase FP
t2 FP start phase
t 2
Endzeitpunkt der Fangphase = Anfangszeitpunkt der Bremsphase BP
t4 End time of the catching phase = start time of the braking phase BP
t 4
Aufsetzzeitpunkt des Ankers auf der Spule
z Position des Ankers The anchor is placed on the coil
z position of the anchor
44th
d = Wegkoordinate der Anker-Position
Bewegungsgeschwindigkeit des Ankers d = path coordinate of the anchor position
Movement speed of the anchor
44th
d
Ankerbeschleunigung
d
Anchor acceleration
Claims (5)
Priority Applications (7)
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