DE19960796B4

DE19960796B4 - Elektromagnetisch betätigbare Ventilsteuervorrichtung und Verfahren zum Steuern eines elektromagnetisch betätigbaren Ventils

Info

Publication number: DE19960796B4
Application number: DE1999160796
Authority: DE
Inventors: Taketoshi Yokohama Kawabe; Kouichiro Kamakura Yonekura; Ikuhiro Zushi Taniguchi
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1998-12-17
Filing date: 1999-12-16
Publication date: 2004-02-05
Anticipated expiration: 2019-12-17
Also published as: US6427971B1; DE19960796C5; DE19960796A1

Abstract

Elektromagnetisch betätigbare Ventilsteuervorrichtung, insbesondere für eine Brennkraftmaschine, mit einer Steuereinheit zum Ansteuern zumindest eines Elek-tromagneten, einem Ventil, das zusammen mit einem Ankerelement ein Bewegungspaar bildet, welches von dem Elektromagneten betätigt wird, und einem Ventilhubsensor, der eine Hubposition der Bewegungspaares erfaßt, gekennzeichnet durch
einen Ventilgeschwindigkeitssensor (2), der eine Ist-Geschwindigkeit des Bewegungspaares (54,57) erfaßt,
eine Berechnungseinheit (5), die eine Soll-Geschwindigkeit aufgrund der erfaßten Hubposition ermittelt,
eine Vergleichseinheit (4),die die Soll-Geschwindigkeit mit der Ist-Geschwindigkeit vergleicht, und
dadurch, daß die Steuereinheit (9,10) den zumindest einen Elektromagneten (11,12) aufgrund des Vergleichsergebnisses zwischen Soll- und Ist-Geschwindigkeit des Bewegungspaares (54,57) ansteuert, wodurch das Bewegungspaar (54,57) beschleunigt oder abgebremst wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektromagnetisch betätigbare Ventilsteuervorrichtung, insbesondere für eine Brennkraftmaschine, mit einer Steuereinheit zum Ansteuern zumindest eines Elektromagneten, einem Ventil, das zusammen mit einem Ankerelement ein Bewegungspaar bildet, welches von dem Elektromagneten betätigt wird, und einem Ventilhubsensor, der eine Hubposition der Bewegungspaares erfasst.
Schließlich betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Steuern eines elektromagnetisch betätigbaren Ventils, insbesondere für eine Brennkraftmaschine.
Daneben betrifft die Erfindung elektromagnetisch betätigbare Ventilsteuervorrichtung, insbesondere für eine Brennkraftmaschine, mit zumindest einem ersten Elektromagneten, der ein Ankerelement, durch das ein Ventil betätigt wird, in eine Ventilöffnungsrichtung bewegt, einem Ventilhubsensor, der die aktuelle Stellung des Ventils erfaßt und einer Steuereinheit zur Ansteuerung des Elektromagneten.

Zur Steuerung von Einlaß- und Auslaßventilen von Verbrennungsmotoren sind elektromagnetische Betätigungseinrichtungen bekannt und werden auch als ein Ersatz für konventionelle Betätigungseinrichtungen mit Nocken verwendet. Aufgrund der Eigenschaften solcher elektromagnetischer Betätigungseinrichtungen kann der Öffnungs-/Schließzeitraum der Ventile genau und leicht gesteuert werden. Daher bringt die Anwendung solcher Einrichtungen im Motor merkliche Verbesserungen, sowohl hinsichtlich der Motorleistung als auch der Kraftstoffersparnis. Jedoch neigen diese Einrichtungen zur Erzeugung dazu nicht vernachlässigbarer Geräusche, die durch die Kollision eines Ankers einer solchen Betätigungseinrichtung gegen Elektromagnete derselben hervorgerufen werden. Zum Reduzieren oder Minimieren solcher Geräusche wurden verschiedene Versuche unternommen, von denen einige in den offengelegten japanischen Patentanmeldungen JP 10-205314 A und JP 10-220622 A beschrieben sind. Für solch eine Geräuschreduktion schlagen diese Veröffentlichungen eine einzigartige Form der Elektromagnete und das Vermeiden der Kollision zwischen dem Anker und jedem Elektromagneten durch Erzeugen einer größeren magnetischen Kraft während eines bestimmten Zeitraums vor.

Daneben ist eine Ventilsteuervorrichtung der eingangs genannten Art beispielsweise aus der ist aus der US 4,957,074 bekannt. Diese Druckschrift zeigt eine elektrische Ventilkontrollvorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einem Einlassventil 10, einem Ventilhubsensor 28 und einem mittels eines Magnetventils gesteuerten Ventilsystems 16 zum Öffnen dieses Ventils. Weiterhin umfasst dieses System 16 ein Magnetventil 18, das ein- bzw. ausgeschalten wird, um somit Hub- und Ansteuerungszeit des Einlassventils 10 zu beeinflussen.

Die für die Beeinflussung der Ventilsteuerung zur Verfügung stehenden Daten über die aktuelle Bewegung des Einlassventils werden jedoch ausschließlich durch den Ventilhubsensor 28 ermittelt. Da jedoch lediglich Positionsdaten von dem Ventilhubsensor ermittelt werden können, ergibt sich jedoch der Nachteil, dass keine Einflussnahme auf den aktuellen Ventilöffnungs- oder -schließvorganges ausgeübt werden kann. Es ist lediglich ein Nachsteuern des Ventils im darauffolgenden Hub möglich, wenn der Ventilhubsensor erkannt hat, dass sich das Ventil nicht an der Stelle befindet, an der es sein sollte.

Auch die weiterhin in dieser Druckschrift beschriebene elektromagnetisch betätigbare Ventilsteuervorrichtung 16 erzeugt kein optimales Steuerergebnis, da diese nach entsprechender Ansteuerung nur ein Öffnen des Ventils 10 hervorruft, wohingegen das Schließen des Ventils 10 ausschließlich von einer Ventilschließfeder durchgeführt wird, wie es von herkömmlichen Kurbeltriebmechanismen bekannt ist. Eine Beeinflussung des Ventilschließvorganges oder sogar eine unterschiedliche Steuerung jedes einzelnen Vorgangs ist nicht möglich.

Es ist die daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektromagnetisch betätigbare Ventilsteuervorrichtung der eingangs genannten Art so zu verbessern, dass noch während des aktuellen Öffnungs- oder Schließvorganges die Ventilbewegung beeinflusst werden kann. Daneben soll ein Verfahren zum Steuern eines elektromagnetischen Ventils angegeben werden.

Diese Aufgabe wird für eine elektromagnetisch betätigbare Ventilsteuervorrichtung zuerst genannten Art erfindungsgemäß gelöst durch einen Ventilgeschwindigkeitssensor, der eine Ist-Geschwindigkeit des Bewegungspaares erfaßt, eine Berechnungseinheit, die eine Soll-Geschwindigkeit aufgrund der erfaßten Hubposition ermittelt, eine Vergleichseinheit, die die Soll-Geschwindigkeit mit der Ist-Geschwindigkeit vergleicht, und dadurch, dass die Steuereinheit den zumindest einen Elektromagneten aufgrund des Vergleichsergebnisses zwischen Soll- und Ist-Geschwindigkeit des Bewegungspaares ansteuert, wodurch das Bewegungspaar beschleunigt oder abgebremst wird.

Indem neben dem Ventilhubsensor auch noch ein Ventilgeschwindigkeitssensor vorgesehen ist, der die aktuelle Ventilbewegungsgeschwindigkeit ermitteln kann, ist es möglich, aufgrund der aktuellen Position und Geschwindigkeit des Ventils jederzeit eine für die entsprechende Position vorgesehene Soll- bzw. Optimalgeschwindigkeit des Ventils zu ermitteln und diese mit der tatsächlichen vom Geschwindigkeitssensor erfassten Geschwindigkeit zu vergleichen. Aus den Vergleichswerten kann sodann jederzeit noch während des aktuellen Hubvorgangs das Ventil weiter beschleunigt oder abgebremst werden, wodurch die Ventilsteuergenauigkeit erheblich verbessert wird.

Für die weiterhin genannte elektromagnetisch betätigbare Ventilsteuervorrichtung wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch einen weiteren Elektromagneten, der das Ankerelement in eine Ventilschließrichtung bewegt, und einen Geschwindigkeitssensor, der eine Bewegungsgeschwindigkeit des Ankers erfaßt und der Steuereinheit zuführt.

Aufgrund des Geschwindigkeitssensors, der die aktuelle Bewegungsgeschwindigkeit erfassen kann und eines weiteren Elektromagneten, der das Ventil in Ventilschließrichtung bewegt, ist somit wiederum eine sofortige Steuerung bzw. Anpassung der Ventilbewegung in jeder Richtung möglich. Somit ergibt sich eine genauere Steuerung als bisher, die zu einem besseren Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine führt.

Schließlich wird die Aufgabe für ein Verfahren zum Steuern eines elektromagnetisch betätigbaren Ventils, insbesondere für eine Brennkraftmaschine, erfindungsgemäß durch folgende Schritte gelöst: Erfassen der Position eines Ankers (57), der mit dem zu steuernden Ventil (54) gekoppelt ist, Erfassen einer Bewegungsgeschwindigkeit des Ankers (57), Ermitteln einer Sollgeschwindigkeit des Ankers (57) aufgrund seiner Position, Vergleichen der erfaßten Bewegungsgeschwindigkeit mit der ermittelten Soll- Geschwindigkeit und Ansteuern zumindest eines Elektromagneten (11,12), der den Anker (57) weiter beschleunigt oder abbremst.

Indem das Verfahren zum Steuern eines elektromagnetisch betätigbaren Ventils neben dem Schritt der Positionserfassung auch den Schritt der Bewegungsgeschwindigkeitserfassung enthält, ist es möglich, einen Vergleich zwischen der tatsächlichen und der gewünschten Bewegungsgeschwindigkeit aufzustellen und somit eine den Anker oder das Ventil gesteuerten Elektromagneten noch unmittelbar während eines Hub- oder Senkvorganges des Ventils optimal zu steuern.

Hieraus ergibt sich wiederum ein besserer Bewegungsablauf der Ventilsteuerung und somit erhöhter Wirkungsgrad und geringerer Verschleiß der Brennkraftmaschine.

Somit ist es auch möglich, die Geräusche, soweit sie in einer elektromagnetischen Betätigungseinrichtung (Betätiger) erzeugt werden, herabzusetzen oder zumindest zu minimieren.

Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche. Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen:
1 ein Blockdiagramm eines Steuerungssystems zum Steuern eines elektromagnetisch betätigten Ventils eines Verbrennungsmotors gemäß einer ersten Ausführungsform;
2 eine schematische Ansicht des elektromagnetisch betätigten Ventils, auf welches das Steuerungssystem der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in der Praxis angewendet wird;
3 einen Graph, der eine Ortskurve darstellt, die durch einen Anker beschrieben wird bezüglich einer Position und einer Bewegungsgeschwindigkeit desselben, was die Art und Weise zum Auffinden einer Zielgeschwindigkeitsfunktion darstellt;
4 ein Flußdiagramm, welches programmierte Betriebsschritte darstellt, die durch eine Steuerungseinheit ausgeführt werden, die in der ersten Ausführungsform zum Steuern des elektromagnetisch betätigten Ventils verwendet wird;
5A,B Graphen, die eine Zielgeschwindigkeit eines Ventils darstellen, wobei 5A die Zielgeschwindigkeit darstellt, die die Position als eine Funktion verwendet und 5B die Zielgeschwindigkeit darstellt, die die Zeit als Funktion verwendet, und
6 eine Ansicht ähnlich zu 1, jedoch eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellend.
Bezug nehmend auf 2 ist schematisch ein Steuerungssystem 100 einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, welches in der Praxis auf ein elektromagnetisch betätigtes Ventil 200 eines Verbrennungsmotors 300 für Autos angewendet wird.
Der Verbrennungsmotor 300, der in der Zeichnung dargestellt ist, weist einen Zylinderblock 51 auf. Ein Zylinderkopf 52 ist auf dem Zylinderblock 51 montiert, um eine Verbrennungskammer 53 in einem oberen Teil des Inneren des Zylinderblocks 51 zu bilden. Ein Kolben (nicht dargestellt) ist im Betrieb gleitend im Inneren des Zylinderblocks 51 aufgenommen. Der Zylinderkopf 52 ist mit Einlaß- und Auslaßventilen 54 versehen. Das Ventil 54, das in der Zeichnung dargestellt ist, kann entweder ein Einlaßventil oder ein Auslaßventil sein. Für die Einfachheit der Beschreibung wird bevorzugt, daß das dargestellte Ventil 54 ein Einlaßventil ist.
Das Einlaßventil 54 weist einen Ventilstößel 54a auf, der sich nach oben zu einer Außenseite des Zylinderkopfs 52 hin erstreckt aus dem Grund, der durch das nachfolgende offensichtlich wird.
Montiert auf dem Zylinderkopf 52 ist ein elektromagnetischer Betätigen 250, der ein Gehäuse 60 aufweist, in welches der Ventilstößel 54a des Ventils 54 von unten her hineinragt. Ein oberer Abschnitt des Ventilstößels 54a ist mit einem Federrückhalter 55 versehen. Zusammengedrückt zwischen dem Federrückhalter 55 und dem Zylinderkopf 52 ist eine sogenannte Ventilschließfeder 56 zum Vorspannen des Ventils 54 in einer Richtung zum Schließen des Ventils vorgesehen, d.h..in einer Richtung, um eine Einlaßöffnung zu verschließen. Die Einlaßöffnung ist von einem Ventilsitz 52a umgeben, wie dargestellt.
Innerhalb des Gehäuses 60 sind zwei sogenannte Ventilschließ- und -Öffnungselektromagneten 11 und 12 angeordnet, welche koaxial und unbeweglich zueinander angeordnet sind, um einen vorgegebenen Abstand zwischen ihnen einzuhalten. Zwischen diesen beiden Elektromagneten 11 und 12 ist beweglich ein Anker 57 angeordnet, welcher aus einem magnetischen Material hergestellt ist. Der Anker 57 ist mit einem Stößel 57a versehen, der sich axial in das Gehäuse 60 hineinerstreckt durch mittige Abschnitte, der beiden Elektromagneten 11 und 12, wie dargestellt.
Das untere Ende des Stößels 57a befindet sich in Kontakt mit einem oberen Ende des Ventilstößels 54a, und ein oberes Ende des Stößels 57a erstreckt sich durch eine obere Wand 60a des Gehäuses 60. Nahe der oberen Wand 60a des Gehäuses 60 ist ein Federrückhalter 58 an dem Stößel 57a befestigt, und eine sogenannte Ventilöffnungsfeder 59 ist zwischen dem Federrückhalter 58 und der oberen Wand 60a zusammengedrückt; um das Einlaßventil 54 in einer Ventilöffnungsrichtung vorzuspannen, d.h. in einer Richtung, um die Einlaßöffnung, die von dem Ventilsitz 52a umgeben ist, zu öffnen.
Das Steuerungssystem 100 beinhaltet einen Geschwindigkeitssensor 2 und einen Positionssensor 3, welche in der oberen Wand 60a des Gehäuses 60 angeordnet sind, um die Bewegungsgeschwindigkeit und die Position des Ankers 57 jeweils zu erfassen.
Informationssignale von diesen Geschwindigkeits- und Positionssensoren 2 und 3 werden zu einer Steuerungseinheit 1 geleitet. Mit Bezugszeichen 8 ist eine Motorsteuerungseinheit 8 (ECU) gekennzeichnet, die ein Ventilöffnungsl/schließgebersignal ausgibt, das der Steuerungseinheit zugeleitet wird. Durch Verarbeiten der Informationssignale von den Geschwindigkeits- und Positionssensoren 2 und 3 und dem Gebersignal von der Motorsteuerungseinheit 8 gibt die Steuerungseinheit 1 ein Gebersignal sowohl an einen ersten Stromsteuerungsabschnitt 9 für den Ventilschließelektromagneten 11 als auch an einem zweiten Stromsteuerungsabschnitt 10 für den Ventilöffnungsmagneten 12. Das Gebersignal von der Steuerungseinheit 1 repräsentiert einen Grad von Zielstrom.
Gemäß dem Grad des Zielstromes, der von der Steuerungseinheit 1 ausgegeben wird, führt jeder Stromsteuerungsabschnitt 9 oder 10 eine PWM-Steuerung (Pulsweitenmodulationssteuerung) durch, um eine Energiequelle 13 dazu zu zwingen, die Elektromagneten 11 oder 12 mit der entsprechenden elektrischen Kraft zu versorgen. Dadurch wird die elektromagnetische Kraft, die durch die Elektromagneten 11 oder 12 erzeugt wird, gemäß dem Grad des Zielstroms gesteuert.
Bezug nehmend auf 1 ist das Detail der Steuerungseinheit 1 dargestellt, die in dem Steuerungssystem 100 verwendet wird.
Die Steuerungseinheit 1 weist einen Vergleicherabschnitt 4, einen Abschnitt zum Herleiten der Zielgeschwindigkeit, einen Abschnitt 6 zum Herleiten eines Zielstroms und einen Umschaltabschnitt 7 auf. Durch Verarbeiten des die Position des Ankers repräsentierenden Signals, das vom Positionssensor 3 ausgegeben wurde, leitet der Abschnitt 5 zum Herleiten der Zielgeschwindigkeit eine Zielgeschwindigkeit des Ankers 57 her. Das existierende, die Geschwindigkeit repräsentierende Signal, das durch den Geschwindigkeitssensor 2 ausgegeben wurde, und das die Zielgeschwindigkeit repräsentierende Signal, das von dem Abschnitt 5 zum Herleiten der Zielgeschwindigkeit ausgegeben wurde, werden durch den Vergleicherabschnitt 4 miteinander verglichen. Basierend auf diesen Vergleich leitet der Abschnitt 6 zum Herleiten des Zielstroms einen Zielstrom her, der selektiv auf entweder den Ventilschließelektromagneten 11 oder den Ventilöffnungselektromagneten 12 aufgebracht wird. Für das Auswählen ist der Umschaltabschnitt 7 zwischen dem Abschnitt 6 zum Herleiten des Zielstroms und jedem der Stromsteuerungsabschnitte 9 und 10, wie dargestellt, angeordnet. Die Ventilöffnungs- und Schließgebersignale, die von der Motorsteuerungseinheit 8 ausgegeben wurden, werden sowohl auf den Abschnitt 6 zum Herleiten des Zielstroms als auch dem Umschaltabschnitt 7 aufgebracht.
Im folgenden wird der Betrieb des Steuerungssystems 100 mit Bezug auf 2 beschrieben.
Der Anker 57 wird über die Ventilschließ- und Ventilöffnungsfedern 56 und 59 durch den Ankerstößel 57a gehalten. Dadurch, wenn die Ventilschließ- und Öffnungsmagneten 11 und 12 energielos gehalten werden, nimmt der Anker 57 eine Ruheposition zwischen den beiden Elektromagneten 11 und 12 ein. Die Ruheposition des Ankers 57 wird bestimmt basierend auf den jeweiligen Federkonstanten der beiden Schraubenfedern 56 und 59.
Nun wird bei dem Feder/Massesystem, das aus einem Federteil, der die beiden Schraubenfedern 56 und 59 beinhaltet, und einem Massenteil, der den Anker 57, den Stößel 57a und das Einlaßventil 54 beinhaltet, die Eigenfrequenz "fo" durch die folgende Gleichung dargestellt: fo = √(K/m) (1) wobei:
K: kombinierte Federkonstante des
m: kombinierte Trägheitsmasse des Masseteils.
Bei einem ersten Schritt des Anfangsbetriebs vor dem Starten des Motors werden die beiden Elektromagneten 11 und 12 abwechselnd mit Energie versorgt zu einem periodischen Zeitraum, der der Eigenfrequenz "fo" entspricht. Dadurch befindet sich der Anker 57 in Resonanz und die Amplitude des resonierenden Ankers 57 nimmt graduell zu. Bei einem finalen Schritt des Anfangsbetriebs, wird der Anker 57 von einem der beiden Elektromagneten 11 und 12 angezogen und das Anziehen wird beibehalten.
Zum Starten des Motors oder zum Halten des Motors in Betrieb findet der folgende Vorgang statt.
Das heißt, zum Öffnen des Einlaßventils 54 ist der Ventilschließmagnet 11 energielos. Damit wird der Anker 57 nach unten verschoben, aufgrund der Abwesenheit der Anziehungskraft, die durch den Elektromagneten 11 erzeugt wird. Solch eine Bewegung des Ankers 57 nach unten erlaubt es dem Einlaßventil 54 die Einlaßöffnung geringfügig zu öffnen. Wenn aufgrund des sich nach unten Bewegens der Anker 57 genügend nahe an den Ventilöffnungsmagneten 12 ist, wird der Elektromagnet 12 mit Energie versorgt, um die Bewegung des Ankers 57 nach unten zu fördern. Damit öffnet das Einlaßventil 54 vollständig die Einlaßöffnung.
Während dessen empfängt die Steuerungseinheit 1 vom Positionssensor 3 und dem Geschwindigkeitssensor 2 Informationen über die Position und die Bewegungsgeschwindigkeit des Ankers 57 und gibt an den zweiten Stromsteuerungsabschnitt 10 ein Gebersignal aus, so daß die Bewegungsgeschwindigkeit des Ankers 57 einer Zielbewegungsgeschwindigkeit folgt. Gemäß dem Gebersignal von der Steuerungseinheit 1 wird der Strom des Ventilöffnungsmagneten 12 entsprechend gesteuert und wird dadurch die elektromagnetische Kraft, die durch selbigen erzeugt wird, entsprechend gesteuert. Als ein Ergebnis dieses Steuerns wird der Anker 57 derart gesteuert, um mit dem Ventilöffnungsmagneten 12 mit einer Geschwindigkeit in Kontakt zu gelangen, die unterhalb eines vorherbestimmten Grades liegt (z.B. 0,1 m/s) und hält daher an der Kontaktposition an, oder stoppt an einer Position vom Ventilöffnungselektromagneten 12 um wenige 100 Mikrometer entfernt.
3 ist ein Graph, der eine Ortskurve darstellt, die durch den Anker 57 bezüglich seiner Position und seiner Geschwindigkeit beschrieben wird. In der vorliegenden Erfindung bewegt sich der Anker 57 entlang der Ortskurve aus 3. In dem Graphen repräsentiert die X-Koordinate einen Abstand "X" (Lücke) zwischen dem Anker 57 und dem Ventilöffnungsmagneten 12, und die Y-Koordinate repräsentiert eine Bewegungsgeschwindigkeit "v" (= dx/dt) des Ankers 57. Wie von diesem Graph gesehen werden kann, startet der Anker 57 von einem Betriebsstartpunkt 101 aus und bewegt sich in Richtung zum Punkt "x1" entlang einer freien Bewegungsortskurve 102. Wenn der Anker 57 am Punkt "x1" (d.h. x = x1) ist, beginnt die Geschwindigkeitssteuerung für den Anker 57 und daher ist anschließend der Anker 57 dazu gezwungen, sich entlang einer Zielgeschwindigkeitsfunktion 103 zu bewegen, die die Geschwindigkeit als Funktion beinhaltet.
Die Zielgeschwindigkeitsfunktion 103 wird so bestimmt, daß eine Zielgeschwindigkeit "r1" an der Position "x =x1" mit einer existierenden Geschwindigkeit "v(x1)" übereinstimmt, die tatsächlich mit dem Geschwindigkeitssensor ermittelt wurde. Wie in dem Graph dargestellt, während die Geschwindigkeit aufgrund der Geschwindigkeitssteuerung herabgesetzt wird, bewegt der Anker 57 sich danach in Richtung zu einem Betriebsbeendigungspunkt 104, d.h. Punkt "x = x2". Wenn der Anker 57 an dem Punkt "x = x2" ankommt, weist die Zielgeschwindigkeit des Ankers 57 Wert "r2" auf, der 0 ist (Null), d.h., die elektromagnetische Kraft, die auf den Elektromagneten so gesteuert ist, um den Anker 57 Antriebsbeendigungspunkt 104 zu stoppen. Es wird angemerkt, daß eine Zielgeschwindigkeit des Ankers 57 an anderen Punkten "x1" und "x2" gefunden werden kann durch eine der Linien, die gefunden werden kann durch Unterziehen der Zielgeschwindigkeiten "r1" und "r2" einem Interpolations- oder Extrapolationsverfahren.
Zum Schließen des Einlaßventils 54 wird der Ventilöffnungselektromagnet 12 energielos. Daraufhin werden der Anker 57 und das Einlaßventil 54 zusammen nach oben bewegt, wie eine einzige Einheit aufgrund der Kraft der Schrauben 59 und 56. Jedoch, aufgrund eines unvermeidbaren Energieverlustes, der durch eine Reibkraft entsteht, wird ein vollständiges Schließen des Einlaßventils 54, nur aufgrund der Kraft der Federn 59 und 56 nicht erreicht.
Entsprechend, wenn aufgrund der Kraft der Federn 59 und 56 der Anker 57 genügend nahe dem Ventilschließelektromagneten 11 sich befindet, wird der Elektromagnet 11 mit Energie versorgt, um eine Aufwärtsbewegung des Ankers 57 zu unterstützen. Damit nimmt das Einlaßventil 54 seine vollständig geschlossene Position ein, und dann wird der Anker 57 vom Einlaßventil 54 getrennt, und wird nach oben in Richtung zum Ventilschließelektromagneten 11 bewegt.
Bei dem oben genannten Betrieb der Steuerungseinheit 1 wird eine starke Kollision zwischen dem Einlaßventil 54 und dem Ventilsitz 52a und zwischen dem Anker 57 und jedem der beiden Elektromagneten 11 und 12 sicher unterdrückt. Für diese Steuerung verarbeitet die Steuerungseinheit 1 die Informationssignale, die von dem Geschwindigkeits- und Positionssensoren 2 und 3 ausgegeben werden, und zwingt den ersten Stromsteuerungsabschnitt dazu, entsprechend den Strom zuzuführen, um den Ventilschließelektromagneten 11 zu versorgen. Das heißt, aufgrund der Steuerung durch die Steuerungseinheit 1 wird der Anker 57 oder das Einlaßventil 54 derart gesteuert, um mit dem Ventilschließelektromagneten 11 oder dem Ventilsitz 52a mit einer Geschwindigkeit in Kontakt zu gelangen, die unterhalb eines vorherbestimmten Wertes liegt (z.B.
0,1 m/s). Wie von dem Graphen in 3 gesehen werden kann, wenn der Anker 57 in einer Position ("x2") vom Ventilschließelektromagneten 11 um mehrere hundert Mikrometer beabstandet ist, bestimmt die Steuerungseinheit 1 der Zielgeschwindigkeit des Ankers 57 auf 0 (Null). Dadurch wird der Anker 57 dazu gezwungen, in solch einer Position anzuhalten, ohne mit dem Elektromagneten 11 in Kontakt zu gelangen. Dies führt zu einem Unterdrücken des Kollisionsgeräusches, sowie Verlängern der Lebensdauer des Ventilschließelektromagneten 11.
Wie aus 1 gesehen werden kann, empfängt die Steuerungseinheit 1 die Ventilöffnungs- und Schließgebersignale von der Motorsteuerungseinheit 8 (ECU). Wenn das Signal das Ventilöffnungsgebersignal ist, wird der zweite Stromsteuerungsabschnitt 10 durch den Schaltabschnitt 7 ausgewählt, und ein Zielstrom, der durch den Abschnitt 6 zum Ermitteln des Zielstroms ermittelt wurde, dem ausgewählten Schaltkreis 10 zugeführt, während, wenn das Signal ein Ventilschließgebersignal ist, der erste Stromsteuerungsabschnitt 9 ausgewählt wird durch den Umschaltabschnitt 7, und ein Zielstrom des Abschnitts 6 zum Ermitteln des Zielstroms dem ausgewählten Abschnitt 9 zugeführt. Nach dem Empfangen der die Geschwindigkeit und die Position repräsentierenden Signale von den Geschwindigkeits- und Positionssensoren 2 und 3 ermittelt der Abschnitt 6 zum Ermitteln des Zielstroms den Zielstrom in der folgenden Weise.
Die Zielgeschwindigkeit "r" wird durch die folgende Gleichung repräsentiert:
wobei:
x: Abstand zwischen dem Anker 57 und dem Elektromagneten 11 oder 12, der durch die Ausgabe des Positionssensors 3 ermittelt wird;
t: Zeit;
v: Geschwindigkeit, die durch den Geschwindigkeitssensor 2 oder einen Wert ermittelt wird durch Differenzieren des Abstandes "x" nach der Zeit "t"; und
r (x): Zielgeschwindigkeitsfunktion, die ermittelt wird zu einem Zeitpunkt "t1" wenn mit der Reduktion der Lücke zwischen dem Anker 57 und dem Elektromagneten 11 oder 12 der Abstand "x" "x1" angibt.
Es wird angemerkt, daß der Wert "x1" bestimmt wird basierend auf einer minimalen Lücke, die eine Wirkung der elektromagnetischen Kraft erzeugt, die durch die Elektromagneten 11 oder 12 erzeugt wird. In der Praxis beträgt der Wert "x1" 1 bis 3 mm.
Die Funktion "r(x)" wird bestimmt in solch einer Weise, um die folgende Bedingung zu befriedigen.
r(x1) = r1 = v(t1) (3) r(x2) = r2 (4) oder r(x) = r2(x < x2) (5) Es wird angemerkt, daß "x2" ein zweiter vorherbestimmter Wert ist und "r2" ein Parameter ist, der die Kollisionsgeschwindigkeit des Ankers 57 gegen den Elektromagneten 11 oder 12 festlegt. Wenn "r2" auf 0 (Null) oder nahezu 0 (Null) bestimmt wird, kann eine Kollision vermieden werden.
Wenn bestimmt wird, den Anker 57 gegen den Elektromagneten 11 oder 12 mit einer Geschwindigkeit von 0,05 m/s zu kollidieren lassen, werden die folgenden festen Werte für "x2" und "r2" bereitgestellt: x2 = 0, r2 = 0,05 m/s (6) Oder, wenn vorgesehen ist, den Anker 57 gerade vor den Elektromagneten 11 oder 12 abzustoppen, werden die folgenden festen Werte für "x2" und "r2" bereitgestellt: x2 = 200 μm, r2 = 0 (7) Im Bereich "x2 < x < x1" wird ein Interpolationsverfahren mit Funktionswerten zum Zeitpunkt von "x1" und "x2" verwendet. Wenn z.B. eine lineare Interpolation verwendet wird, wird die folgende Formel angewendet:
Selbstverständlich können Interpolationsverfahren, die quadratische oder tertiäre Kurven verwenden, auch verwendet werden.
Wie aus 1 gesehen werden kann, wird die Zielgeschwindigkeit "r(x)" mit der in Vergleicherabschnitt 4 erfaßten Geschwindigkeit "v" verglichen, und daher gibt der Vergleicherabschnitt 4 ein Vergleichssignal "(v – r(x))" an den Abschnitt 6 zum Herleiten des Zielstroms aus. In Abschnitt 6 wird ein Zielstrom "i*(t)" hergeleitet unter Verwendung der folgenden Formel:
Es wird angemerkt, daß "k" eine Konstante ist (Rückkopplungsgewinn). Da im Bereich "x ≤ x1 ", r(x) gleich "v" ist, wird eine Geschwindigkeitssteuerung nicht bereitgestellt.
Der Zielstrom "i*(t)" wird durch den Umschaltabschnitt 7 zum ersten oder zweiten Stromsteuerungsabschnitt 9 oder 10 geleitet, als ein Strom zum mit Energie versorgen der zugehörigen Elektromagneten 11 oder 12. Unter "PWM-Steuerung" (Pulsweitenmodulationssteuerung), steuert der erste oder zweite Stromsteuerungsabschnitt 9 oder 10 das AN/AUS-Verhältnis des Stroms, der durch die Energiequelle 13 bereitgestellt wird. Damit wird der Strom, der dem Elektromagneten 11 oder 12 zugeführt wird, gesteuert, und dadurch wird die elektromagnetische Kraft, die auf den Anker 57 aufgebracht wird, steuert, wobei die Bewegungsgeschwindigkeit des Ankers 57 eingestellt wird.
4 ist ein Flußdiagramm, welches die programmierten Betriebsschritte darstellt, die durch die Steuerungseinheit 1 zum Steuern des elektromagnetischen Betätigers 250 ausgeführt werden.
Wie dargestellt, weist das Flußdiagramm erste und zweite Flüsse auf, welche in paralleler Weise verarbeitet werden können. Bei dem ersten Fluß wird das Ableiten und Ausgeben des Zielstroms durchgeführt und durch den zweiten Fluß wird das Auswählen der ersten oder zweiten Stromsteuerungsabschnitte 9 oder 10 ausgeführt.
Das heißt, gerade in dem Moment des Steuerungsbeginns, wird der Steuerungsfluß in den ersten Fluß von Schritt S10 zum Schritt S20 und den zweiten Fluß von Schritt S22 zum Schritt S30 aufgeteilt. Dieser erste und zweite Fluß wird in paralleler Weise bearbeitet. Jedoch, wenn gewünscht, kann der erste Fluß bearbeitet werden nach dem Beendigen des Bearbeitens des zweiten Flusses.
Beim Schritt S10 im ersten Fluß wird eine Zeit von einem Zeitnehmer gelesen, der in der Steuerungseinheit 1 installiert ist und dann im Schritt S12 wird eine Beurteilung vorgenommen, ob eine Steuerungszeit vorliegt oder nicht. Wenn NEIN, d.h. wenn die Steuerungszeit noch nicht gekommen ist, geht der Betriebsfluß zurück zu Schritt S10 und wenn JA, d.h. wenn die Steuerungszeit begonnen hat, schreitet der Betriebsfluß zu Schritt S14 fort. Bei diesem Schrttt S14 werden die Position und Geschwindigkeit repräsentierende Signale "x" und "y" von den Positions- und Geschwindigkeitssensoren 3 und 2 gelesen. Dann, wenn das Positionssignal "x" sich innerhalb des gesteuerten Bereichs befindet, schreitet der Betrebsfluß fort zu Schrttt S16, wo die Zielgeschwindigkeitsfunktion "r(x)" in dem Abschnitt 5 zum Herleiten der Zielgeschwindigkeit hergeleitet wird, und dann schreitet der Betriebsfluß fort zu Schrttt S18, wo der Zielstrom "i*" im Abschnitt 6 zum Herleiten des Zielstroms hergeleitet wird. Dann schreitet der Betriebsfluß weiter zu Schritt S20, wo der Zielstrom "i*" zu einer von beiden der ersten und zweiten Stromsteuerungsabschnitte 9 und 10 durch den Umschaltabschnitt 7 geleitet wird. Dann geht der Betriebsfluß zu Ende.
Am Schrttt S22 wird ein Ventilöffnungs/Schließgebersignal von der Motorsteuerungseinheit 8 (ECU) gelesen, und dann schreitet der Betriebsfluß fort zu Schritt S24. Bei diesem Schritt S24 wird eine Beurteilung vorgenommen, ob das Gebersignal für das Öffnen des Ventils ist oder nicht. Wenn JA, d.h. wenn das Gebersignal für das Öffnen des Ventils ist, dann schreitet der Betrebsfluß fort zu Schritt S26, wo der Umschaltabschnitt 7 derart funktioniert, um den Abschnitt 6 zum Ermitteln des Zielstroms mit dem zweiten Stromsteuerungsabschnitt 10 zu verbinden. Dann schreitet der Betriebsfluß weiter zum Ende. Wenn NEIN bei Schrttt S24 vorliegt, d.h. wenn das Gebersignal nicht für das Öffnen des Ventils ist, schreitet der Betriebsfluß weiter zu Schritt S28. Bei diesem Schritt S28 wird eine Beurteilung vorgenommen, ob oder ob nicht das Gebersignal für das Schließen des Ventils ist. Wenn NEIN, d.h. wenn das Gebersignal nicht für das Schließen des Ventils ist, schreitet der Betriebsfluß weiter zum Ende. Wenn JA beim Schritt S28 vorliegt, d.h. wenn das Gebersignal für ein Schließen des Ventils ist, schreitet der Betriebsfluß fort zu Schritt S30, wo der Umschaltabschnitt 7 derart funktioniert, um den Abschnitt 6 zum Ermitteln des Zielstroms mit dem ersten Stromsteuerungsabschnitt 9 zu verbinden. Dann schreitet der Betriebsfluß fort zum Ende.
Wenn bei einer Ventilbetätigungseinrichtung des elektromagnetischen Typs die Lücke "x" zwischen dem Anker 57 und dem Ventilöffnungs- oder Schließelektromagneten 12 oder 12 groß ist, erzeugt das Versorgen mit Energie des Elektromagneten 12 oder 11 nur eine kleine Kraft, die auf den Anker 57 gerichtet ist, und daher, wenn die Lücke "x" groß ist, ist die auf den Elektromagneten 12 oder 11 aufgebrachte elektrische Energie nicht effizient genutzt. Während bei der vorliegenden Erfindung zum Zeitpunkt, wenn die Lücke "x" "x1" wird, d.h. wenn "x = x1" sich aufgrund der Bewegung des Ankers 57 in eine Position ergibt, wo die elektromagnetische Kraft, die durch den Elektromagneten 12 oder 11 erzeugt wird, wirksam auf den Anker 57 aufgebracht wird, beginnt die Geschwindigkeitssteuerung des Ankers 57, und wenn der Anker 57 in eine Position gelangt, wo die elektromagnetische Kraft nicht wirksam auf den Anker 57 aufgebracht wird, wird der Elektromagnet 12 oder 11 nicht mit Energie versorgt. Entsprechend wird bei der Erfindung die elektrische Kraft effizient genutzt.
Bei der Ventilbetätigungseinrichtung des elektromagnetischen Typs weist ihr Feder-Massesystem eine Eigenfrequenz auf. Da bei einem konventionellen System, die Kraft, wie z.B. der Druck in jedem Zylinder des Motors und die Reibkraft in dem Kolben, die auf das Einlaßventil 54 aufgebracht wird, dazu gezwungen wird, sich über den Zeitablauf zu ändern, aufgrund des Verschleißes des Motors, wird die benötigte Zeit, wenn der Anker 57 sich von der Nähe des einen Elektromagneten 11 oder 12, der energielos ist, zu einer bestimmten Stellung nahe dem anderen Elektromagneten 12 oder 11, wo (x = x1) die elektromagnetische Kraft des anderen Elektromagneten 12 oder 11 beginnt, effizient auf den Anker 57 aufgebracht wird, dazu gezwungen, sich zu ändern. Jedoch, bei der vorliegenden Erfindung wird die Geschwindigkeitssteuerung des Ankers 57 entsprechend ausgeführt, sogar unter den oben genannten Umständen.
5A und 5B sind Graphen zum Erklären der bereitgestellten Vorteile, wenn die Zielgeschwindigkeit des Ankers als eine Funktion einer Position hergeleitet wird. Das heißt, 5A ist ein Graph einer Zielgeschwindigkeit 110, die hergeleitet wird unter Verwendung einer Zeit als eine Funktion, und 5B ist ein Graph einer Zielgeschwindigkeit 113, die hergeleitet wird unter Verwendung einer Position als eine Funktion.
Wie von diesen Graphen gesehen werden kann, wird bei der vorliegenden Erfindung die Zielgeschwindigkeit des Ankers 57 (oder der Zielstrom, der den Elektromagneten 11 oder 12 zugeführt wird) hergeleitet unter Verwendung der Ankerposition (Lücke "x") als eine Funktion (Lücke "x"). Dadurch kann bei der Erfindung die Steuerung des Einlaßventils mit genauer zeitlicher Steuerung begonnen werden.
Bei einem elektromagnetisch betätigten Ventil neigt eine verzögerte Bewegung (spezieller gesagt, temporäres Stoppen) des Einlaßventils dazu aufzutreten, aufgrund einer plötzlich auftretenden abnormalen Verbrennung. Wie aus 5A gesehen werden kann, wenn die Zielgeschwindigkeit 110 hergeleitet wird unter Verwendung einer Zeit als eine Funktion, basierend auf einer Geschwindigkeit 111 des Ankers, die bereitgestellt wird, wenn das Ventil normal betrieben wird, wird eine Geschwindigkeit 112 des Ankers, die bereitgestellt wird, wenn eine verzögerte Bewegung des Ventils auftritt, dazu gezwungen, die Zielgeschwindigkeit 110 nach einer bestimmten Zeit zu überschreiten. Da der Anker 57 nicht abgebremst werden kann durch die magnetische Kraft, wird die Geschwindigkeitssteuerung des Ankers 57 in solch einem Fall nicht durchgeführt.
Wie aus 5B gesehen werden kann, bei der vorliegenden Erfindung, sogar wenn eine verzögerte Bewegung des Ventils auftriit, kann die Zielgeschwindigkeit 113 hergeleitet werden unter Verwendung der Position als Funktion. Entsprechend, unter Berücksichtigung des Zeitbereichs, wie dies von der gepunkteten Kurve 112 gesehen werden kann, wird die Zielgeschwindigkeit 113, die bereitgestellt wird, wenn das Ventil normal betrieben wird, als eine Geschwindigkeit 113a erzeugt, die verzögert ist entsprechend der Verzögerung des Ankers. In diesem Fall wird die Geschwindigkeitssteuerung des Ankers 57 entsprechend beibehalten.
Bei der vorliegenden Erfindung zum Zeitpunkt "t1 ", wenn die Geschwindigkeitssteuerung des Ankers beginnt, wird die Zielgeschwindigkeit einer Selektion ausgesetzt, um im wesentliche gleich der Geschwindigkeit "v" des Ankers 57 zu sein. Entsprechend, zum Zeitpunkt, wenn die Steuerung beginnt, ist ein Steuerungsfehler im wesentlichen Null und daher ist zu dieser Zeit keine Notwendigkeit des Verbrauchens einer erheblichen Menge elektrischen Stroms (elektromagnetische Kraft), um den Wert "v" und den Wert "r(x)" zu erreichen. Dadurch kann die Geschwindigkeitssteuerung des Ankers 57 durch relativ kleine elektrische und elektromagnetische Schaltkreise und eine Spannungsquelle mit relativ niedriger Spannung verwirklicht werden.
Wenn gewünscht, um die Geschwindigkeit des Ankers 57 zu erfassen, kann die Ausgabe des Positionssensors 3 nach der Zeit differenziert werden. In diesem Fall kann der Geschwindigkeitssensor 2 entfernt werden.
Im folgenden wird ein Steuerungssystem 100' einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 6 beschrieben.
Bei dem Steuerungssystem 100' der zweiten Ausführungsform, wird anstelle des Geschwindigkeitssensors 2, der in der oben genannten ersten Ausführungsform verwendet wurde, ein Stromsensor 16 und ein Abschnitt 17 zum Schätzen der Ankergeschwindigkeit verwendet. Der Stromsensor 16 erfaßt den Strom, der dem Ventilschließ- oder Öffnungselektromagneten 11 oder 12 zugeführt wird. Die übrigen Teile sind im wesentlichen die gleichen wie bei der ersten Ausführungsform.
Der Stromsensor 16 kann von solch einem Typ sein, der den ausgegebenen Strom von dem ersten oder zweiten Stromsteuerungsabschnitt 9 oder 10 erfaßt unter Zuhilfenahme eines kleinen Widerstands, der mit dem Schaltkreis 9 oder 10 in Serie geschaltet ist, oder von dem Typ, der den magnetischen Fluß des Ventilschließ- oder Öffnungselektromagneten 11 oder 12 in einen Strom umwandelt.
Das heißt, in dieser zweiten Ausführungsform, basierend sowohl auf dem Strom, der durch den Stromsensor 16 erfaßt wird und die Ankerposition, die durch den Positions sensor 3 erfaßt wird, schätzt der Abschnitt 17 zum Schätzen der Ankergeschwindigkeit die Geschwindigkeit des Ankers 57.
Wenn die Masse des Ankers 57 (insbesondere die Masse des bewegten Körpers eingeschlossen des Ankers 57) durch "m'.' repräsentiert wird, die Federkonstante des bewegten Körpers durch "k" repräsentiert wird, der Viskositätskoeffizient durch "c" und die magnetische Kraft, die durch den Magneten 11 oder 12 erzeugt wird, wird die Bewegung des bewegten Körpers durch die folgenden Formeln repräsentiert:
Es wird angemerkt, daß "F (x, i)" eine Funktion ist, die zuvor durch die Form und das Material des magnetischen Kreises bestimmt wurde und "γ" eine gewichtete Komponente der Federkraft ist. Basierend auf diesen Formeln (10) bis (14) schätzt der Abschnitt 17 zum Abschätzen der Ankergeschwindigkeit die Geschwindigkeit des Ankers 57 unter Verwendung der folgenden Formeln:
Es wird angemerkt, daß "ve" ein geschätzter Wert der Geschwindigkeit "v" ist. Die geschätzte Geschwindigkeit "ve" des Ankers wird zum Vergleicherabschnitt 4 ähnlich wie bei der oben genannten ersten Ausführungsform geleitet. Der nachfolgende Betrieb ist der gleiche wie der bei der ersten Ausführungsform und daher kann die Beschreibung desselben ausgelassen werden.
Der gesamte Inhalt der japanischen Patentanmeldung P10-359591 (angemeldet am 17. Dezember 1998) wird hiermit als Referenz eingebracht.
Obwohl die Erfindung oben unter Bezug auf bestimmte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben wurde, wird die Erfindung nicht durch die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Verschiedene Modifikationen und Abweichungen der oben beschriebenen Ausführungsformen können für den Fachmann auftreten, angesichts der obigen Lehren.

Claims

Elektromagnetisch betätigbare Ventilsteuervorrichtung, insbesondere für eine Brennkraftmaschine, mit einer Steuereinheit zum Ansteuern zumindest eines Elek-tromagneten, einem Ventil, das zusammen mit einem Ankerelement ein Bewegungspaar bildet, welches von dem Elektromagneten betätigt wird, und einem Ventilhubsensor, der eine Hubposition der Bewegungspaares erfaßt, gekennzeichnet durch einen Ventilgeschwindigkeitssensor (2), der eine Ist-Geschwindigkeit des Bewegungspaares (54,57) erfaßt, eine Berechnungseinheit (5), die eine Soll-Geschwindigkeit aufgrund der erfaßten Hubposition ermittelt, eine Vergleichseinheit (4),die die Soll-Geschwindigkeit mit der Ist-Geschwindigkeit vergleicht, und dadurch, daß die Steuereinheit (9,10) den zumindest einen Elektromagneten (11,12) aufgrund des Vergleichsergebnisses zwischen Soll- und Ist-Geschwindigkeit des Bewegungspaares (54,57) ansteuert, wodurch das Bewegungspaar (54,57) beschleunigt oder abgebremst wird.
Elektromagnetisch betätigbare Ventilsteuervorrichtung, insbesondere für eine Brennkraftmaschine, mit zumindest einem ersten Elektromagneten, der ein Ankerelement, durch das ein Ventil betätigt wird, in eine Ventilöffnungsrichtung bewegt, einem Ventilhubsensor, der die aktuelle Stellung des Ventils erfaßt und einer Steuereinheit zur Ansteuerung des Elektromagneten gekennzeichnet durch einen weiteren Elektromagneten (11), der das Ankerelement (57) in eine Ventilschließrichtung bewegt, und einen Geschwindigkeitssensor (2), der eine Bewegungsgeschwindigkeit des Ankers (57) erfaßt und der Steuereinheit (1) zuführt.
Verfahren zum Steuern eines elektromagnetisch betätigbaren Ventils, insbesondere für eine Brennkraftmaschine, gekennzeichnet durch folgende Schritte: Erfassen der Position eines Ankers (57), der mit dem zu steuernden Ventil (54) gekoppelt ist, Erfassen einer Bewegungsgeschwindigkeit des Ankers (57), Ermitteln einer Sollgeschwindigkeit des Ankers (57) aufgrund seiner Position, Vergleichen der erfaßten Bewegungsgeschwindigkeit mit der ermittelten Soll-Geschwindigkeit und Ansteuern zumindest eines Elektromagneten (11,12), der den Anker (57) weiter beschleunigt oder abbremst.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Elektromagnet (12) angesteuert wird, der den Anker (57) weiter beschleunigt, falls die erfaßte Geschwindigkeit des Ankers unterhalb der Soll-Geschwindigkeit liegt, oder daß ein zweiter Elektromagnet (11) angesteuert wird, der den Anker (57) abbremst, falls die erfaßte Geschwindigkeit des Ankers oberhalb der Sollgeschwindigkeit liegt.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Soll-Geschwindigkeit des Ankerelementes (57) unter Verwendung einer Funktion für den Abstand zwischen dem Ankerelement (57) und einem Bezugspunkt der elektromagnetischen Betätigungsvorrichtung (250), die den Elektromagneten (11, 12) und das Ankerelement (57) beinhaltet, hergeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Soll-Geschwindigkeit einen ersten Funktionswert angibt, der im Wesentlichen gleich der Ist-Geschwindigkeit ist, wenn der Abstand einen ersten vorbestimmten Wert annimmt, die Soll-Geschwindigkeit einen zweiten Funktionswert angibt, der im Wesentlichen gleich null ist, wenn der Abstand einen zweiten vorbestimmten Wert annimmt, der im Wesentlichen gleich dem Abstand zwischen dem Bezugspunkt und dem Elektromagneten (11, 12) ist, und die Soll-Geschwindigkeit einen Wert angibt, der mittels eines Interpolations- oder Extrapolationsverfahrens auf Basis der ersten und der zweiten Funktionswerte er mittelt wird, wenn der Abstand einen von dem ersten und zweiten vorbestimmten Wert verschiedenen Wert annimmt.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Funktionswert gleich null gesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Soll-Geschwindigkeit konstant auf null gesetzt ist, wenn der Abstand geringer als der zweite vorbestimmte Wert ist.