DE3923477A1 - Verfahren zur steuerung der ankerbewegung von schaltmagneten - Google Patents
Verfahren zur steuerung der ankerbewegung von schaltmagnetenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Steuerung der
Ankerbewegung von Schaltmagneten, insbesondere von Elektromag
neten für Stellglieder von Brennkraftmaschinen.
Bei Verdrängungsmaschinen ist eine anpassungsfähige Steuerung zum
Ein- und Ausströmen des Arbeitsmediums erforderlich, um den Ar
beitsprozeß nach den jeweilig erforderlichen Gesichtspunkten
optimal beeinflussen zu können. Der Ablauf der Steuerung hat da
bei großen Einfluß auf verschiedene Parameter, beispielsweise die
Zustände des Arbeitsmediums vor, im und nach dem Arbeitsraum, die
Arbeitsfrequenz und die Vorgänge im Arbeitsraum. Die Notwendig
keit einer anpassungsfähigen Steuerung ist insbesondere bei
Brennkraftmaschinen gegeben, da sie bei sehr unterschiedlichen
Betriebszuständen instationär arbeiten und eine entsprechend
variable Zwangssteuerung der Gaswechselventile vorteilhaft ist.
Zur Steuerung der Gaswechselventile in Brennkraftmaschinen wur
den bisher im wesentlichen Nockenwellen verwendet. Eine variable
Steuerung ist hier nur mit sehr hohem technischen Aufwand mög
lich. Daneben sind elektromagnetische Steuerungen von Gaswech
selventilen an Brennkraftmaschinen bekannt geworden, bei denen
die Schließkraft auf das Gaswechselventil von einer Feder aufge
bracht wird, während die Öffnungskräfte von einem entsprechend
angesteuerten Elektromagneten erzeugt werden, wie es beispiels
weise in DE-OS 20 63 158 beschrieben ist.
Bei elektromagnetischen Steuerungen dieser Art ist ein wesent
liches Problem, die erforderlichen hohen elektromagnetischen
Kräfte aufzubringen, die erforderlich sind für die Betätigung des
mit dem Stellglied verbundenen Ankers. Dies führt zu einem ver
hältnismäßig hohen Energieverbrauch und auch zu einem unerwünsch
ten Materialaufwand.
Die Erfindung bezweckt daher, bei Schaltmagnetanordnungen der be
schriebenen Art den Energieverbrauch bzw. den Stromverbrauch her
abzusetzen und dementsprechend auch eine Materialersparnis zu er
reichen.
Zu diesem Zweck ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß der Spu
lenstrom des Elektromagneten vor dem erwarteten Auftreffen des
Magnetankers auf der Polfläche linear geregelt wird.
Dabei ist es zweckmäßig, daß das Auftreffen des Magnetankers auf
der Polfläche des Elektromagneten während der linearen Regelung
erfolgt.
Besondere Vorteile sind erreichbar, wenn der Spulenstrom des
Elektromagneten vor und/oder nach dem Auftreffen des Magnetan
kers auf der Polfläche des Elektromagneten durch eine Zweipunkt
regelung (Taktung) bestimmt wird.
Nach einem weiteren vorteilhaften Merkmal ist vorgesehen, daß der
Spulenstrom des Elektromagneten nach dem Einschalten zunächst
ungeregelt bis zum Wert I0 ansteigt und anschließend eine Zwei
punktregelung (Taktung) erfolgt.
Auch kann es zweckmäßig sein, daß der Spulenstrom des Elektromag
neten nach dem Einschalten zunächst ungeregelt bis zum Wert I0
ansteigt und anschließend eine Linearregelung erfolgt.
Der Elektromagnet kann dabei zur Feststellung des Auftreffens des
Magnetankers auf der Polfläche mit einem konstanten Strom beauf
schlagt werden, und der Auftreffzeitpunkt wird dann als Änderung
der Spannung über der Magnetspule festgestellt.
Gemäß einem weiteren vorteilhaften Merkmal kann der Spulenstrom
nach Ablauf einer vorgegebenen Zeit nach dem Auftreffen des Mag
netankers auf der Polfläche wieder durch eine Zweipunktregelung
(Taktung) bestimmt werden.
Auch kann es Vorteile bieten, daß eine Umschaltung auf die Bestim
mung des Spulenstromes durch Zweipunktregelung (Taktung) durch
die Feststellung des Auftreffens des Magnetankers auf der Pol
fläche ausgelöst wird.
Weiterhin kann es zweckmäßig sein, daß anstelle von Elektromagne
ten mit Weicheisenkern zusätzlich oder ausschließlich Elektromag
nete mit Ankern und/oder Kernen aus permanentmagnetischem Materi
al verwendet werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der
Zeichnungen näher beschrieben.
Fig. 1 zeigt eine Schaltung zur Durchführung des Verfahrens.
Fig. 2 zeigt den Stromverlauf in Abhängigkeit von der Zeit wäh
rend einer Schaltperiode.
Wie Fig. 1 zeigt, ist eine Magnetspule 1 eines Schaltmagneten,
der ein durch eine Diode 2 angedeuteter Freilaufzweig parallel
geschaltet ist, einerseits mit einer Spannungsquelle 6 und ande
rerseits mit einer durch einen Transistor 3 angedeuteten End
stufe verbunden. Mit der Magnetspule 1 ist auch eine Schaltung 5
verbunden, welche das Auftreffen des Magnetankers auf der Pol
fläche des Elektromagneten detektiert. Die Schaltung 5 ist ihrer
seits mit einer Endstufenansteuerung 4 verbunden, welche bei
spielsweise eine Ansteuerung der Spule bewirken kann, wie sie in
Fig. 2 dargestellt ist.
Wie Fig. 2 zeigt, steigt der Strom in der Spule des Elektromag
neten nach dem Einschalten zunächst ungeregelt auf den Wert I0
an, da die Endstufenansteuerung 4 dafür sorgt daß der Strom in
dem Zeitraum von A bis B voll durchgeschaltet wird.
Nach Erreichen des Wertes I0 wird der Strom in dem Zeitraum von B
bis C zwischen den Werten I1 und I2 getaktet. In dem vorgegebenen
Zeitpunkt C, der vor dem Auftreffen des Magnetankers auf der Pol
fläche liegt, erfolgt eine Umschaltung auf Linearregelung, bei
der der Strom den Wert I3 hat. In der Zeit der Linearregelung von
C bis D ist die Schaltung 5 aktiviert, um das Auftreffen des Mag
netankers auf die Polfläche in der angegebenen Weise zu detektie
ren.
Anschließend kann im Zeitpunkt D, der der Zeitpunkt des Auftref
fens sein kann, wieder bis E auf Taktung umgeschaltet werden.
Auch ist es möglich, daß die Umschaltung nach Ablauf einer vorge
gebenen Zeit nach dem Auftreffen erfolgt. Im Zeitpunkt E wird bis
zu einer weiteren Arbeitsperiode abgeschaltet.
Die Erfindung bietet besondere Vorteile beim Ansteuern von Elek
tromagneten, insbesondere für Stellglieder an Brennkraftmaschi
nen, bei denen der Zeitpunkt des Ankerauftreffens detektiert wer
den soll, um Einflüsse der Fertigung, Temperatur, Versorgungs
spannung o. dgl. ausgleichen zu können.
Üblicherweise geschieht die Detektierung des Ankerauftreffens
durch Auswertung des Stromeinbruchs, der bei Annähern des Ankers
an den Magneten auftritt. Dazu ist es jedoch erforderlich, daß
der Strom im wesentlichen nur durch Induktivität, Spulenwider
stand und Versorgungsspannung bestimmt wird. Der Strom, steigt
dann jedoch möglicherweise auf Werte, die für den Betrieb des
Stellgliedes eigentlich nicht notwendig sind.
Diese unnötig hohen Ströme und damit Energieverbräuche werden er
findungsgemäß dadurch umgangen, daß der Strom auf eine Höhe I0
begrenzt wird und über eine energiesparende 2-Punktregelung (Tak
tung und Freilauf) geregelt wird. Da eine genaue Detektion des
Ankerauftreffzeitpunktes während der Taktpause äußerst schwierig
ist, wird in dem Zeitbereich des Ankerauftreffens eine Linear
stromphase eingefügt. Während dieser Zeit ist eine Erkennung des
genauen Auftreffzeitpunktes durch Auswertung der elektrischen
Spannung über der Magnetspule möglich. Nach Detektion des Auf
treffens kann wieder auf eine energieoptimale 2-Punkt-Regelung
umgeschaltet werden.
Der wesentliche Vorteil ist eine besonders energiesparende Steu
erung, wobei eine Versorgungsspannungskompensation ebenso wie
eine Temperaturkompensation nicht erforderlich ist.
Wie bereits erwähnt wurde, ist die Anwendung der Erfindung nicht
auf Elektromagnete mit Weicheisenkern beschränkt, da auch der
Einsatz von Elektromagneten mit Ankern und/oder Kernen aus per
manentmagnetischem Material Vorteile bieten kann.
Bei Verwendung von permanentmagnetischen Ankern und/oder Kernen
erfolgt das Ablösen des Ankers von der Polfläche durch Aufprägen
eines kurzen Gegenstromes. Zum Unterstützen des Anzugsvorganges
muß der Permanentmagnet im allgemeinen zusätzlich magnetisiert
werden; dies erfolgt in gleicher Weise wie bei Magneten mit
Weicheisenkern.
Claims (10)
1. Verfahren zur Steuerung der Ankerbewegung eines Schaltmagne
ten, insbesondere von Elektromagneten für Stellglieder von Brenn
kraftmaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß der Spulenstrom des
Elektromagneten vor dem erwarteten Auftreffen des Magnetankers
auf der Polfläche linear geregelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das
Auftreffen des Magnetankers auf der Polfläche des Elektromagne
ten während der linearen Regelung erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
der Spulenstrom des Elektromagneten vor und/oder nach dem Auf
treffen des Magnetankers auf der Polfläche des Elektromagneten
durch eine Zweipunktregelung (Taktung) bestimmt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeich
net, daß der Anstieg des Spulenstroms des Elektromagneten auf
einen maximalen Wert I0 begrenzt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeich
net, daß der Spulenstrom des Elektromagneten nach dem Einschal
ten zunächst ungeregelt bis zum Wert I0 ansteigt und anschließend
eine Zweipunktregelung (Taktung) erfolgt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeich
net, daß der Spulenstrom des Elektromagneten nach dem Einschalten
zunächst ungeregelt bis zum Wert I0 ansteigt und anschließend
eine Linearregelung erfolgt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeich
net, daß der Elektromagnet zur Feststellung des Auftreffens des
Magnetankers auf der Polfläche mit einem konstanten Strom beauf
schlagt wird und der Auftreffzeitpunkt als Änderung der Spannung
über der Magnetspule festgestellt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeich
net, daß der Spulenstrom des Elektromagneten nach Ablauf einer
vorgegebenen Zeit nach dem Auftreffen des Magnetankers auf der
Polfläche wieder durch eine Zweipunktregelung (Taktung) bestimmt
wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeich
net, daß eine Umschaltung auf die Bestimmung des Spulenstromes
des Elektromagneten durch Zweipunktregelung (Taktung) durch die
Feststellung des Auftreffens des Magnetankers auf der Polfläche
ausgelöst wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeich
net, daß anstelle von Elektromagneten mit Weicheisenkern zusätz
lich oder ausschließlich Elektromagnete mit Ankern und/oder Ker
nen aus permanentmagnetischem Material verwendet werden.
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